Матеріал для термоелектронного катода

Матеріал для термоелектронного катода на основі гафнатів барію, який відрізняється тим, що він містить сполуку ВаНЮз і домішку вольфраму W при такому співвідношенні компонентів мас % сполука ВаНЮз 62-69 мас % вольфрам W 31-38 Винахід відноситься до електронної техніки і призначений для виготовлення термоелектронних катодів електровакуумних і газорозрядних пристроїв ВІДОМІ ОКСИДНІ термоемісійні катоди на основі оксидів лужноземельних металів (Ва, Sr, Ca) [Мойжес Б Я Физические процессы в оксидном катоде - М Наука, 1968 - 479 с ] і цілий ряд модифікацій оксидних катодів (див , наприклад, [Ашкинази Л А , Коржавый А П Термоэлектронные и вторично-электронные катоды для ЭВП Обзоры по электронной технике Сер 6, Материалы Вып 8 (1234) - М ЦНИИ «Электроника», 1986 43 с]) Максимальні робочі температури оксидних катодів не перевищують « 1100К, імпрегновані (просочені) катоди можуть працювати в діапазоні температур до « 1400К При цьому оксидні катоди характеризуються емісією « 1А/см2 при температурі 1000 -1100К (в безперервному режимі відбору струму) В імпульсному режимі відбору струму при максимально високих робочих температурах можливе короткочасне зняття струмів до 100А/см2 Верхні межі температур і, ВІДПОВІДНО, максимальні густини термоемісійного струму обмежені досить високими значеннями швидкостей випаровування компонентів оксидного катода, що приводить до суттєвого зменшення строку служби, анодному отруєнню та іскрінню катодів Наприклад, швидкість випаровування оксиду барію ВаО при Т = 1400К становить G = 2 • 106кг/(м2 • с), а при Т = 1900К - G = 1 -10 2кг/(м2 • с) Необхідно відзначити, що в зазначених вище областях робочих температур оксидні катоди дуже чутливі до отруєння кис невміщуючими середовищами, і в багатьох випадках має місце необоротне отруєння (емісія не відновлюється навіть після тривалого часу відпалу) Найбільш близькими за технічною суттю та одержаним результатом є [Бондаренко Б В , Ермаков С В , Царев Б М Термоэлектронные свойства гафнатов и ренатов бария //Радиотехника и электроника - 1961 - Т 6, № 10 - С 1773-1775] В наведеній праці досліджені термоемісійні властивості складних оксидів в системі гафнатів барію Вивчені склади (ВаО)п • (HfC^Jm, де n m = 2 1,3 1,5 1,7 1 Кращі результати одержані для складу (ВаО)2 • (НЮг)і що і взятий як прототип В діапазоні температур 1100 ± 400К робота виходу електрона з катода цього складу зростає з 2,15 до 2,4еВ і швидко збільшується з подальшим ростом температури Гранична густина струму емісії з такого катода при Т = 1400К не перевищує J m a x 0,5А/см2 В основу винаходу поставлена задача розробки матеріалу катода в системі гафнатів барію з метою розширення температурного діапазону роботи барієвого катода від 1100 до 2000К і зниження роботи виходу електрона в зазначеному діапазоні Ця задача вирішується таким чином, що в однофазну сполуку ВаНЮз, одержану синтезом із складу (ВаО)і • (НЮг)і із співвідношенням n m = 1 1, як домішка вводиться вольфрам за таким змістом компонентів ВаНЮз - 62 * 69мас %, вольфрам W - 31 -ь 38мас % О ю ю ю 51550 Проте, що в результаті високотемпературного дослідженому діапазоні температур Деградації спікання оксидів ВаО і НЮг складу (ВаО)і • (НЮг)і емісійних властивостей не спостерігалось навіть синтезовано однофазну сполуку ВаНЮз, свідчить при роботі катода при Т = 2000К протягом 100 год проведений рентгенофазовий аналіз Вимірювання швидкості випаровування матеріалу катода складу, що заявляється, дозволили Розширення температурного діапазону катода 6 2 від 1100 до 2000К досягається тим, що сполука визначити, що при Т = 1900К G = 5 • 10 кг/(м • с) ВаНЮз має високу температуру плавлення Т пл = Це значення свідчить про достатньо низьку швид2893К, в той час як в прототипі складу (ВаО)2 • кість випаровування матеріалу, що заявляється, в (НЮгії надлишковий оксид барію ВаО має темпепорівнянні з даними по оксидному катоду G = 10 2 2 ратуру плавлення 2196К кг/(м -с) приТ= 1900К Зниження роботи виходу електрона досягаКатод складу, що пропонується, після його акється введенням в порошок ВаНЮз дрібнодиспертивування допускає багаторазовий контакт з атмосного порошку вольфраму, що приводить до відсферою Для повного відновлювання емісії достановлення вільного барію, внаслідок чого має місце тньо провести повторний відпал при Т = 1700К зниження роботи виходу електрона протягом 20хв Технологія одержання матеріалу для термоЕкспериментальні дані, що наведені, дозвоелектронного катода, що заявляється, є предмеляють оцінити ефективність пропонуємого матерітом розгляду окремої заявки на спосіб виготовалу катода при його використанні лення матеріалу катода Таким чином, на прикладі реалізації пропонуКонцентрації ВаНЮз і W в матеріалі, що проємого матеріалу для катода наочно проявились понується, визначені експериментальне вимірами переваги заявляемого матеріалу в порівнянні з концентраційної залежності густини струму термопрототипом, що виражені в наступному електронної емісії на зразках з різним вмістом 1 Пропонуємий матеріал для термоелектронкомпонентів ного катода в діапазоні Т = 1200 -ь 1400К має ефеНа фіг 1 зображені концентраційні залежності ктивну роботу виходу електрона срт = 2,11 -ь 2,3 еВ, максимальної густини струму термоемісм електрощо на 0,6 -ь 0,25 еВ нижче за прототип (див фіг 2, нів jmax (А/см2) для зразків зі змістом вольфраму 0, криві 1 і 3) За величиною відбираємо! максималь20, 29, 37, 44, 70, 87 % мас при дев'яти значеннях ної ГУСТИНИ СТруму еМІСІІ J a ВИфЭШ В ТОМу Ж ДІЗmx дійсних температур від 1200 до 2000К пазоні температур становить від 2,5 до 10 разів На фіг 2 приведені температурні залежності (див фіг 3, криві 1 і 3) ефективної роботи виходу електрона фт (еВ) для 2 Пропонуємий матеріал розширює темперапрототипу (ВаО)2 • (НЮг)і (крива 1), ВаНЮз (крива турний діапазон роботи барієвих термокатод їв, 2) і об'єкта заявки складу 63%мас ВаНЮз + 37% зберігаючи при цьому малу ефективну роботу вимас W (крива 3) ходу електрона фт = 2,11 -ь 2,23 еВ в діапазоні темНа фіг 3 для наочності надані температурні ператур Т = 1200 -ь 1720К і фт = 2,23 •• 2,53 еВ в * залежності максимальної густини струму термодіапазоні Т = 1720 •• 2000К * електронної еМІСІІ Jmax , ЩО ВИМірЯНІ В реЖИМІ НЭСИ3 Переваги пропонуємого матеріалу наочно чення для прототипу (ВаО)2 • (НЮг)і (крива 1), проявились і в області високих температур катод ВаНЮз (крива 2) і об'єкта заявки складу 63% мас в процесі випробувань пропрацював при Т = 2000К ВаНЮз + 37% мас W (крива 3) протягом 100 год зі стабільним відбором струму Максимальні значення густини струму термоеМІСІІ елеКТрОНІВ При ГУСТИНІ СТруму Jmax = 230А/СМ електронної еМІСІІ Jmax ВИМірЯНІ В ІМПуЛЬСНОМу рев імпульсному режимі роботи ЖИМІ відбору струму при тривалості імпульсу висо4 Мала швидкість випаровування пропонуєкої напруги 5мкс, частоті посилок 0,5Гц при роботі мого матеріалу, відсутність необоротного отруєння діода в режимі глибокого насичення Об'єкт заявпісля перебування його на атмосфері дозволяє ки склад 62 - 69%мас ВаНЮз + 31 - 38%мас W рекомендувати його для застосування як в відпаямає максимальну густину струму емісії в усій обних електронних пристроях, так і розбірних електласті робочих температур При Т = 1720К максирофізичних установках, що використовують елект2 мальна густина струму емісії досягає 100А/см , а ронні пучки для розв'язання різних технічних 2 при Т = 2000К становить 230А/см для складу задач 63%мас ВаНЮз + 37%мас W Після активування катодів спостерігалась стабільна емісія в усьому 51550 BaHfO, 10 20 30 40 50 60 ФІг. 1 70 80 90 W a масс% 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 T,K Єіг.2 51550 2 jmax,A/CM и 1700 1900 T,K Фіг З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71