Способ изготовления губчатого катода

(5 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 8 ф 9А.Смирнов,тапов и Й,В.П 13(088.8)и др. Термо И,: Энергия Г.А. и др. И ование металли ластицных втул сер, "Цветна 1969, с.116-1 Великобритании опублик. 196статических по х, Изве- металлур.940063,особ по и. 1, о т л я тем, что эластичн тавливают из полиур ц авклана. ш из лектронпособ нои изг тро пр ка до по об на пр СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯЫРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(56) Кудинцева Г.электронные катод1966., с.278,Иеерсонское прессрошков в эстия Вузовгия", И 6,Патенткл. Н 1 О,(54)(57) 1, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯГУБЧАТОГО КАТОДА, включающий нанеИзобретение относится к э технике, в цастности к с у отовления губчатых катодов элеквакуумных приборов.Известен способ изготовления каов, включающий гидростатическое ссование керметкатодов, боридных одов и заготовок из тугоплавких аллое для металлопористых катоПрессуемая заготовка в виде ошка упаковывается в резиновую почку и помещается в сосуд с раей жидкостью, в которой развится давление до нескольких тонн квадратный сантиметр. При этом исходит равномерная опрессовка 2сение металлического порошка на керн, его спекание, нанесение эмиссионного вещества и прессование полученной структуры в пресс-Форме между пуансонами и матрицей, о т л и ч а ю щ и йс я тем, цто, с целью увеличениядолговечности катода за счет снижения его эмиссионной неоднородности, перед прессованием между одним из пуансонов и стороной керна, обратной эмиттирующей, помещают вкладыш изэластичного материала, повторяющий в месте контакта с керном его Форму и имеющий толщину, равную 1"10 толщинам прессуемой структуры, а прессование производят при давлении 1- 6 т/см. эмиссионного материала или пористойматрицы, цто в дальнейшем обеспечива,ет однородность эмиссионных свойствкатода по его поверхности. Однакошероховатость поверхности послеФпрессования получается значительной,и такой способ обычно используют споследующей механической обработкойзаготовок до нужной Формы Й чистоты поверхности эмиттера. Поэтомуприменение способа гидростатического прессования для тонкослойных катодов, например губчатых, на основе окислов ЩЗИ и окислов тугоплавких металлов с толщиной губчатогослоя 50-150 мкм невозможно,При таком способе вкладыш из эластичного материала не воздействуетнепосредственно на губчатое эмисси 5 онное покрытие катодов, как это при"нято при гидростатицеском.и изоста"тическом прессовании, Передача усилия со стороны эластицного вкладышак.прессуемой структуре катода проис О ходит через керн катода и воспринимается гладкой поверхностью пуансона, В результатедостигается низкая шероховатость (вйсокая гладкость) эмиттирующей поверхности без 555 дополнительной механической обработки, высокая однородность плотности а. покрытия и, как следствие этого, выл сокая эмиссионная однородность и повышение срока службы катода. 3 112Известен также способ изостатицеского прессования изделий из порошков, при котором эластичный материалнепосредственно воздействует на прес суемую заготовку из порошка.Однако полученные изделия такжеимеют значительную шероховатость поверхности из-за захвата материала изделия эластичным материалом при прессовании, Таким образом, поверхностиизделия требуют дополнительной механической обработки, что недопустимодля тонкослойных эмиттеров.Известен способ изготовления губчатых катодов, согласно которому наникелевый керн наносится никелевыйпорошок с размером зерна 20-70 мкм.При последующем спекании порошка вводороде на поверхности керна образуется губцатый слой, на которыйНаносится эмиссионное вещество. Затем производят прессование полученной структуры в пресс-форме, состоящей из двух металлических пуансо"нов и матрицы, которая служит дляфиксации пуансонов относительно ка,тода и друг друга, При этом рабочие поверхности пуансонов повторяютформу эмиттирующей поверхности и точно соответствуют друг другу.При опрессовке катода между двумя металлическими пуансонами плотность губцатого слоя получается неравномерной с выходом отдельных пиков губки на эмиттирующую поверхностьиз-за имеющей место неравномерности толщины керна и губки. В реззультате появляются области повышенного давления и разная степень,деформации губки и эмиссионного вещества. Это приводит к эмиссионнойнеоднородности катода и необходимости эксплуатации его при повышеннойрабоцей температуре, что снижает,стабильность тока, срок службы катода иизделия в целом,Целью изобретения является повышение долговечности катода за счетснижения эмиссионной неоднородности.Цель достигается тем, цто по предложенному способу изготовления губча"того катода, включающему нанесениеметаллицеского порошка на керн, егоспекание, нанесение эмиссионного вещества и прессование полуценнойструктуры в пресс-форме между пуансонми и матрицей, перед прессованиеммежду одним из пуансонов и стороной3438 4керна, обратной эмиттирующей, помещают вкладыш из эластичногоматериала, повторяющий в месте контакта с керном его форму и имеющийтолщину, равную 1-10 толщинам прессуемой структуры, а прессованиепроизводят при давлении 1-б т/смЭластичный вкладыш может быть из 1 О готовлен из полиуретана,На фиг. 1 показано расположениеэластичного вкладыша при изготовлении торцовых катодов; на фиг. 2 расположение эластичного вкладыша при15 изготовлении цилиндрических катодов,на фиг. 3 " график зависимости плот.ности тока катодов от температуры.Согласно предлагаемому способупосле нанесения на керн 1 катода2 О губчатого никелевого покрытия 2 споследующим его припеканием к кернув водороде наносят эмиссионное по"крытие 3. Перед опрессовкой с обратной эмиссионному покрытию стороныкерна 1 катода помещают эластичныйвкладыш 4, например полиуретан, азатем вставляют нижний пуансон 5.Верхний пуансон б совмещают с катодом и нижним паунсоном с помощьюЗО матрицы 7, а в случае цилиндрическихкатодов" с разъемным пуансоном 8(фиг.2). Прикладывая усилие к пуансонам, производят опрессоеку. Придавлении эластичный вкладыш сжиЗ 5 маясь, передает усилие равномерно вовсе стороны, действуя аналогицножидкости. После снятия давления эластицный вкладыш восстанавливает своипрежние размеры и может быть легко40 вынут из катода,5112Применение эластичного вкладышас формой, повторяющей форму эмиттирующей поверхности катода, позволяетпровести равномерную опрессовку катода о сложной конйигурацией эмиттирующей поверхности, например сферической, Такая форма вкладыша необдима, так как . эластичный материалне является идеальной жидкостью итребует дополнительных усилий наего собственную деформацию,.Ограничения по толщине эластичного вкладыша связаны с величинойдеформации прессуемой структуры и .еетолщиной, При толщине эластичноговкладыша меньше толщины прессуемойструктуры не достигается равномерность опрессовки, так как локальныедеформации прессуемой структуры ста-новятся соизмеримыми с толщиной эластичного вкладыша вплоть до его прокола. При толщине вкладыша, равной 10 толщинам прессуемой структуры наблюдается потеря заданной геометрии керна из-за значительногоусилия, прижимающего боковую поверхность керна к матрице пресс-йормы.Минимальное удельное давление,необходимое для прессования катода,выбирается таким, что закончена усадка губчатой структуры, заполненнойэмиссионным веществом. Прессояаниепри меньшем давлении невозможно из-заполучения структуры с переменной .плотностью и, как следствие этого,катодов с нестабильными свойствами.Максимальное давление прессования недолжно превышать предела текучестиматериала керна из-за возможного егоутонения и разрыва. На практике приопрессовке губчатых катодов на основе окислов ЩЯМ,усадка губчатой структуры, достигается при 1 т/см , а прийопрессовке катодов на основе окисииттрия и гексаборида лантана 3 т/смПредел текучести материалов керна,для этих типов катодов не превышает6 т/смПредложенным способом можно опрессовать катоды разнообразной формы:торцовые (плоские и сйерические),цилиндрические, в том числе катодысо сложной формой керна со стороны,обратной эмиттирующей поверхности.Предлагаемый способ опробован приизготовлении губчатых катоДов на ос- .нове окислов щелочноземельных метал 3138лов: торцовых диаметром 6, 13 и 60 мми цилиндрических диаметром 50 мм ивысотой 60 мм. Катоды изготавливаютпутем нанесения губки из никелевого 5порошка фракции 15-70 мкм, с удель 2ной поверхностной массой 20-10 мг/сми последующим ее припеканием к кернукатода в водороде при 1300-1350 С.Эмиссионное покрытие наносят на губчатый слой методом пульверизации изсуспензии или плазменным методом судельной поверхностной массой эмиссионного вещества 10-6 мг/см. ОГщая толщина структуры катодов составляла от 0,5 до 2 мм. В качествевкладыша из эластичного материалаприменен полиуретан. Вкладыш отливают в специальной форме, повто ряющей форму эмиттирующей поверхности, Толщины применяемых полиуретановых вкладышей составляютот 07 до5 мм. Перед прессованием катодвставляют в матрицу, затем со сто роны керна катода, обратной эмиттирующей поверхности, располагают полиуретановый вкладыш. Прессованиеструктуры катода производят при .удельном давлении 1,5-2 т/см . ц 1 е 2 30 роховатость опрессованной поверхно"сти практически равняется шероховатости пуансона и составляет 0,51 мкм.Зависимость плотности тока длякатодов от температуры (фиг 3) опрессованных с применением эластичного полиуретанового вкладыша (катод А) и без него (катод Б) снимаютв диодах, откачанных до давления 40 1 10 Па, после. тренировки катодови после испытаний на долговечность.Номинальная плотность тока с катодаустановлено 0,5 А/см, наибольйеедопустимое отклонение тока при недо кале (-20 С) и перекале (+20 С) недолжно превышать +101 от номинального тока.Катод А после процессов откачкии тренировки обеспечивает при тем пературе 780+20 С (область А) плотность тока 0,5 А/см с отклонением+24, -8 ь (кривая 1), т.е, в пределахустановленной нормы, Этот же катодпосле срока службы 3000 ч при токо отбоРе 0,5 А/см обеспечивает притемпературе 780+20 С плотность тока0,5 А/см с отклонением +ОЖ, -2 ФКатод Б после откачки и тренировки может обеспечить плотность тока0,5 А/см с отклонением +27.,(кривая 111) только при температуре 810+20"Г. При испытании на долговечность с плотностью тока катода0,5 А/см через 1000 ц. катод при2температуре 8 ч 0 +20 С обеспечиваетплотность тока 0,5 А/см с отклоненигем +2, -103, что еще укладываетсяв допустимые нормы. При дальнейшихиспытаниях ток катода продолжаетуменьшаться и через 2500 ч составляет 0,5 А/см с отклонением -6,-28 кривая 1 Ч) при температуре8 ч 0+20 С. Таким образом, катоды, опрессованные с применением полиурета- .нового вкладыша, обеспечивают токО, 5 А/см при 780 С в течение 3000 ч,в то время как катоды, опрессованные без вкладыша, обеспечивают ток05 А/см при 8 чО С и имеют долговечность не более 1000 ч, Катоды,опрессованные с применением эластичного вкладыша, обладают более высокойоднородностью эмиссии по поверхностикатода, что следует из сравнительного анализа недокальных характеристикв заданном диапазоне рабочих температур,Для катода А максимальное изменение тока составляет 1 ОФ до срока службыи 2 Ж после 3000 ч работы катода. Для 10 катода Б максимальное изменение досрока службы составляет 63, после1000 ч работы 12/ и после 2500 чРаботы 22/Таким образом, предлагаемый спо соб обеспечивает изготовление губчатых катодов с тонкослойным покрытиембез дополнительной механической обработки с шероховатостью не более1 мкм и высокой однородностью структуры, что обеспечивает получениенового качества - высокую эмиссионнуюоднородность и стабильность тока катода и как результат повышение долговечности катодов не менее чем в3 раза по сравнению с изестными,при ГКНТ СССР эводственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул. Гагари П Заказ ВНИИПИ 423осуда Тираж ейного комитета по 13035, Иосква, ЖПодписнобретениям и открытиямРаушская наб., д. 4/5