Металлопористый катод

9) (11) 11 ЦН 0 2 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ ИОТНРЫТИЙ СПИ АВТОРСК СВИД ЬСТ8 о, скатопрот паэ тем, чтечностьсторонысодержиоткрытая вющая камерала, заполнеактивного о зработка импрегни одов с эмиттирующ енее 1 мми усов ществующих катодо отчет Р 8-3793. Ц 1970 (прототип).1 МЕТА)1 ЛОПОРИС щий корпус и закре ионную губку с ак выполненную в в эмиттирующим выстованныхй површенсТех м н твонилект гу о ТЫЙ КАТ пленную ивным иде осн упом, щий поверх еан из тустием подпусом и К т ныес. 168.2. Рамикрокатностью мванне суческийроника"(54)(57)содержав нем осществом,вания с СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК Вюл.38в и В,Е,Авдеев32,213.6 (088.8)ева Г.А.Термоэлектронергия". М.-Л., 1966,ичающ лью повью основан ваположно котором р ону выступ тугопла я смесью щества с м поперечийсяения долговие губки сой выступу,асположенаа подпитывавкого металвольфрама ипористостью 35-80, пр ное сечение подпитываю крывает поперечное сепа, а пористость основ оставляет 24-26.по и. 1, о т л и ч а тем, что, на. торцовую основания установлен гоплавкого металла с овыступ, соединенный с этой поверхностью.Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкциям термокатодов для вакуумных СВЧ приборов.Для создания ряда вакуумных СВЧ приборов, например миллиметрового диапазона волн, необходимы источники электронов с мальм диаметром пучка, большой плотностью тока в непрерывном режиме:и значительным (десятки тысяч часов сроком службы. 10 Последнее требование особенно существенно при использовании электронных приборов в бортовой аппаратуре спутников связи. Среди известных типов катодов наиболее перспек тивньми для этих целей по токовой нагрузке являются металлопористые катоды ( МПК). Однако с уменьшением размеров рабочей поверхности МПК их срок службы падает, что связано с технологическими трудностями изготовления качественной миниатюрной губки, ухудшением отношения объема губки катода ( пропорционального запасу активного вещества)к поверхности катода, через которую происходит испарение активатора, а также с тем, что при малых размерах эмнттера в наибольшей степени сказывается отрицательное воздействие на него остаточных газов и ионной бомбардировки в связи с увеличением интенсивности воздействия, приходящегося на единицу поверхности эмиттера.На чертеже изображена предлагаемая конструкция миниатюрного пропитанного МПК.В корпусе 1 катода закреплена пайкой основная губка, состоящаяиз оснований 2 и выступа 3. В порах этой губки, выполненной, например иэ вольфрама или смеси вольфрама с другими металлами (йе, Оь и др.), содержится активное вещество на лснове соединения бария, алюминат Известна конструкция МПК Ь -типа, в которой губка из тугоплавкого металла имеет в своем теле полость, в которую введено активное вещество ( 11.40Однако при малых размерах эмиттирующей поверхности ( диаметром 2 мм и менее) в таком катоде очень сложно получить качественную герметизацию полости с запасом активного вещества, так как при малой губке увеличивается вредное влияние разогрева, производимого во время герметизации (обычно пайкой, проявляющееся в образовании значительных краевых дефектов на губке, например в пропитке 50 губки припоем на глубину, составляющую существенную долю общего размера миниатюрного катода. Кроме того, при малом размере губки Ь -катода труднее выполнить качественное закрытие 55 пор на нерабочих поверхностях губки. На Ь-катоде малого размера также в наибольшей степени проявляется один иэ основных недостатков этого типа МКП - большое время обезглаживания катода в приборе, так как уменьшается сечение губки, через которое выделяющиеся в полости газы выходят в вакуумный объем прибора. Поэтому 4-катоды с малым размером эмиттера(менее 2 мм) не разрабатываются и "йеприменяются.Известен миниатюрный МПК, содержащийкорпус, в котором основная губкас расположенным в ее порах активнымвеществом выполнена в виде основания сравнительно большого диаметра,являющегося резервуаром активноговещества, переходящего в эмиттирующий выступ с поперечным сечением,равным сечению рабочей поверхностиМПК. Основание закреплено в корпусеиз тугоплавкого металла, а норы нанерабочих (боковых) поверхностяхвыступа закрыты одним из известныхспособов 21.Недостатком йзвестной конструкцииминиатюрного МПК, несмотря на применение резервуара с большим запасомактивного вещества, является невысокая долговечность катода из-за неэффективной доставки необходимого количества активатора из основаниярезервуара через малое сечение выступа на его рабочую поверхность, врезультате чего не обеспечиваетсякомпенсация поступающим активатороминтенсивного отравления миниатюрныхкатодов остаточными газами и ионнойбомбардировкой.Цель изобретения - повышение долговечности катода и прибора.Поставленная цель достигаетсятем, что у металлопористого катода,содержащего корпус и закрепленную внем основную губку с активным веществом, выполненную в виде основания с эмиттирующим выступом, основа ние губки со стороны, противоположной выступу, содержит паз, в котором расположена открытая в сторонувыступа подпитывающая камера иэ тугоплавкого металла, заполнения смесьювольфрама и активного вещества с пористостью 35-80, при этом пористостьосновной губки составляет 24-2 б%,а поперечное сечение подпитывающейкамеры перекрывает поперечное сечение выступа.Дополнительно долговечность предлагаемого катода может быть увеличена за счет того, что на торцовуюповерхность основания установлен экраниз тугоплавкого металла с отверстиемпод выступ, соединенный с корпусоми с этой поверхностью,Ва-Са, Пористость губки составляет24-26. На рабочей поверхностивыступа расположена тонкая пленка 4из металлов,. понижающих рабОту выхода электронов. На торцовой части основания установлен экран. 5, соединенный с корпусом и частично с основанием пайкой. В основании выполненпаз коаксиально с выступом, в который введена по плотной посадке под.питывающая камера 6 иэ тугоплавкогометалла, например молибдена, Камераоткрыта в сторону выступа. В неепредварительно введена спрессованная и спеченная смесь 7.из вольфрама и активного вещества на основе 15соединений бария. Пористость подпитывающей губки составляет 35-80 аее поперечное сечение перекрывает сечение выступа. В корпусе катода раз-мещен подогреватель 8, изолированный рот корпуса составом 9, На чертежеизображен также фокусирующий электрод 10 пушки прибора,В предлагаемой конструкции миниатюрного МПК повышение срока службы з 5достигнуто за счет увеличения запаса активного вещества в объеме катода без увеличения скорости испаренияактиватора и за счет повышенияфективности его доставки в выступбез существенной потери через нерабочие поверхности губки. Проведенныена предприятии исследования зависимости долговечности МПК от пористостигубки, и следовательно, от запасаактивного вещества в ней показали,что на кривой этой зависимости существует максимум, приходящийся напористость 24-26, при меньшем значении пористости наблюдается резкийспад долговечности МПК, а при боль- Оших - снижение долговечности проис,ходит менее интенсивно. В предлагаемой конструкции миниатюрного МПК использована основная губка с этойоптимальной для долговечностипористостью, и в то же время, запасактивного вещества в катоде увели-чен за счет введения в основнуюгубку подпитывающей губки с пористостью 35-80 при меньшем значении пористости губки в подпитывающей камере, повышение запаса активного вещества в ней не обеспечивается, так как не компенсируетсяпотеря части объема основания .губки, приходящего на стенки камеры, апри большем значении. не удается обеспечить равномерное распределение вольфрама в актиВном веществе, что приводит к уменьшениюэффективности протекания реакции между ними),Увеличение пористости губки в подпитывающей камере до указанных значений не приводит к возРастанию скорости испарения активатора из выступа, так как она Ьпределяется пористостью слоя основания губки, расположенного над камерой, и выступом, равной 24-26. Наличие такого слоя обеспечивается тем, что паз для камеры расположен коаксиально с выступом, а поперечное сечение губки в подпитывающей камере, введенной в паз, перекрывает сечение выступа.Таким образом, запас активного вещества в катоде увеличивается без возрастания скорости испарения активатора из выступа, что приводит к увеличению долговечности миниатюрноГо МПК. Кроме того, применение самой камеры и ее расположение в катоде позволяют увеличить эффективность доставки активатора из основания с камерой в выступ, так как в связи с тем, что поперечное сечение губки в подпитывающей камере перекрывает сечение выступа, а камера и выступ расположены соосно друг другу и направление потока активатора из камеры с повышенным запасом активного вещества огра,ничено непроницаемыми для него стенками камеры, активатор из камеры поступает в область выступа, а не диффундирует во всех направленияхБлагодаря установке экрана с отверстием под выступ на торцовую поверхность основания долговечность миниатюрного МПК может быть дополнительно увеличена в результате ликвидации испарения активатора с этой поверхности и части поверхности выступа. При этом экрансоединен с корпусом для предотвращения испарения активатора в зазор между кор пусом и экраном и только частично соединен с торцовой поверхностью основания. Последнее необходимо для того, чтобы не происходило сужение поперечного сечения выступа в месте его перехода в основание из-за возможной пропитки губки по торцовой поверхности припоем.Верхний предел поперечного сечения губки подпитывающей камеры определяется тем, чтобы обеспечить механическую прочность стенок паза в основанииНаличие этих стенок, а также плотное прилегание камеры к ним обеспечивает эффективную герметизацию активного вещества в камере, не позволяющую активатору диффундировать через возможные дефекты в паянном соединении основания губки с корпусом катода.В связи с увеличением запаса активного вещества в катоде в результате применения подпитывакщей камерыможно уменьшить высоту выступа до минимальных размеров определяемыхЗаказ 7941/57 Тираж 703 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж-Э 5, Раушская наб., д, 4/5 филиал ППП фПатентф, г. Укгород, ул. Проектная, 4 Формой управляющего электрода) и не использовать переходную коническую часть губки, так как запас активного вещества в выступе и в корпусе не играют первостепенной роли в создании общего запаса активного вещества в катоде, что дает возможность значительно снизить потери активатора испарением через боковую нерабочую поверхность выступа даже в случае неполного закрытия этой Ю поверхности.Предлагаемая конструкция миниа,тюрного МПК рйьлнзована в следующем варианте.Основная губка из вольфрама имеет 35 пористость 25 и пропитана алюминатом ЗВаО 0,5 СаО М,О . Основание губки имеет диаметр 2,8 мми высоту 11 мм. Выступ имеет диаметр 1,5 мм и высоту 0,5 мм. Губка закреплена;у в молибденовом корпусе пайкой вольФрамокобальтовым припоем. На торцовой поверхности основания губки установлен экран из молибдена толщиной 0,1 мм, соединенный с корпусом и ос нованием пайкой 1,на части диаметра основания) . Нодпитывающая камера изготовлена из молибдена толщиной 0,1 мм и имеет внутренний диаметр 1,65 мм и высоту 0,8 мм. Несоосность выступа и яаэа не более 0,5 мм. Губка в камере имеет иористость 35 - 50 и пропитана алюмииатом 5 ВаО.ЗСаО 2 И О 3. Камера вставлена в паз основания на плотной посадке с помощью подпрессовки, а перед пайкой основной губки с введенной подпитывающей камерой в .корпусе катода на меото сочленения основания с камерой на торцовой поверхности наносится алунд для предотвращения попадания припоя в объем камеры. Эмиттирующая поверхность выступа после пайки подвергается проточке резцом, а затем ионному травлению в плазме азота и покрытию пленкой Оь+1 г+А 1 толщиной 9,5 мкм.Сравнительные испытания катодов этой конструкции и катода без подпитывающей камеры показали что срок службы предлагаемого катода увеличивается в 1,5-2 раза и более, в частности,при форсированных испытаниях таких катодов при Т 1=1250 фС ярк. Мс получена долговечность 250-300 ч для предлагаемого катода 1 что при рабочей температуре катода 1050 С эквивалентно долговечности в 65-75 тыс. ч), а для катода без подпитывающей камеры - 120-150 ч 1 или .30-38 тыс.ч при указанной рабочей температуре). Разработанная конструкция миниатюрного МПК может быть рекомендована дпя примбиения в различных типах вакуумных приборов с элект ронным пучком малого сечения (ЛБВ и др).