Металопористий катод

Изобретение относится к области электронной техники, в частности, к металлопористым катодам (МПК), которые используются 8 электровакуумных приборах сверхвысоких частот (ЭВП СВЧ), таких как лампы бегущей волны (ЛБВ), клистроны, электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) и други х. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению является металлопористый катод (1), включающий тугоплавкий пористый каркас, поры которого заполнены барийсодержащим эмиссионным веществом, а также нанесенную на поверхность катода пленку, содержащую вольфрам и/или оксид вольфрама, а также оксид скандия и/или оксид, содержащий вольфрам и скандий. Недостатком катода является то, что необходимая эмиссионная способность достигается только при высоких рабочих температурах, что не позволяет использовать· такие катоды в режиме отбора тока большой плотности. Причиной этого является низкая эмиссионная однородность эмитирующей поверхности, которая определяется микроструктурой пленки, а именно: неоднородностью и неравномерностью распределения по рабочей поверхности и поровых каналов, через которые мигрируют из пропитанного тугоплавкого каркаса барийсодержащие компоненты. Увеличение тока эмиссии может быть достигнуто путем повышения рабочей температуры, что приводит к снижению долговечности катода. Задачей изобретения является усовершенствование металлопористого катода, в котором введение в состав пленки эмиссионного вещества и активатора позволит повысить эмиссионную способность и эмиссионную однородность катода при более низких температурах, что позволит увеличить долговечность и стабильность работы катода. Поставленная задача решается предлагаемым металлопористым катодом, включающим пористый тугоплавкий каркас, заполненный барийсодержащим эмиссионным веществом, и пленку, нанесенную на торцевую поверхность каркаса, состоящую из вольфрама и оксида скандия или оксида, содержащего вольфрам и скандий, в котором пленка дополнительно содержит алюминат бария-кальция, при следующем соотношении компонентов, мас.%: вольфрам 90-94; оксид скандия или оксид, содержащий вольфрам или скандий - 2-4,5; алюминат бария - кальция - 2-10; алюминий - 0,1-1,5. Введение в состав пленки барийсодержащего эмиссионного вещества способствует образованию дополнительных эмиссионных центров, Введение активатора - алюминия способствует образованию Ва компоненты и препятствует процессам спекания и образования локальных уплотнений в пленке, что также позволяет получить однородную микропористую структур у пленки с равномерно распределенными эмиссионными центрами, что способствует лучшей миграции Ва и Sc-содержащих компонентов. Находящийся под пленкой пористый тугоплавкий каркас катода, поры которого заполнены эмиссионноактивным веществом, является источником подпитки поверхностного активного слоя. Изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображено: Фиг. 1 С хематическое изображение сечения МПК; Фиг. 2 ΒΑΧ ΜΠΚ, соответствующего заявленному техническому решению (состав пленки приведен в таблице 1) Фиг. 3 ΒΑΧ катода, соответствующего изобретению по прототипу (патент США № 47836137); Фиг. 4 Зависимость плотности тока МПК, соответствующего заявленному те хническому решению, в течение срока службы в диоде; Фиг. 5 Зависимость плотности тока МПК, предложенного в патенте США № 47836137, в течение срока службы в диоде. Катод, схематически изображенный на фиг. 1, согласно данному предложению, состоит из вольфрамового пористого каркаса 1, поры 2 которого пропитаны эмиссионно-активным веществом. Слой тонкой пленки 3 нанесен на торцевую эмиттирующую поверхность пористого каркаса, запрессованного, в молибденовый стакан 4. Молибденовый диск 5 отделяет подогреватель 6 с изолирующим алундовым покрытием 7 от пропитанного каркаса 1. Пористый каркас 1, изготовленный путем запрессовки порошка вольфрама в молибденовый стакан 4, имеет пористость от 20 до 25%. Поры 2 пропитаны эмиссионно-активным веществом из алюмината или алюмоскандата бария-кальция. Пленка 3 сформирована методом ионно-плазменного распыления в среде инертного газа (Аr, Хе, N2) в постоянном поле. Толщина напыленного слоя составляет 0,5...2,0 мкм. Распыляемая мишень изготовлена методом порошковой металлургии: исходные компоненты в необходимых массовых соотношениях (например, оксид скандия - 2%; алюминат бария-кальция в молярном соотношении 2,4:0,6:1,0 - 4%; алюминий - 1%; вольфрам - 93%) смешаны, спрессованы и спечены. Работу катода проверяли в диодном режиме при расстоянии катод-анод, равном 0,5 мм, подачей пилообразного напряжения на анод с величиной амплитуды до 3 кВ, длительностью импульса 5 мкс и частотой повторения импульса 50 Гц. Вакуум в диоде составлял 1.10-7 мм рт.ст. Типичные результаты измерений приведены на фиг. 2. Из ΒΑΧ видно, что разработанный катод при температуре 1000°С ярк. (1335 К) имеет плотность тока насыщения 120 А/см 2, а при 800°С ярк. (1120 К) свыше 10 А/см 2. ΒΑΧ этого катода характеризуется ярко выраженной областью насыщения, незначительной зависимостью от температуры и электрического поля по сравнению с ΒΑΧ катода, изготовленного согласно патенту США № 47836137 (фиг. 3). Надежная работа МПК, соответствующего заявленному техническому решению, с высоким токоотбором при низких температурах, позволяет увеличить их срок службы до нескольких десятков тысяч часов (фиг. 4, 5). Экспериментально был установлен состав пленки, необходимый для достижения технического результата, а именно повышения эмиссионной способности и однородности катода. Результаты эксперимента сведены в таблицы 1, 2, 3, в которых представлена зависимость плотности тока эмиссии катода, по данному предложению, от состава пленки. Результаты получены при рабочей температуре 1150 К. В качестве оксида, содержащего вольфрам и скандий могут быть соединения SC2W3O12(SC 2O3 3WO3); SC6WO12(3SC2O3 WO 3). Срок службы испытуемых катодов при температуре 1150К составил свыше 20000 часов при плотности тока насыщения 10 А/см . Срок службы испытуемых МПК при плотности тока насыщения 80 А/см 2 составил свыше 2000 часов при рабочей температуре 1250 К, что в 3-4 раза выше, чем у прототипа (фиг. 4, 5).