專利名稱：具有提高的壽命的陰極射線管的陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對陰極射線管的浸漬陰極，更具體地，涉及一種具有提高的壽命的浸漬陰極。
背景技術(shù)：
浸漬陰極由多孔金屬體組成，還被稱為片狀器件(pellet)，其由能夠發(fā)射電子的、被稱為浸漬劑的材料浸漬，該材料主要由如氧化鋇等金屬氧化物構(gòu)成。多孔金屬體同樣由如鎢、鉬等難熔金屬制成。將多孔金屬體放置在其自身由難熔金屬制成的金屬盤內(nèi)。將或者通過對固體金屬薄片進行穿孔、或者通過壓制、燒結(jié)和可能的浸漬而獲得的多孔金屬薄片放置在片狀器件的上方。浸漬材料與片狀器件進行化學(xué)反應(yīng)，并產(chǎn)生發(fā)射材料，例如一種基于鋇或氧化鋇的材料，該發(fā)射材料將移動到片狀器件中，并通過金屬薄片的小孔以便涂覆到其表面，然后，所述表面形成了陰極的發(fā)射表面。
在陰極射線管領(lǐng)域，當(dāng)前的趨勢是在陰極電流密度較高增加的方向上向更大的增加邁進，以便在高清晰的應(yīng)用，例如在電視領(lǐng)域中，使用這些陰極射線管?，F(xiàn)在，已經(jīng)注意到，陰極的壽命相當(dāng)大地取決于其所需要的電流密度。
已經(jīng)提出了各種方法來增加浸漬陰極的壽命，例如-或者通過減少浸漬片狀器件的孔隙度，或者通過降低工作溫度，更慢地蒸發(fā)諸如鋇的發(fā)射材料，-或者通過增加片狀器件的體積，或者通過在片狀器件下添加儲存器，增加浸漬材料的儲存并因而增加發(fā)射材料的儲存。
然而，盡管這些解決方案能夠增加在較低的電流密度下的陰極壽命。該壽命實質(zhì)上在高電流密度下并未改變，這是由于以下的原因
-如果減少了孔隙度，這導(dǎo)致了浸漬材料的儲存器的尺寸的減小-如果減小了工作溫度，則電子發(fā)射下降-發(fā)射材料的流動隨著將其與發(fā)射表面分離的距離而減小，由于隨著路徑，發(fā)射材料與其暴露在真空中的表面積成比例地蒸發(fā)-在片狀器件下添加儲存器是特別昂貴的解決方案，其不能夠用于制造大眾市場產(chǎn)品，并使陰極的激活更長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主題是一種特定的陰極結(jié)構(gòu)，能夠不對發(fā)射材料的儲存器的尺寸發(fā)生作用，但是對發(fā)射材料的流動具有作用，更具體地，對排空儲存器的速率具有作用。
為此，根據(jù)本發(fā)明的浸漬陰極包括由堿土金屬混合物浸漬的多孔發(fā)射片狀器件，將所述片狀器件放置在由難熔金屬制成的盤中，并覆蓋有形成陰極的發(fā)射表面的多孔金屬薄片，其特征在于所述片狀器件具有位于嚴(yán)重浸漬區(qū)域和未浸漬或弱浸漬區(qū)域之間的分離表面，所述分離表面包括朝向發(fā)射表面的至少一個中空部分。


利用以下描述和附圖，本發(fā)明及其優(yōu)點將得到更好的理解，其中-圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的浸漬陰極的實施例-圖2示出了本發(fā)明的第一實施例-圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的陰極的一個變化的實施例。
具體實施例方式
例如，在美國專利US 4 101 800中描述了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的浸漬陰極。由圖1所示的這種陰極包括均勻浸漬的多孔片狀器件1，由諸如鋇或鈣等堿土金屬的混合物之類的發(fā)射材料制成；將片狀器件插入到由諸如鉬或鉭等難熔材料制成的盤2中。片狀器件覆蓋有通過激光焊接或銅焊接附著于盤上的多孔金屬薄片3。例如，通過壓制和燒結(jié)諸如鎢等金屬來制成金屬薄片3。將盤2固定于其中放置了陰極的加熱絲4的中空圓柱套管6上。
在陰極操作期間，在片狀器件的小孔中產(chǎn)生諸如鋇和氧化鋇等發(fā)射材料，并且這些材料將向發(fā)射表面移動，并經(jīng)由其開口5通過薄片3。由片狀器件擴散的蒸發(fā)鋇繼續(xù)通過薄片3，該蒸發(fā)鋇的一部分沉積在薄片3上，而另一部分以蒸氣的形式通過。薄片的孔隙度越低，沉積在其上的鋇的部分就越大。所沉積的鋇非?？斓財U散，并由于薄片的高溫而在表面上變得均勻，該溫度幾乎等于片狀器件的工作溫度。在穿孔薄片的上表面上的鋇擴散使所述上表面充當(dāng)電子發(fā)射表面。
由浸漬劑和如鎢等構(gòu)成片狀器件的材料的化學(xué)反應(yīng)引起了鋇的流動，并且該流動指向由發(fā)射表面3形成的自由路徑。因此，形成了耗盡前面7，該表面實質(zhì)上與片狀器件的發(fā)射表面平行。耗盡前面定義了其中發(fā)射材料極度耗盡并直接位于薄片3的下方的區(qū)域8、與其中發(fā)射材料的密度還未發(fā)生改變的更深區(qū)域9之間的邊界。在陰極的壽命期間，耗盡前面將會移動，同時具有與發(fā)射表面實質(zhì)上平行的表面，鋇位于發(fā)射表面的下方的深度隨著陰極的工作壽命而逐漸增加。
本發(fā)明基于以下事實已經(jīng)注意到，在操作期間，耗盡前面移動，同時具有與其初始表面實質(zhì)上平行的表面，如同慢燃燒前面。因此，諸如鋇等發(fā)射材料的流動隨著將其與發(fā)射表面分離的距離而減少。這樣的結(jié)果在于離發(fā)射表面較遠(yuǎn)的位置處的鋇可能會沒有用處。如在1981年由North Holland Publishing Company所公布的A.M.Shroff所寫的“Applications of Surface Science 8”的第36頁到49頁所描述的那樣，根據(jù)在已經(jīng)使用了陰極期間，流動與時間的平方根成反比的定律，發(fā)射材料的流動隨著耗盡前面逐漸遠(yuǎn)離發(fā)射表面而減小。
兩種現(xiàn)象引起了在發(fā)射材料的流通中的這種減少-隨著化學(xué)反應(yīng)的剩余物在小孔中逐漸累積，氧化鋇向要減少為鋇的表面的擴散愈加困難。
-隨著耗盡前面逐漸遠(yuǎn)離發(fā)射表面，發(fā)射材料與暴露在真空中的表面區(qū)域成比例地蒸發(fā)，所述表面與分離成比例地增加。
-隨著耗盡前面逐漸遠(yuǎn)離發(fā)射表面，發(fā)射材料必須沿更大的距離擴散，在其路徑上，趨向于覆蓋隨著距離而增加的金屬表面，而且，這增加了到達(dá)該表面的材料量。
本發(fā)明提供了針對這些問題的解決方案，而未改變在片狀器件、或其小孔或其工作溫度中發(fā)生的化學(xué)現(xiàn)象。
如圖2所示，本發(fā)明分離了發(fā)射材料源的功能和發(fā)射表面的功能，從而在幾何上增大了其間的發(fā)射材料的流動。
為此，所述陰極由插入在盤12中的發(fā)射片狀器件11構(gòu)成。片狀器件覆蓋有多孔金屬薄片13，例如，通過壓制和燒結(jié)鎢粉制成，優(yōu)選地，可以利用浸漬材料來浸漬該金屬薄片。
在其制造期間，片狀器件11具有以下特定特征其具有嚴(yán)重浸漬區(qū)域19和弱浸漬或根本未浸漬區(qū)域10。這兩個區(qū)域之間的分離表面18具有以下幾何特征其是凹入的，并且具有位于形成陰極發(fā)射表面的薄片13和片狀器件的嚴(yán)重浸漬部分19之間的至少一個中空部分。
在圖2所示的實例中，分離表面18具有設(shè)置在片狀器件的中心的半球形的凹陷。優(yōu)選地，片狀器件11具有在15％和35％之間的孔隙度，并具有1.3mm的直徑16。其深度14是0.6mm，并且位于其中心處的空腔10具有0.7mm的直徑20。金屬薄片13設(shè)置在片狀器件上方，可以對該薄片進行浸漬也可以不進行浸漬，所述薄片具有15％和35％之間的孔隙度，并且具有20μm到50μm的厚度。優(yōu)選地，該薄片涂覆有諸如鋨/釕等合金層，或涂覆有降低了電子的逸出功的銥。將片狀器件插入到盤12中，如通過激光焊接，將所述盤12固定到圓柱套管上。
通過用于連接其外圍表面和圍住區(qū)域10的、利用諸如鉬和釕等高熔點的金屬基材的銅焊接合21，將薄片13和片狀器件彼此固定。可以通過將粉末與溶劑混合來準(zhǔn)備基于鉬/釕的混合物，然后涂覆在厚度為幾個μm的層中，最后，利用激光對其進行熔化，同時彼此相對地壓制薄片和預(yù)先浸漬的片狀器件。
按照這種方式，將在半球形表面18處最初形成耗盡前面，所述銅焊接合21形成了無法滲透到來自片狀器件的發(fā)射材料的阻擋物。然后，耗盡前面將會移動，同時與半球形表面保持平行，并且根據(jù)以下類型的定律，其表面隨著逐漸迫使所述前面進入片狀器件而增加，所述定律為
d(t)＝A.t1/2其中，d是所述前面離其初始位置的距離，A是取決于片狀器件的孔隙度和工作溫度的系數(shù)，而t是時間。
于是，所述前面的表面積將根據(jù)以下類型的定律而增加S(t)＝K(R+d(t))2＝K(R+A.t1/2)2其中，R是表面18的初始半徑，而K是由表面18所表示的球面部分所定義的常數(shù)系數(shù)。
因此，修改了發(fā)射材料的流動對片狀器件的使用時間的依賴性耗盡前面的表面積隨著陰極使用時間的增加使得浸漬片狀器件的日益變大的區(qū)域得到使用，這涉及愈加變大的發(fā)射材料量。該效果平衡了如上所述的減少發(fā)射材料流動的自然效果，從而在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，與諸如圖1所示的結(jié)構(gòu)相比，有效發(fā)射材料的流動減小得更慢。此外，應(yīng)該注意到，該優(yōu)勢隨著時間而增大。
下表示出了在圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)情況下和在本發(fā)明的情況下，耗盡前面、鋇流動和陰極發(fā)射上的變化。


可以注意到，通過將陰極發(fā)射的下限設(shè)置為5100μA，陰極的壽命從針對根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的陰極的80周達(dá)到了針對根據(jù)本發(fā)明的陰極的150周。
為了制造初始半球形表面18，能夠以均勻浸漬的片狀器件開始；在遮蔽片狀器件的上表面的一部分，例如所述表面的外圍區(qū)域，之后，執(zhí)行浸漬劑的空間受控溶解，從而利用非常少的浸漬劑或根本不利用浸漬劑來創(chuàng)建半球形區(qū)域。
還可以從片狀器件11制造該分離表面18，在片狀器件11上，諸如通過壓制然后均勻浸漬來機械地創(chuàng)建無任何材料的半球形區(qū)域10。在該實施例中，發(fā)射材料以蒸氣的形式穿過空腔10，并且不必如先前的實施例中那樣，覆蓋小孔的表面。在這種情況下，當(dāng)將配備有該類陰極的陰極射線管放置在真空下時，特別是當(dāng)覆蓋片狀器件的薄片13是多孔的并利用發(fā)射材料浸漬時，可能會產(chǎn)生問題；于是，在包含在空間10中的空氣和在射線管內(nèi)占優(yōu)勢的漸進真空之間，產(chǎn)生了壓力降，該壓力降可能會造成薄片13的斷裂。圖3示出提供了對該問題的解決方案的本發(fā)明的實施例；通過形成在浸漬片狀器件11中的、用于將空腔與陰極外部連通的至少一個通道30，將空腔10設(shè)置為外部壓力。
在所有情況下，為了獲得延長陰極壽命的明顯效果，需要初始分離表面18的表面積比陰極的發(fā)射表面大至少20％。
上述實施例并非限定性的；有利地，能夠在浸漬片狀器件的表面上提供多個凹陷空腔，或者以半圓環(huán)形狀的表面來替代半球形空腔。
權(quán)利要求
1.一種浸漬陰極，其發(fā)射部分包括由堿土金屬混合物浸漬的多孔片狀器件11，將所述片狀器件放置在盤12中，所述盤12由難熔金屬制成并覆蓋有形成了陰極的發(fā)射表面的多孔金屬薄片13，其特征在于所述片狀器件具有位于嚴(yán)重浸漬區(qū)域和未浸漬或弱浸漬的區(qū)域10之間的分離表面，所述分離表面包括朝向發(fā)射表面的至少一個中空部分。
2.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一個所述的浸漬陰極，其特征在于位于中空部分和發(fā)射表面之間的空間10至少部分地?zé)o任何材料。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一個所述的浸漬陰極，其特征在于位于中空部分和發(fā)射表面之間的空白空間10利用至少一個通道30與外部空間連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸漬陰極，其特征在于通過片狀器件的浸漬劑的選擇性溶解，來獲得分離表面的中空部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸漬陰極，其特征在于所述中空部分是球形表面的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浸漬陰極，其特征在于中空部分的表面積比發(fā)射表面大至少20％。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一個所述的浸漬陰極，其特征在于片狀器件的表面包括圍繞中空部分的、針對發(fā)射材料的擴散而密封的金屬阻擋物21。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求的任一個所述的浸漬陰極，其特征在于金屬阻攔物21由具有高熔點的金屬合金組成。
9.一種陰極射線管，其特征在于所述陰極射線管包括根據(jù)前述權(quán)利要求的任一個所述的陰極。
全文摘要
一種針對真空管的浸漬陰極，包括利用堿土金屬混合物浸漬的多孔片狀器件11形式的發(fā)射部分；將所述片狀器件放置在盤12中，所述盤12由難熔金屬制成并覆蓋有形成了陰極的發(fā)射表面的多孔金屬薄片13。而且，所述片狀器件具有位于嚴(yán)重浸漬區(qū)域和未浸漬或弱浸漬的區(qū)域10之間的分離表面18，從而使所述分離表面包括朝向發(fā)射表面的至少一個中空部分。利用該分離表面的形狀，提高了陰極的壽命。
文檔編號H01J1/28GK1599940SQ02824054
公開日2005年3月23日 申請日期2002年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月10日
發(fā)明者讓-呂克·里科, 讓-米歇爾·羅凱 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司