Материал для холодного катода и способ изготовления холодного катода (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 01)алюмосиликат цез или рубидия,й с я тем, что,я устойчивой рабоиях интенсивной отличающ с целью обеспече ты катодов в усл ионной бомбардир но содержит ник сплава или смеси компонентов приненни, мас.%, Алюмосиликат или рубидия Никель зия 0,5-25Остальное ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 21) 3276706/18-21(53) 621,385.1.32.212 (0888) (54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ ХОЛОДНОГО КАТОДА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ХОЛОДНОГО КАТОДА (ЕГО ВАРИАНТЫ)(57) 1. Материал для холодного катода электронных приборов, включающий 5 И 4 Н д 1 1 1/14, 9/О вки, он дополнительель и состоит из порошков укаэанных следующем их соотно1115619 2. Способ изготовления холодного катода путем закрепления эмиссионного материала на кернс и активирования, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что смесь порошков алюмосиликата цезия или рубидия и никеля наносят на керн, а активирование катода проводят при температуре 1100-1600 К в течение 5-30 мин.3. Способ изготовления холодного катода путем закрепления эмиссионИзобретение относится к области эмиссионной электроники, в частности к составу материала для холодных катодов, которые могут использоваться в качестве источника электронов 5 в электровакуумных приборах, преимущественно в газоразрядных приборах различных типов,Известен материал для холодного катода на основе вольфрама, недостат ками которого являются низкая эмисионная способность, обусловленная больной работой выхода электронов -4,53 эВ), и высокая стоимость. Известен также способ изготовления катода, согласно которому для снижения работы выхода катоды из вольфрама после монтажа в приборе покрывают пленкой цезия, При этом работа выхода уменьшается- до значения (-1,36 эВ, что недостаточно для обеспечения высокой эмиссионной способности,Известен также материал для холодных катодов на основе никеля и способ его изготовления, когда катод после монтажа в приборе покрывают пленкой цезия, напыляемой из специального источника, размещенного в том же приборе. Пленка цезия снижает работу выхода никелевого катода до значения ( 1,5 эВ, что обеспечивает эмиссионную способность-б -7 2 катодов на уровне 10 -10 мА/см т,е. остается на сравнительно низком уровне. Кроме того, недостатком описанных катодов и способов является ного материала на керне и активирования, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что смесь порошков алюмосиликата цезия или рубидия и никеля прессуют и спекают при температуре 1000-1500 К в течение 10-50 мин, из полученного сплава изготавливают катод, а активирование производят при темпера туре11 00 - 1600 К в течение 5 - 30 мин. ложность точной дозировки цезия в процессе его напыления на поверхность катода, Точная дозировка необходима в связи с тем, что от количества цезия на поверхности катода зависит эмиссионная способность последнего. Указанные технологические трудности препятствуют использованию таких катодов в промышленных приборах.Иэ числа известных материалов для холодных катодов наибольшей эмиссионной способностью обладает алюмосиликат цезия или рубидия, который после специальной обработки позволяет получать высокие плотности тока, выбранный в качестве прототипа,Известен также способ изготовления холодного катода путем закрепления эмиссионного материала на керне,активирования при температуре1200-1400 К и резкого охлаждения дляполучения необходимой пористости. Недостатком этого материала является невозможность работы изготовленных из него катодов в условиях интенсивной ионной бомбардировки. Экспериментально установлено, что холодные катоды на основе алюмосиликата цезия или рубидия работают при давлении меньше О мм рт,ст, Прифдавл ении 10 мм рт . ст, и выше э ти катоды полностью дезактивируются. В связи с этим они не могут быть использованы в таких приборах, как газоразрядные, где давление рабочего газа составляет сотни миллиметров ртутного столбца.Целью изобретения является создание материала для холодных катодов и способа изготовления катодов, обеспечивающих возможность их устойчивой работы в условиях интенсивной ионной бомбардировки.Для достижения этой цели материал, включающий айюмосиликат цезия или рубидия, дополнительно содержит никель и состоит из сплава или смеси 10 порошков укаэанных компонентов при следующем их соотношении, мас,%:Алюмосиликат цезияили рубидияНикель 0,5-25Остальное Катоды из материала предложен- ,35 ного состава, представляющего собой смесь порошков указанных компонентов, изготавливают путем нанесения этой смеси на металлическую подложку любым известным способом, например, запрессовыванием в подложку, имеющую форму трубки или чашечки, напылением суспензии и т,п. Полученный катод после монтажа в приборе нагревают до температуры 1100-1600 К,45 при которой производят выдержку в течение 5-30 мин в зависимости от соотношения компонентов в смеси, В табл, 1 приведены оптимальные режимы выдержки для различных конкретных составов материала. Режим выдержки для данного соста-. ва смеси можно варьировать, так, для состава смеси 15 мас,% алюмосиликата и 85 мас,% никеля активирование можно проводить как при температуре меньше 1400 К, так и больше, однако при этом время выдержки слеЦель достигается способом изготовления холодного катода путем закрепления эмиссионного материала на керне и активирования, согласно которо му смесь порошков алюмосиликата цезия или рубидия и никеля наносят на керн, а активирование проводят при температуре 1100-1600 К в течение 5-30 мин, Возможен вариант способа, согласно которому смесь порошков алюмосиликата цезия или рубидия и никеля прессуют и спекают при температуре 1000-1500 К в течение 10-40 мин, из полученного сплава изготавливают катод, а активирование производят при температуре 1100-1600 К в течение 5-30 мин. дует соответственно увеличивать или уменьшать.В процессе термообработки по указанному режиму происходит образование сплава никель-алюмосиликат цезия (рубидия) с одновременной активацией катода.Предложенный материал может быть получен в виде сплава до монтажа катода в прибор. Для этого смесь порош ков никеля и алюмосиликата цезия или рубидия прессуют и спекают при температуре 1000- 1500 К в течение 10-50 мин. В табл. 2 приведены оптимальные режимы прессования и спекания для смесей с различным содержанием компонентов, обеспечивающие получение сплавов, близких по пластическим свойствам к свойствам чистого никеля. Температуру спекания и время выдержки для данного состава сплаваможно варьировать, придерживаясьследующей закономерности: при уменьшении температуры спекания следуетувеличить время выдержки, а при увеличении температуры спекания - уменьшить время выдержки, Иаксимальнаятемпература спекания при этом недолжна превышать 1600 К, так какэто может привести к изменению фазового состава вследствие того, что,начиная с Т=1600 К, происходит заметное испарение никеля.Полученные таким образом сплавыможно ковать, штамповать, прокатывать и т,д поэтому технологияизготовления катодов из таких сплавов не отличается от технологии изготовления катодов из чистого никеля или из других пластичных металлов. Кроме того, катоды на основе предложенного сплава никель-алюмосиликат цезия могут быть изготовлены с использованием технологическихприемов, которые применяются в порошковой металлургии, а именно путемпрессования смеси порошков с получением требуемой конфигурации катода и последующего спекания спрессованной массы в соответствии с режимами по табл, 2,Катод, изготовленный из сплаваданного состава, после монтажа в приборе активируют в соответствии с режимами, приведенными в таблНа фиг, 1 приведена полученнаяэкспериментально зависимость плотности тока катодов, изготовленных11156из данного материала, от содержания в нем алюмосиликата цезия, Измерения проводились при комнатной температуре и напряженности электрическо.го поля Е=2,10 В/см. Из Фиг. 1 вид 4но, что отбираемый ток эмиссии для состава 0,5 мас,7 алюмосиликат цезия, 99,5 мас.7 никеля составляет десятые доли миллиампер на сантиметр в квадрате, с увеличением содержания алюмосиликата цезия до 5 мас,7 ток эмиссии несколько возрастает, далее ток эмиссиии резко увеличивается и достигает максимального значения при 15 мас,7. алюмосиликата цезия. Дальнейшее увеличение содержания алюмосиликата цезия в материале приводит к уменьшению отбираемого тока. Приведенным на Фиг. 1 значениям токов эмиссии для составов 20 с содержанием алюмосиликата цезия 0,5, 15 и 25 мас,7. соответствуют эффективные работы выхода 0,89,0,67 и 0,77 эВ.Установлено, что при содержании 25 алюмосиликата цезия меньше 0,5 мас.7 отбираемые токи эмиссии не превышали тысячных долей миллиампер на сантиметр в квадрате, поэтому такие составы не будут, очевидно представ- ЗО лять практического интереса, При содержании алюмосиликата цезия более 25 мас.7. отбираемые токи эмиссии хотя и составляют десятки миллиампер на сантиметр в квадрате, но компоненты смеси не образуют сплав и материал является рыхлым, что делает его непригодным для практического применения в условиях интенсивной ионной бомбардировки. 40Для материала, содержащего алюмосиликат рубидия, зависимость плотности тока от состава имеет аналогичный вид, при этом абсолютные значения токов эмиссии для конкретных 45 составов несколько ниже по сравнению с данными, приведенными на Фиг, 1. Для материала, содержащего 10 и 25 мас,% алюмосиликата рубидия, плотф.ность тока при Е=2 10 В/см соот ветственно, составляет 1=58,3 мА/см и =9,2 мА/смНа фиг. 2 , приведены температурные зависимости плотности электронного тока катода, изготовленного из данного материала с содержанием15 мас,7. алюмосиликата цезия. Кривая 1 получена при напряженности 19 6электрического поля Е=1,5 .1 Оф В/см,кривая 2 - при напряженности Е=4=2 1 О В/см, На Фиг. 2 видно, чтопредложенный материал позволяет снимать большие токи эмиссии при температуре на катоде от комнатной (ЗООК)до 400-500 К, Высокая эмиссионнаяспособность материала в указанноминтервале температур обеспечит эффективную работу изготовленных иэнего катодов в газоразрядных приборах, где на катоде в процессе разряда могут развиваться температуратуры " 400-500 К,На фиг, 3 приведена экспериментально полученная вольт-амперная характеристика катода, изготовленногоиз данного материала с содержаниемалюмосиликата цезия 15 мас,7. Характеристика снималась при комнатнойтемпературе катода. На фиг, 3 видно, что электронный ток катода изменяется с увеличением анодного напряжения в соответствии с законом,характерным для автоэлектроннойэмиссии,Катоды, изготовленные из данногоматериала с различным содержаниемалюмосиликата щелочного металла(0,5, 15 и 25 мас,7.) были испытаныв условиях газового разряда в Форсированном режиме. Условия испытаниябыли следующие: газ-ксенон, давление 600 мм рт,ст, напряжение зажигания 250 В, отбираемый ток 300 А,межэлектродное расстояние 37 мм,После 1000 импульсов при частотеследования импульсов 0,3 Гц никаких изменений параметров катодов ненаблюдалось.Таким образом, данный материалобеспечивает устойчивую работу изготовленных из него катодов в условияхинтенсивной ионной бомбардировки иобладает достаточно высокой эмиссионной способностью,В настоящее время наиболее эфФективным и технологичным материалом для холодных катодов,:изготавливаемых промышленностью и используемых в серийных газоразрядных приборах, является вольфрам с присадкой " 107. редкоземельного элемента. Работа выхода этого материаласоставляет (у .- 2,2 эВ. Данный материал обладает работойвыхода Ч, в 2,5-3 раза меньшей,20 30. 40 10 и соответственно, более высокой эмиссионной способностью.Благодаря этому, применение данного материала для катодов газоразрядных приборов вместо используемого в настояцее время вольфрама с указанными присадками позволит снизить напряжение зажигания в приборах- в 2,5-3 раза, что значительно увеличит их экономичность, в частности, 1 позволит создать миниатюрные импульсные лампы с ограниченным током для автоматических фотовспышек. Суцественного экономического эффекта следует ожидать за.счет снижения трудоемкости при сборке катодных узлов, так как исключается лазерная сварка эмиттера с керном и заменяется простым обжатием на керне,Достоинством данного материалаявляется также простота технологииего приготовления, использование не"дефицитных материалов, возможностьизготовления иэ него катодов различ"ных конфигураций, 13 25619/3 Тираж 699ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений113035, Москва, Ж, Ра одписно тета СС ткрытии кая наб Проектная,Ужгород прия Производственно-полиграфическ