Катод для электровакуумных приборов (его варианты) и способ его изготовления

(щ) Н 01 3 1/32, 9/ОЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щий операцию введения эми щества на основе соединен 111 А группы периодической губчатый слой, о т л и ч с я тем, что частицы эми вещества предварительно с раствором рениевой кислот товым раствором окислов р честве 1-104 в пересчете рений по отношению к весу го вещества, затем эмисс ство прокаливают в водоро 600 С в течение 20-30 мино ссионного веия металлов . системы в ающий- ссионного мациваюты или спирения в колина чистый эмиссионно ионное вещеде при В 50 ктрон1,жит и и электопера.раство1-10 л ающии но- щеем ве сионт" ачера"вой ия каов, в ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТОО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНР 11 ТИЯ 11ПРИ 1 ННТ СССР"Электроника", 1976,Смирнов В.А. й др. Справоцник каталог по катодам, И.: ЦНИИ "Электроника", с. 31, 1970.Кудинцева Г.А. и др. Термоэленые катоды. "Энергия", с. 103-.131966,Лобова Э.В., Никонов Б.П. Иеталлизация карбонатов для оксидных катодов, "Электронная техника", сер. 1фЭлекФроника СВЧ", 1972, вып. 7,с. 71-81.(54) КАТОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОВАКУУИНЫХ ПРИБОРОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ) И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯЮ) 1. Катод для электровакуумныхприборов, содержащий керн.из тугоплавкого металла, йа котором расположенгубчатый слой. из порошка этого же ме"талла, заполненный частицами эмиссионного вещества на основе соединения металлов 111 А группы периодической системы, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения устойчи"вости к воздействию электронной бомбардировки и увеличения долговечности катода, частицы эмиссионного вещества покрыты пленкой ренита металлаэмиссионного вещества и рения толщиной 10-100 А.2. Способ изготовлен тода дляэлектровакуумных прибор клюцаю 3. Катод, содержащий керн, на котором расположен губчатый слой, заполненный эмиссионным веществом на основе карбонатов щелочноземельных металлов, частицы которых имеют покрытие из рения, о т л и ц а ю щ и й" с я тем, цто, с целью повышения устойцивости к воздействию электронной бомбардировки и увеличения долговечности катода, покрытие частиц эмиссионного вещества дополнительно содеррениты щелоцноземельного металламеет толщину 10-100 Я. Способ изготовления катодаровакуумных приборов, включции покрытия частиц эмиссионщества на основе карбонатовемельных металлов соединенипрокаливания эмиссионногов водороде и внесения эмисещества в губчатый слой, оа ю щ и й с я тем, цто в коединения рения используютрениевый кислоты или спиртор окислов рения в колицествв пересчете на чистый рений1077498 отношению к весу эмиссионного вещества, которым смачивают частицы1 Изобретение относится к электрон"ной технике, в частности к катодам дляэлектровакуумных приборов и способам щих изготовления,Целью изобретения является повышение устойчивости к электронной бомбардировке и увеличение долговечности катода. 15Указанная цель достигается тем,что в катоде для электроаакуумных приборов, содержащем керн из тугоплавкого металла, на котором расположенгубчатый слой из порошка этого же металла, заполненный частицами эмиссионного вещества на основе соединенийметаллов 111 А группы периодическойсистемы, частицы эмиссионного вещества покрыты пленкой ренита металлаэмиссионного вещества и рения толщиной 10-100 А.Указанная цель достигается также .способом изготовления катода, включающим операцию введения эмиссионно- ЗОго вещества на основе соединений металлов П 1 А группы периодической сис"темы в губчатый слой в котором частицы эмиссионного вещества предварительно смачивают раствором рениевой кислоты или спиртовым раствором окисловрения в количестве 1-104 в пересчетена чистый рений по отношению к весуэмиссионного вещества, затем эмиссионное вещество прокаливают в водоро"40де при 150-600 С в течение 20-30 мин.В другом варианте покрытие частицэмиссионного вещества дополнительносодержит рениты щелочноземельных ме"таллов при толщине покрытия 10-100 А..8 качестве соединения рения используют раствор рениевой кислотыили спиртовой раствор окислов ренияв количестве 1-10 в пересчете начистый. рений по отношению к весу,эмиссионного вещества, которым смачивают частицы эмиссионного веществаои прокаливают при ч 50-600 С в течение20-30 мин,Наличие слоя ренита эмиссионного55металла, например ренита иттрияУ(КеО), реиита лантана Ьа(КеО)и рения толщиной 10"100 А на поверхности частиц соответствующего эмисэмиссионного вещества и прокаливаютпри 150-600 С в течение 20-30 мин. сионного вещества - окиси иттрия, гексаборида лантана, позволяет ослабитьэффект разложения эмиссионного вещества под действием электронной бомбардировки, улучшить электрическийи тепловой контакт между отдельнымичастицами и тем самым повысить электропроводность и теплопроводностьэмиссионного покрытия увеличить электропрочность и долговечность катода.Термозмиссионные и вторично-эмиссионные свойства катода при этом изменяются незначительно. Здесь следует отметить, что электропроводность указанныхренитов близка к электропроводностиметаллов благодаря низкому удельномусопротивлению двуокиси рения (КеО),равному 8 1 О йм и,Существенное значение имеет толщина покрытия, Так при т 9 лщине слоя менее 10 А эффект ослабления воздействия электронной бомбардировки незначительный, электропроводность и теплопроводность эмиссионного веществапрактически не увеличивается. Увеличение толщины слоя ренита и рения более 100 А нецелесообразно, так каконо приводит к ухудшению термо- ивторично-эмиссионных свойств .катодов,При этом по сравнению с металлизациейчастиц эмиссионного вещества другимиметаллами, в случае применения рения,,снижение квзэ происходит в меньшейстепени из-за высоких вторично-эмиссионных свойств самого рения,По предлагаемому способу частицыэмиссионного вещества смачивают раствором рениевой кислоты или спиртовымраствором окислов рения,Операция смачивания частиц порошкаэмиссионного материала раствором сое"дииения рения позволяет получить равномерный слой соединения рения на поверхности каждой частицы, При этомсоединения рения не должны содержатькаких-либо веществ, отрицательно влияющих на эмиссионные свойства вещества. Это достигается при использовании окислов рения, которые растворяютв спирте, или рениевой кислоты, растворимой в воде. Для получения слояренита толщиной 10-100 А на частицахс наиболее распространенным размером 1-3 мкм необходимо использовать раствор соединений рения в количестве 1-10 в пересцете на чистый рений вес по отношению к весу эмиссионного вещества.Указанные соединения рения взаимодействуют с эмиссионным веществом, образуя на поверхности частиц слой ренитов эмиссионного металла, например ренита иттрия Уйе 04), которые затем восстанавливаются при прокалке в водороде до ренитов, например до ренита иттрия У(РеО) . Образова ние ренитов происходит также при взаимодействии эмиссионных веществ с окислами рения во время прокалки в водороде, Параллельно частицно идет восстановление соединений рения до цистого рения. Нагревание эмиссионного вещества в водороде ведут при 150- 600 С. Ниже 450 С восстановлениеФуказанных соединений рения идет оцень медленно, выше 600 С происходит уле тучйвание окислов рения. Время 20- 30 мин при указанном интервале температур достаточно для восстановления ренатов в рениты, высших окислов рения и рениевой кислоты в двуокись рения КеО и образования ренитов, При увеличении времени идет медленный процесс восстановления двуокиси рения до чистого рения.В другом варианте катода наличие35 на частицах карбонатов ЦЗИ покрытия из ренитов ШЗИ с указанной толщиной оказывает аналогичный эФФект повышения устойчивости к электронной бомбардировке и увеличения долговецнос= ти как и на катодах на основе соединений металлов 111 А группы, например окиси иттрия.Физико-химические процессы, происходящие при изготовлении катодов на 45 основе карбонатов ЦЗМ, по указанному способу аналогичны процессам при изготовлении катодов на основе соединений металлов 111 А группы.Когда материалы керна и губчатого50 слоя не взаимодействуют с водородом, например в случае губчатого оксидно" никелевого катода или катода на основе окиси иттрия с керном и губкой из молибдена, операцию смачивания частиц эмиссионного вещества раствором соединения рения и прокалки их в водороде можно проводить после нанесения частиц эмиссионного вещества на катод. Такую технологию целесообразно использовать также, когда на одном катоде требуется создать участки с разлицными свойствами.Были изготовлены вторично-эмиссионные губчатые катоды, торцовоготипа диаметром 5 мм на танталовомкерне с танталовой губкой для опреде 1ления эмиссионных свойствф цилиндрической формы, диаметром 2 Ь и длиной150 мм, диаметром 20 и длиной 210 мм,диаметром 8 и длиной 22 мм нй ниобиевом и молибденовом кернах с танталовой губкой для испытаний в реальныхприборах. Удельные привесы губки иокиси иттрия соответствовали обычнойтехнологии губчатых катодов.,Перед нанесением на катод окисьиттрия пропитывалась водным растворомрениевой кислоты различной концентрации.Концентрация кислоты и ее количество выбирались в зависимости от требуемой толщины слоя ренита на поверхности частиц эмиссионного материала.Затем окись иттрия высушивалась при100-120 С до постоянного веса и прокаливалась в водородной печи. Установолено, цто после прокалки при 130 С втечение 30-60 мин процесс образования ренитов не законцен и веществосодержит высшие окислы рения или ихсоединения, которые при нагреваниив вакууме испаряются при рабочих температурах катода, Таким образом, концентрация рения меняется, свойствакатода не воспроизводимы по основнымэмиссионным параметрам квээ и работевыхода. Аналогичные результаты получе",ны после прокладки материала. при600 С в течение 15 мин,При 610 С заметна скорость испарения окислов рения, из-за чего составматериала меняется уже во время. прокалки, а его эмиссионные свойства невоспроизводимы. Поэтому материалы,полученные по указанным режимам, подвергать дальнейшим испытаниям нецеле"сообразно.Для исследования эмиссионныхсвойств использовалась окись иттрия,дпрокаленная в водороде при 150-600 Св течение 20-30 мин с размером частиц 1-3 мкм и содержанием ренита иттрия и рения в пересчете на чистыйрений 0,5; 1,2; 4; 8; 10; 11 и 16 ь.Для указанного размера частицэмиссионного вещества содержание7 107 И 8 Редактор О.филиппова Техред А,кравчук Корректор Л, Пилипенко Заказ 792 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раущская наб., д, 4/5 Производственно"издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 1-10 мас.4 соответствовало толщинеслоя ренита и рения на частицах 10100 А, Из полученной таким образомокиси иттрия приготовлялась суспензияи наносилась на керн с губчатым слоем/по обычной технологии. Иаксимальныйквээ для таких катодов равен 2,42,6 и работа выхода 3,4-3,4 эВ при,температуре 1200-1400 фС. Контрольные 10образцы катодов с чистой окисью иттрия имели максимальный квээ 2,62,8 и работу выхода 3,3-3,4 эВ. Прииспытаниях в диоде термоэмиссионныесвойства катодов с .рабочей темпера" 151турой 1500 С и токоотбором 44 шА/см 2не изменились в течение 1000 ц,Достижение эффекта по. увеличениюустойчивости к воздействию электронной бомбардировки и увеличению долговечностц исследовалось на оксидноиттриевых катодах.При содержании рения в эмиссионном веществе 0,5 мас.4 (толщина покрытии ренита эмиссионно-активного 2металла менее 10 А) катоды по устой"чивости к электронной бомбардировкепрактически не отличались от катодовна основе чистой окиси иттрия. Укатодов с содержанием рения 1 мас,4 30(толщина покрытия более 100 А) наблюдается резкое снижение квээ до1,6, Поэтому катоды с содержаниемрения 0,5 и 11 мас."ь дальнейшим испытаниям надолговецность не подвергались,Катоды с содержанием реиия 1-2,8-16 мол.4 (что соответствовалотолщине слоя 10-100 А) испытаны в течение 15"20 ч в изделиях при мощности обратной электронной бомбарди"ровки, превышающей в 3 раза предельный уровень мощности электроннойбомбардировки для катода из чистойокиси иттрия. При этом не наблюдалось ограничений по отбору тока с катода, В изделиях непрерывного действия достигнут уровень плотности тока в 3 раза выше, а в изделиях, работающих в импульсном режиме, в 1,3 раза выше по сравнению с катода - . ми из чистой окиси иттрия.Полученное увеличение по токоотбору и устойчивости к электронной бомбардировке свидетельствует о соответствующем увеличении долговечности таких катодов по сравнению с катодами на основе чистой окиси иттрия.Цилиндрический катод на основе окиси иттрия с содержанием рения 8 мас.3, ф 8 и длиной 30 мм испытан в базовом изделии М-типа непрерывного действия при мощности обратной электронной бомбардировки 25 Вт/см 2 при температуре 1450 С. Прибор проработал в указанном режиме 1 б 50 ц без ухудшения параметров. Средняя наработка базового прибора по даннымэксплуатации составляет 500-1000 ч,Исследован губчатый катод с эмиссионным веществом на основе карбонатов ЦЗИ с толщиной слой ренита иорения 50 А (общее содержание рения 2 мас.3). При работе катода в течение 1000 ч при 850 С его свойства были стабильны.Следует добавить, цто порошки эмиссионного материала, покрытые пленкой ренитов эмиссионно-активных металлов, по предлагаемой технологии могут быть использованы для изготовления матричных кермет-. катодов, например, на основе смеси окиси иттрия, покрытой слоем ренита иттрия, и вольфрамового порошка.Экономическая эффективность от внедрения предложенного изобретения может быть достигнута за счет увелицения долговечности катодов в электро- вакуумных изделиях, а также увеличения процента выхода годньх изделий.