Матеріал для термоелектронного катода

Матеріал для термоелектронного катода на основі гафнату з домішкою вольфраму, який відрізняється тим, що у матеріалі складовою сполукою є гафнат стронцію-барію (SrBa)HfO3, а співвідношення компонентів у матеріалі становить, мас. %: сполука (SrBa)HfO3 79-73 вольфрам W 21-27. (19) (21) a201011383 (22) 24.09.2010 (24) 26.12.2011 (46) 26.12.2011, Бюл.№ 24, 2011 р. (72) КИСЛИЦИН ОЛЕКСАНДР ПЕТРОВИЧ, ТАРАН АНАТОЛІЙ ОЛЕКСІЙОВИЧ, ОСТРОВСЬКИЙ ЄВГЕН КОСТЯНТИНОВИЧ, ОРДАНЬЯН СУКЯС СЕМЕНОВИЧ, КОМОЗИНСЬКИЙ ПЕТРО АДАМОВИЧ, ПЛАНКОВСЬКИЙ СЕРГІЙ ІГОРОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ АЕРОКОСМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. М.Є.ЖУКОВСЬКОГО "ХАРКІВСЬКИЙ АВІАЦІЙНИЙ ІНСТИТУТ" (56) UA 51550 A; 15.11.2002 UA 64830 C2; 15.03.2004 3 робочих температурах можливе короткочасне 2 зняття струмів до 100 А/см . Необхідно підкреслити, що в зазначених вище діапазонах робочих температур оксидні катоди дуже чутливі до отруєння кисневмісними середовищами, і в багатьох випадках спостерігається їх необоротне отруєння (емісія не відновлюється навіть після тривалого часу відпалу). Найбільш близьким за технічною суттю та одержаним результатом, є матеріал для термоелектронного катода, який складається з 62-69 мас. % ВаНfО3 (гафнату барію) та 31-38 мас. %. W (вольфраму). [Матеріал для термоелектронного катода: деклараційний пат. на винахід 51550 А (Україна): МПК7 Н01J 1/14; / А.О. Таран, Є.К. Островський, С.С. Орданьян (Україна); публ. 15.11.2002, Бюл. №11. - 3 с.]. Цей матеріал в імпульсному режимі роботи (при тривалості імпульсу високої напруги 5 мкс та частоті посилання імпульсів 0,5 Гц) забезпечує значення густини струму 2 термоелектронної емісії jmax: - 100 А/см при 2 Т=1720 K, та - 230 А/см при Т=2000 K. Але деякі пристрої сильнострумової електроніки потребують ще більші значення густини струму термоелектронної емісії. В основу винаходу поставлена задача розробки матеріалу катода в системі складних гафнатів з домішкою вольфраму з метою підвищення максимальної густини струму термоелектронної емісії jmax порівняно з існуючими катодними матеріалами. Поставлена задача вирішується тим, що в матеріалі для термоемісійного катода на основі гафнату барію з домішкою вольфраму, згідно з винаходом, використано гафнат стронцію-барію (SrBa)HfO3 з домішкою вольфраму. Сполука (SrBa)HfO3 отримується пропіканням суміші простих гафнатів ВаНfO3 та SrHfO3, які беруться у молярному співвідношенні 1:1. Однофазність сполуки після спікання контролюється проведенням рентгенофазового аналізу. Потім, за методом порошкової металургії виготовляється запропонований матеріал, в якому містяться дрібнодисперсні рівномірно розподілені 79-73 мас. % сполуки (SrBa)HfO3 та 21-27 мас. % вольфраму. Підвищення емісійної здатності матеріалу, що пропонується, порівняно з матеріалом прототипу досягається завдяки тому, що поряд з активуючою дією вольфраму, яка має місце на межі контакту зерен вольфраму та складного гафнату, відбувається активуюча дія стронцію в об'ємі кристалів складного гафнату. Стронцій, поряд з цим, додатково забезпечує стабілізуючу дію на стан робочої поверхні катода. Концентрації (SrBa)HfO3 і W в матеріалі, що пропонується, визначені експериментально вимірами густини струму термоелектронної емісії на зразках з різним вмістом компонентів. На кресленні наведені температурні залежності jmax для прототипу: матеріалу - 63 мас. % ВаНfO3 - 37 мас. % W; і об'єкту заявки: матеріалу складу - 76 мас. % (SrBa)HfO3 - 24 мас. % W. Запропонований матеріал містить гафнат стронцію 97045 4 барію (SrBa)HfO3 з домішкою дрібнодисперсного порошку вольфраму із співвідношенням компонентів: сполука (SrBa)HfO3 79-73 мас. %; вольфрам W 21-27 мас. %. Значення густини струму термоелектронної емісії jmax були виміряні в імпульсному режимі відбору струму при тривалості імпульсу високої напруги 5 мкс, частоті посилок 0,5 Гц при роботі діода в режимі глибокого насичення. Запропонований матеріал для термоелектронного катода, який складається з 76 мас. % (SrBa)HfO3 - 24 мас. % W - має більшу густину струму емісії порівняно з матеріалом з найближчого аналога в області температур >1830 K. При Т=1830 K заявлений матеріал та матеріал з найближчого аналогу мають приблизно однакову густину струму термоелектронної 2 емісії 180 А/см , а при Т=2000 K заявлений матеріал для термоелектронного катоду забезпечує гус2 тину струму 393 А/см , що у 1,7 разу перевищує густину струму матеріалу найближчого аналогу 2 (230 А/см ). Помітної деградації емісійних властивостей при роботі катода протягом 100 год. при Т=2000 K не спостерігалось. Вимірювання швидкості випаровування матеріалу катода складу, що заявляється, дозволило -6 2. визначити, що G=(5,5±0,5)·10 кг/(м с) при Т=1900 K. Така швидкість випаровування практично збігається із швидкістю випаровування матеріалу з -6 2 найближчого аналогу G=5·10 кг/(м ·с), і виявляється значно нижчою, ніж у класичного оксидного -2 2 катода G=10 кг/(м ·с) при тих самих температурах. Катод складу, що пропонується, після його активування допускає багаторазовий контакт з атмосферою. Навіть після перебування на атмосфері протягом восьми тисяч годин для повного відновлювання емісії катода достатньо провести повторний відпал при Т=1800 K протягом 30-45 хв. Експериментальні дані, що наведені, дозволяють оцінити ефективність матеріалу катода, що заявляється, при його експлуатації. Таким чином, матеріал, що заявляється, має переваги в порівнянні з матеріалом з найближчого аналога, які полягають у наступному: 1. Матеріал, що заявляється, в області високих температур забезпечує густину струму термоелектронної емісії jmax: від 190 (при Т=1850 K) до 2 393 А/см (при Т=2000 K), що відповідає ефективній роботі виходу електрона (2,38±0,04) еВ. Максимальна густина струму катодного матеріалу, який заявляється, у 1,7 разу перевищує густину струму матеріалу з найближчого аналогу. Катод в процесі випробувань працював при Т=2000 K протягом 100 год. зі стабільним відбором струму емісії електронів в імпульсному режимі. 2. Відносно мала швидкість випаровування матеріалу, що заявляється, відсутність необоротного отруєння після перебування на атмосфері дозволяє рекомендувати його для використання в електрофізичних установках і приладах сильнострумової електроніки. 5 Комп’ютерна верстка А. Рябко 97045 6 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601