Эмиссионный материал для катодов

(72) Авторы изобретения М.М. Бебякин, Ю,В. Жаворонков, В.А. Чащин, А.А. Майе и Б.В. Кондаков 71) Заявите Московский ордена Ленина и о химико-технологический ин ЭМИССИОННЫИ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ТЕРМОКАТОДОВ Сплав предложенного в прото ипесостава состоит в основном из естойкого интерметаллического соединенияВаА 1 с температурой разложения 920 С,которое легко взаимодействует с компонентами воздуха. Поэтому такой материал уже в процессе изготовленияи хранения термоэмиттеров может изменять свои характеристики из-за образования продуктов окисления - таких как гидроокись, карбонат бария, карбид бария и др.уже во время активировки и формовки катода путем его нагрева до 850 ОС из-эа высОкой скорости взаимодействия сплава с титаном практически весь барий восстановится. Высокое давление пара этого металла при рабочих температурах не позволяет создать на основе предложенного материала катод с длительным сроком службы. Кроме того, конденсация бария внутри прибора может искажать его электрические характеристики.Недостатком этого материала следует считать и то, что доля эмиттера ( Ва) в нем составляет лишь около 35, а 65 веса приходится на вещества (А 1 и Т 1), выполняющие вспомогательные Функции. т н Изобретение относится к электронной технике, а именно к области изготовления термокатодов и их применения в различных приборах.Среди эффективных термокатодов 5 широкое распространение получили катоды на основе сплавов бария с тугоплавкими, главным образом, благородными металлами: Р 1 -Ва, Рд -Ва, Ац -Ва, кЬ -Ва 111 . Так как содержание 1 О бария в таких сплавах невелико, их эмиссионные свойства недостаточно стабильны, Кроме того, они обладают малой стойкостью к ионной бомбардировке и легко отравляются химически активными газами.Известен эмиссионный материал на основе сплава бария с алюминием, содержащий 65 вес. Ва и 35 вес. А 1, в смеси с порошком титана, в количест 2 О ве, не превышающем 40 от веса смеси 21, взятый за прототип, Эмиссия этого материала обеспечивается наличием на его поверхности свободного бария, который образуется в реэуль тате химического восстановления из сплава титаном при нагревании смеси выше 500 С. Однако он имеет ряд недостатков, существенно. ограничивающих его применение. 30 на Трудового Красного Знаментут имени Д.И.МенделееваЗначение эмиссионного тока(0,25 А/см при 600 С) в прототипедолжно соответствовать работе выходаэмиссионного состава 1,3 эВ - ниже,чем у наиболее эффективного оксидного катода, имеющего работу выхода1,6 эВ. Работа выхода для катода впрототипе не может быть ниже, чем убария, т.е, 2,2 в . 2,3 эВ.Токнаблюдаемый в прототипе, связан с испарением и ионизацией бария,т.е. имеет не эмиссионный, а разрядный характер. Доказательствомэтого является то, что разрядныетоки в прототипе в среде инертных газов составляют от 2 до 600 мАвеличины того же порядка, что и 15при эмиссии в вакууме. Реальная величина эмиссионного тока могла быть да же ниже, чем у бария, так как доляэтого металла составляет лишь около35 вес эмиссионного состава. 20НаКоиец, материал прототипа изза высокой химической активностипо отношению к компонентам воздуханельзя использовать н приборах и устройствах, периодически вскрываемыхна атмосФеру.Цель изобретения состоит в увеличении срока службы и стойкости к от"равлению химически активными газамив процессе изготовления, хранения30и эксплуатации эмиссионного состава" приМенением в качестве эмиссионногоматериала алюмобариевых сплавов,содержащих 50-60 вес. бария.Основу таких сплавов составляетустойчивое интерметаллическое соединение ВаА 1, (56 вес. Ва). Давлениепара бария над ними в 10"- 10 раз 40меньше (в зависимости от температуры), чем над барием. Это пбзволяет-" "значйтельноувеличйть"долговечностьи Надежность работы катода в сравнении с прототипом. Сплавы на основеуказанного интерметаллического соединения обладают высокой стойкостьюк воздействию воздуха и пОэтому применяются в производстве бариевых газопоглотителей. Это свойство, как вы- эяснилось, сохраняется и у термокато 3 ЬЪ;"ййготовленных на"основе этих" сйлавов, как во время изготовлениятак и при их эксплуатации.,Выбор диапаэона"предлагаемых составов обусловлен следующими соображениями. Повышение содержания бария свыше 60 нецелесообразно, так как такие сплавы будут содержать ЗаА 1 и ВаА 1 - соединения менее стойкие, чем ВаА 14 . С другой стороны, увеличение содержания алюминия свыше 50 снизит температуру плавления сплава, а следовательно и диапазон рабочих температур эмиссионного состава. Кроме того, появление свободного алюминия ограничило бы воэможность использования активного состава иэ-за взаимодействия алюминия при повышенных температурах с большинствсм конструкционныхматериалов.Работа выхода предложенного материала (2-2,1 эВ) ниже, чем у бария и характеризует эмиссионные свойства интерметаллического соединения ВаА 14 . Действительно, эти свойства ухудшаются при отклонении от предложенного состава. Увеличение содержания бария свыше 60 ухудшает его эмиссионные свойства и снижает устойчивость к отравлению остаточными газами (при давлении 10 мм.рт.ст. алюмобариевый бфав с содержанием ба" рия 65 вес, йри 850 аС имел эмиссию лишь 510 А/см). Увеличение содержания алюминия свыше 50 также вызывает резкое снижение эмиссионных свойств и эксплуатационных характеристик.Сплавы для активных составов синтезировали совместным нагревом бария и алюминия в инертной среде до температуры 1150 пС с последующим охлаждением до комнатной температуры. После охлаждения сплавы измельчали в порошок с размерами частиц не более 100 мкм.Предлагаемый материал был испытан в катодах косвенного и прямого накала. Торцовые катоды косвенного накала изготавливали прессованием алюмобариевого порошка в металлическом цилиндре под давлением 20 т/см. Нагрев эмиссионйогослоя осуществляли с помощью алундированного нагревателя из сплава ВР. Эмиттирукщая поверхность составляла 0,12 смРТакие катоды испытывали в диодном режиме.при давлении остаточных газов :5 ф 10- 110 ф мм.рт.ст.П р и м е р 1. Испытывались торцовые катоды косвенного накала с эмиссионным материалом из алюмобариевых сплавов с содержанием бария 50,55 и 60 вес, Зависимость эмиссии от температуры для этих катодов .,представлена в табл 1. Давление ос- таточных газов 5 10 мм,рт.ст.при 750 дс 5 ф 10 6,5 ф 10 810 1,410 3,0 10 50 2 ф 10 1,5 ф 10 55 3,810 3,810 60 П р и м е р 2. Определяли эмиссиюкатодов с составом 55 вес.В. Ва приувеличении давления до 510 Ъм.рт.ст.Во время измерений давление воздухав системе поддерживали постоянным Таблица 2 Давление в оздуха, мм.рт.ст,510 510 5 10 510 5 ф 10 Эмиссия катода, а/см 10 1,6 1,8 1,4 1,4 формула изобретения 55 Эмиссионный материал для термокатодов на основе сплава бария, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью увеличения эмиссии, срока служ- Щ бы и стойкости к отравлению химически активныки газами в процессе изготовления, хранения и эксплуатации,сплав содержит барий и алюминий приследующем соотношении компонентов,вес.В: П р и м е р 3Прямонакальные ка.тоды были получены катафоретическим осаждением дополнительно измельченного порошка на вольфрамовую проволоку (диаметр 100 мкм). Такие катоды :.испытывали в манометрическом преобразователе ПМИв комплекте с вакууметром ВИТ(ток эмиссии,5 мА) и ВИТи ВИТ(ток эмиссии 0,5 мА). Величиныдавлений, измеренные преобразователями с алюмобариевычи активньии составами, сопоставлялись с показаниями контрольного, предвари тельно откалиброванного преобразователя ПМИс вольфрамовым катодом. Разброс равных при измерении в диапа,зоне 10 - 10 мм.рт.ст. не превышал погрешности измерений использованных вакууметров. Температура катодов, изготовленных из сплавов с содержанием бария,50,55 и 60 вес.Ъ составляла около 650 ОС и незначительно возрастала при увеличении давления до 10 мм.рт.ст., что свидетельствует о их высокой химической стойкости.Преимущества предлагаемого материала состоят в том,что материал химически устойчив к воздуху во время изготовления и хранения и поэтому может быть рекомендован к применению в периодически вскрываемых на атмос феру приборах, низкие рабочие температуры и стойкость к отравлению активными газами в сочетании с низким при помощи натекателя. Эмиссия катодов при различных давлениях в вакуумнойсистеме показана в табл. 2. Температуру катодов поддерживали постоянной (750 ОС). давлением пара при рабочих температурах позволит применять данный мате риал в манометрических преобразователях общего и парциального давления.Понижение рабочей температуры (с 2000 до 650 цС) существенно улучшит их характеристики и точность измерения давления за счет уменьшения откачивающего действия, ослабления процессов газовыделения и крекинга диссоциирующих соединений на поверхности катода. Материал катода не требует активировки, а следовательно, .и дополнительных веществ для перевода его в активное состояние. Это позволит упростить технологию изготовления эмиттеров на основе этого материала, а также их эксплуатацию.767857 БарийАлюминий 50 - 60 40 - 50 Составитель Г,ЖуковаТехред Н, Граб Корректор М.Демчик Редактор Н. КолядаЮЭаказ 7213/49 Тираж 844 ,ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Ю Ю Ю Ю Ю В Ю Фт ФВ Ю ФВ ЕФилиалППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 246684, кл. Н 01 У 1/14 1965. 2. Авторское свидетельство СССР Р 407403, кл. Н 01 У 1/14, 1969