Матеріал для катода електронних приладів

Матеріал для катода електронних приладів на основі сплаву іридію з рідкісноземельним металом церієво ї гр упи, воль фрамом і /або рен ієм, який відрізняється тим, що до складу сплаву дода тко во введений гафній при наступному співвідношен ні вхідних компонентів (мас %): Рідкісноземельний метал церієвої групи 0,5-9,0 Вольфрам і/або реній 0,5-15,0 Гафній 0,5-10,0 Іридій Решта Цей винахід відноситься до електронної техніки, а більш точно, до катодних матеріалів, що використовуються як джерела електронів в різних електровакуумних приладах, зокрема, в кінескопах і інших електронно-променевих трубках. В електронно-променевих приладах як джерела електронів широко використовуються емісійні системи з оксидними катодами непрямого розжарення, емісійна здатність яких обмежена і не дозволяє отримувати в безперервному режимі густину стр уму більшу за 1 А/см 2, що в ряді випадків недостатньо для забезпечення високих світлотехнічних характеристик електронно-променевих трубок. Крім того, оксидним катодам властива крихкість і слабка адгезія до металевої основи, на яку вони наносяться. Це призводить до передчасного виходу з ладу електронно-променевих приладів з такими катодами Так, наприклад, досить одному з трьох оксидних катодів в кольоровому кінескопі почати руйнуватися з вказаних причинах, як це призводить до непридатності приладу, що дорого коштує. Цими обставинами викликане прагнення перейти до використання в електронно-променевих приладах високоефективних металосплавних катодів, позбавлених згаданих недоліків. Широко відомо застосування катода на основі гексаборида лантану (LaBe), що забезпечує високу густину емісії і більш механічно міцного, ніж оксидний катод. Так, наприклад, цей катод, особливо в його монокристалічній модифікації, може забезпечити отримання густини струм у до декількох десятків ампер з квадратного сантиметра. Однак, незважаючи на привабливість електронних джерел з гексаборида лантану, вони до цього часу застосовуються, в основному, при випуску одиничних або дрібносерійних партій електровакуумних приладів, в яких є можливість зробити заміну катодних вузлів, що вийшли з ладу. Недовговічність катодів з гексаборида лантану пов'язана з його високою реакційною здатністю по відношенню до тіла підігрівача, навіть виконаного з вольфраму, найбільш тугоплавкого з металів. Гексаборид лантану в контакті з вольфрамом утворює ряд крихких хімічних сполук, що обумовлюють його недовговічність. Для запобігання можливості цих реакцій використовуються різні бар'єрні і запірні шари між боридлантановим катодом і тілом підігрівача, що значно ускладнює те хнолопю виготовлення такого катодного вузла і не вирішує, зрештою, проблему його механічної жорсткості. (Патент США № 4137476, кл. H01J 1/16, 1979). Відомий також емісійний матеріал для катодів електронних приладів, отриманий шляхом сплавлення іридію з невеликими кількостями рідкісноземельних металів (РЗМ) церієвої гр упи (лантаном, церієм, празеодимом, неодимом, самарієм), що відзначається високою питомою густиною електронної емісії (Рожков СЕ. та інш. Робота виходу сплавів іридію з лантаном, церієм, празеодимом, неодимом, самарієм // "Радиотехника и электроника". - 1969. - Т. 14, вип. 5. - С. 936 - аналог). Однак цьому матеріалу властиві нестабільна швидкість подачі активної компоненти на поверхню катода, падіння її при роботі катода і, як результат, швидке (22)05.10.1998 (24) 16.10.2000 (33) UA (46) 16.10.2000, Бюл. № 5, 2000 р. (72) Осауленко Микола Федорович, Шутовський Владісла в Володимирови ч, Култа ше в Оле г Кон стантинович (73) Товариство з обмеженою відповідальністю "Нікос-Еко" (56) Па тен т РФ № 2 02855 , 6 H01 J 1/1 5, пріор . 26.04.93, зареєстр. 20.01.96 CM О CM 00 CM < 28129 підвищення роботи виходу, погіршення емісійних властивостей катода і зниження його стійкості до іонного бомбардування при роботі в електронному приладі. Матеріалу бінарного сплаву властива крихкість, це утрудняє те хнологію виготовлення з нього катодних вузлів. Крім того, цей матеріал має низьку температуру плавлення, що може призводити до виходу катода з ладу при короткочасних технологічних і випадкових підйомах його температури вище робочого значення. Вищезгадані недоліки роблять непридатним цей матеріал для надійної довготривалої роботи в електронних приладах. Відомий також катодний матеріал, що являє собою потрійний сплав іридій-церій-гафній (авторське свідоцтво СРСР № 616662, М. Кл. 2 H01J 1/14, опубл. у БИ № 27 за 1978 р. - аналог). У цьому матеріалі досягнута більша стабільність емісії, підвищена пластичність, однак низька температура плавлення не дозволяє використати його в електронних приладах, де необхідно нагрівати катод до високих робочих температур. Найбільш близьким до того, що заявляється, за складом і ефектом, що досягається (прототипом), є катодний матеріал для електронних приладів на основі сплаву іридію з лантаном або церієм, вольфрамом і/або ренієм при їх співвідношення х, м ас.% (Па те н т Ро сій сько ї Федера ці ї №2052855, МКИ6 H01J 1/15, пріор. 26.04.93 , зареєстр. 20.01.96): Лантан або церій 5-12 Вольфрам і/або реній 2-25 Іридій Решта У цьому складі катодного матеріалу швидкість подачі активної компоненти на поверхню І швидкість випаровування її з поверхні протягом терміну служби катода стабілізуються, і катод стає більш довговічним. Однак ефект досягається при введенні порівняно великої кількості третьої компоненти вольфраму або ренію, що призводить до збільшення крихкості матеріалу, що утрудняє виготовлення з нього катодів. При цьому також знижуються емісійні властивості. При виборі стабілізуючого компонента автори винаходу - прототипу помилково передбачали, що при введенні гафнію відбувається погіршення емісійних властивостей сплаву за рахунок утворення на його поверхні погано емітуючи х сполук, і тому відмовилися від його використання. Насправді, як показали дослідження авторів винаходу, що заявляється, деяке погіршення емісійних властивостей сплаву пов'язано з передозуванням вмісту в ньому гафнію, що, природно, призводить до зменшення процентного вмісту в сплаві емісійно-активни х компонентів. Правильний підбір вмісту гафнію в сплаві забезпечує поліпшення як емісійних, так і механічних властивостей катодного матеріалу. В основу винаходу, що заявляється, покладена задача підібрати такий склад катодного матеріалу на основі сплаву іридію з РЗМ, при якому б забезпечувалося оптимальне поєднання емісійних, експлуатаційних і механічних властивостей емітерів, що виготовляються з такого матеріалу. Поставлена задача удосконалення матеріалу для емітера досягається тим, що в катодний матеріал для електронних приладів на основі сплаву іридію з рідкісноземельним металом церієвої групи, вольфрамом і/або ренієм додатково введений гафній при наступному співвідношенні компонентів (мас.%): Рідкісноземельний метал церієвої гру- 0,5-9,0 пи Вольфрам і/або реній 0,5-15,0 Гафній 0,5-10,0 Іридій Решта Суть технічного рішення, що заявляється, полягає в тому, що введення гафнію в катодний матеріал замість частини вольфраму призводить до зниження роботи виходу сплаву, що дозволяє підтримувати ви соку емісійну активність матеріалу при більш низьких робочих температурах. Додання гафнію замість частини вольфраму знижує крихкість матеріалу, збільшуючи його пластичність. Це полегшує процеси виготовлення емітерів малих розмірів з сплаву і їх з'єднання з тілом підігрівача. У той же час присутність в матеріалі вольфраму зберігає його високу температуру плавлення. Визначення меж оптимального вмісту гафнію в сплаві, що заявляється, було здійснене експериментальним шляхом. Для цього були виготовлені зразки сплаву з різним вмістом гафнію при рекомендованому і позамежному вмісту РЗМ, вольфраму і іридію. Катодний матеріал отримували шляхом сплавлення висхідних компонентів в аргонодуговій печі на кристалізаторі, що охолоджується водою. З кожного зразка сплаву було вигото влено три емітери, які були запаяні в експериментальні вакуумні діоди (вакуумовані скляні балони, забезпечені анодом для відбору емісійного струму). Температура емітера визначалася оптичним пірометром ОППИР-17 через скляну оболонку балона. За значення робочої температури емітера приймалася температура, при якій досягалася густина стр уму емісії, рівною 5 А/см 2. Робота виходу сплаву визначалася по нахилу характеристики температурної залежності емісійного струму. Склад сплавів і результати їх випробувань наведені в табл. 1. Таблиця 1 Склад сплавів і результати їх випробувань Сплав Відомий Позамеж. 1 Заявл.2 Вміст гафнію, мас.% 11 10 Вміст вольфраму, мас.% 5,0 0,4 0,5 Вміст РЗМ, мас.% 5,0 10,0 9,0 Робота виходу, ев 2,60 2,59 2,57 Робоча температура1^, ярк. 1500 1450 1440 28129 Продовження таблиці 1 Сплав Вміст гафнію, ма с % Вміст вольфрам у ма с % Заявл 3 5,0 5,0 Заявл 4 5,0 10,0 Заявл 5 0,5 15,0 Заявл 6 5,0 20,0 Позамеж 7 5,0 10,0 Позамеж 8 0,4 10,0 Позамеж 9 11,0 10,0 На основі аналізу проведених випробувань встановлено, що ВІДМІННІ ознаки винаходу, що заявляється, які полягають в том у, що у відомий спла в вве дени й га фній в КІ ЛЬ КО С ТІ В ІД 0 ,5 до 10,0 мас %, дозволяють знизити робочу температур у емітера до 1450°С і нижче при збереженні високих емісійнихвластивостей і забезпечити, тим самим, термін його служби 15-20 тисяч годин Такий термін служби вимагається від емітерів при використанні в складі сучасних електроннопроменевих приладів, наприклад, кінескопів При ЗМІСТІ га фнію в сплаві, що заявляється, менше за 0,5 мас % його заміняючи властивості через малу концентрацію виявляються недостатньо, що призводить до збільшення роботи виходу, необхідності підйому робочої температури емітера і, як наслідок , до зниження необхідно го термін у РЗМ мас % Робота виходу, ев 5,0 5,0 0,5 5,0 0,4 5,0 5,0 2,51 2,53 2,58 2,61 2,61 2,61 2,63 Робоча температура С, ярк 1400 1420 1450 1500 1500 1480 1560 служби електронно-променевого приладу Крім того, різко зростає крихкість матеріалу При ВМІСТІ гафнію більше за 10,0 мас % відбувається зниження емісійних властивостей сплаву через зменшення вмісту іридію, що замінюється гафнієм, і, отже, зниження вмісту в сплаві емісійно-активної фази, якою є хімічне сполучення іридію з РЗМ Крім того, починає знижуватися температура плавлення матеріалу Тому, саме у вказаних межах процентного вмісту га фнію в сплаві можна забезпечити рішення поставленої задачі - знизити робочу температуру емітерів, що отримуються з цього сплаву, і забезпечити необхідний для сучасних електроннопроменевих приладів термін служби емісійних систем при високих значеннях питомої густини електронної емісії ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Киів-133, бульв Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 Пщписано додр ук у Ч< 04 2001 р Формат60 x84 1 /8 Обся г Q 35обл -вид арк Тираж 50 прим Зам J?& УкрІНТЕІ, 03680, Киів-39 МСП, вул Горького, 180 (044) 268-25-22