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Dokumentenidentifikation DE69205514T2 15.05.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0525646
Titel Verfahren zur Herstellung einer imprägnierten Kathode.
Anmelder NEC Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Akiyama, Yasuhiro, Minato-ku, Tokyo, JP
Vertreter Pätzold, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing., Pat.-Anw., 82166 Gräfelfing
DE-Aktenzeichen 69205514
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 23.07.1992
EP-Aktenzeichen 921126025
EP-Offenlegungsdatum 03.02.1993
EP date of grant 18.10.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.1996
IPC-Hauptklasse H01J 9/04

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer imprägnierten Kathode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Kathode ist ein wesentlicher Bestandteil von elektrischen Entladungsröhren, von denen die Lebensdauer und Effizienz der elektrischen Entladungsröhren abhängt.

Es werden die folgenden Anforderungen an Kathoden für elektrische Entladungsröhren gestellt:

(a) hohe Elektronenemissionseffizienz;

(b) hohe Stromdichte;

(c) gleichförmige Emissionsenergie;

(d) stabiler Betrieb;

(e) lange Lebensdauer;

(f) hinreichender Widerstand gegenüber dem Vakuumdruck in der elektrischen Entladungsröhre; und

(g) keine Elektronenemission außer von der vorgesehenen Elektronenemissionsoberfläche.

Imprägnierte Kathoden mit den vorstehenden Eigenschaften sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Eine imprägnierte Kathode wird hergestellt, indem eine poröse Metallgrundplatte mit hohem Schmelzpunkt sowie poröses Wolfram mit einem elektronen-emittierenden Material imprägniert wird, das aus einer Bariumoxidverbindung besteht. Die so hergestellte imprägnierte Kathode wird gewöhnlich von einer Heizmanschette eingerahmt, in der eine Heizvorrichtung vorgesehen ist. Während des Kathodenbetriebes wird die auf der porösen Metallgrundplatte imprägnierte Oxidverbindung von der Heizvorrichtung erhitzt und bei der Aktivierungstemperatur in freie Metalle reduziert, die durch die Oberfläche der porosen Metallgrundplatte diffundieren und eine Einatomschicht bilden. Die so gebildete Einatomschicht ist derart ausgebildet, daß sie verglichen mit Wolfram eine hohe reduzierte Austrittsarbeit aufweist, wodurch eine effiziente Elektronenemission erzielt wird.

Eine derartige imprägnierte Kathode wurde herkömmlich folgendermaßen hergestellt:

(a) ein Hochschmelzpunktmetallpulver wird mit einem Pulverextrusionsverfahren gebildet und dann gesintert;

(b) das derart gesinterte poröse Hochschinelzpunktmetallpulver wird mit einem Acryl-Kunstharz wie Lubrikant infiltriert, um seine Bearbeitung zu erleichtern;

(c) nach Fertigstellung der Bearbeitung der Kathodengrundplatte in ihre vorgegebenen Dimensionen wird das infiltrierte Acrylkunstharz entfernt; und

die Kathodengrundplatte wird in eine Heizmanschette gelötet oder geschweißt.

Wie vorstehend beschrieben, erfordert dieses bekannte Verfahren zur Herstellung einer impragnierten Kathode beträchtliche Zeit, Ausstattung und Material.

Nach der vorstehenden herkömmlichen Methode kann eine imprägnierte Kathode durch ein langwieriges Verfahren erzielt werden (Formung und Sintern Acryl-Kunstharz - Infiltration Bearbeitung Acryl-Kunstharz- Entfernung Schweißen), was unvorteilhaft zu erhöhten Herstellungs- und Ausstattungskosten führt. Die Bildung des porösen Hochtemperaturschmelzpunktmetalles enthält einen Formschritt und einen Sinterschritt, wodurch sich die Herstellungszeit erhöht. Die während der Sinterung auftretende Deformation schließt aus, ein Produkt vorgegebener Größe zu erhalten, was ein weiterer Nachteil ist.

EP-A-O 409 279 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von imprägnierten Kathoden, das daraus besteht, ein gemischtes Metallpulver mit hohem Schmelzpunkt zu pressen und auf das gepreßte Gemisch in einer versiegelten Vakuumdruckdose, die mit Bariumnitrid gefüllt ist, einen isostatischen Druck auszuüben. Bei diesem bekannten Verfahren sind viele Schritte notwendig, um ein Produkt von beabsichtigter Größe zu erzielen.

US-A-4 767 372 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von imprägnierten Kathoden, bei dem ein Hochtemperaturschinelzpunktmetallpulver direkt in die Kathodenhalterung gepreßt wird.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten imprägnierten Kathode bereitzustellen, in dem die einzelnen Schritte weiter vereinfacht sind und in ihrer Anzahl reduziert sind, um die Herstellungskosten weiter zu senken und eine beabsichtigte Größe des Produktes zu erzielen, und auch um Deformationen während des Sinterns zu vermeiden.

In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erwähnt.

Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der vorteilhaften Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen klarer hervorgehoben. Hierin zeigt:

Figur 1 einen vertikalen Querschnitt des Verfahrens zur Herstellung einer imprägnierten Kathode nach einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;

Figur 2 einen vertikalen Querschnitt einer mit dem in Fig. 1 dargestellten Verfahren hergestellten imprägnierten Kathode;

Figur 3 einen vertikalen Querschnitt einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung; und

Figur 4 einen vertikalen Querschnitt einer imprägnierten Kathode mit einer Heizmanschette, die nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.

Detaillierte Beschreibung der vorteilhaften Ausführungen der Erfindung.

Das beanspruchte Verfahren wird im folgenden, insbesondere unter Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer imprägnierten Kathode gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführung wird ein isostatischer Heißdruckformapparat zur Herstellung der imprägnierten Kathode verwendet. Ein Heißdruckformapparat 4, der mit einem Metallpulver mit hohem Schmelzpunkt wie z.B. Wolfram gefüllt ist, wird im Zentrum einer Heizvorrichtung 2 angeordnet, die in einem äußeren Vakuumgefäß 1 angeordnet ist. Das Innere des äußeren Vakuumgefäßes 1 wird mit einer Abluftpumpe 5, die mit dem äußeren Vakuumgefäß 1 verbunden ist, evakuiert, wonach das Metallpulver mit hohem Schmelzpunkt 3 von der Heizvorrichtung 2 entgast wird. Danach wird mit Hochdruck Argongas 6 eingeleitet, um eine isostatische Preßformung auszuführen.

Die gesamte Oberfläche der so hergestellten impragnierten Kathode 7 wird mit einem dünnen Film 8 des Metalls mit hohem Schmelzpunkt bedeckt, das während der Preßformung zu einer Dicke von 1 bis 2 um wie in Fig. 2 gezeigt, gepreßt wurde. Ein ausgewählter Abschnitt des dünnen Films 8, der für die elektronen-emittierende Oberfläche 9 vorgesehen ist, wird durch trocken- oder naßchemisches Ätzen entfernt und die geätzte Oberfläche wird mit einer Bariumoxidverbindung imprägniert, wodurch eine vorgeschriebene Stärke der imprägnierten Kathodenstruktur erzielt wird. Da die Oberfläche der so erzielten imprägnierten Kathode mit Ausnahme der elektronenemittierenden Oberfläche 9 vollständig mit dem dünnen Film 8 bedeckt ist, tritt an den übrigen Abschnitten keine Elektronenemission auf, und die vorliegende imprägnierte Kathodenstruktur weist daher exzellente Elektronenemissionseigenschaften auf

Figur 3 zeigt einen vertikalen Querschnitt einer Kathode gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung. Eine Heizmanschette 11 wird zusammen mit einem Metallpulver mit hohem Schmelzpunkt 10 in einen Heißdruckformapparat eingesetzt, wonach isostatische Preßformung erfolgt. Fig. 4 zeigt, daß bei der so erzielten imprägnierten Kathode 13, der Kathodensockel 15 auf der Heizmanschette 11 gebildet wird, weder daß Löten, Schweißen oder Verbinden dieser beiden Teilstücke nötig ist, noch daß diese bearbeitet werden müssen, um sie in vorbestimmte Dimensionen zu überführen. Natürlich kann die Verbindung des Kathodensockels 15 auf der Heizmanschette 11 mit höherer Sicherheit erzielt werden, indem Aussparungen 16 auf der Heizmanschette 11 vorgesehen sind.

Die so erzielte imprägnierte Kathode hat die beabsichtigten Dimensionen, da die isostatische Heißdruckverformung auf der Heizmanschette durchgeführt wird, so daß die Verfahrensschritte der weiteren Bearbeitung, der Infiltration und die Entfernung eines Acryl-Kunstharzes und der Schweißvorgang entfällt, was effektiv zu einer hohen Reduzierung der Herstellungszeit und -kosten führt. Da außerdem die gesamte Oberfläche der Kathode mit Ausnahme der elektronen-emittierenden Oberfläche mit einem dünnen Film bedeckt ist, kann die Elektronenemission an anderen Abschnitten als an der elektronenemittierenden Oberfläche, die Turbulenzen in der orbitalen Funktion verursacht, wirkungsvoll verhindert werden.

Wie vorstehend gesagt, hat die imprägnierte Kathode, die nach diesem Verfahren durch Heißdruckpreßformung eines Metalls mit hohem Schmelzpunkt auf einer Heizmanschette hergestellt ist, die folgenden Eigenschaften:

(a) eine vorbestimmte Größe der Kathode kann ohne weitere Arbeitsvorgänge, die die weitere Bearbeitung, Acryl-Kunstharz-Infiltration und Entfernung, und Schweißen beinhalten, geformt werden;

(b) die Elektronenemission an anderen Abschnitten als an der elektronenemittierenden Oberfläche kann verhindert werden, da die elektronenemittierende Oberfläche durch Ätzen geschützt ist; und

(c) die Migration von Verunreinigungen, insbesondere von Sauerstoff, Kalium oder Kohlenstoff kann verhindert werden, da das Herstellungsverfahren vereinfacht ist und die Verbindung nach der Entgasung ausgeführt wird.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung einer impregnierten Kathode (7) unter Verwendung von Metallpulver mit hohem Schmelzpunkt und isostatischer Druckbehandlung,

dadurch gekennzeichnet, daß

-- das Metallpulver (3;10) in einen erhitzten Heißdruck-Formapparat (4;12) gefüllt wird, der in einem äußeren Vakuumgefäß (1) angeordnet ist;

-- das Innere des Vakuumgefäßes (1) evakuiert wird, um das Metallpulver (3) durch Erhitzen zu entgasen; mit Hochdruck Argon-Gas (6) in das Vakuumgefäß (1) eingeleitet wird, um eine isostatische Preßformung auszuführen, wodurch die Kathodenstruktur (7) gewonnen wird, die mit einem dünnen Film (8) vun 1 bis 2 um Dicke des Hochteinperaturschmelzpunktmetalls bedeckt ist, der während der Formung gebildet wird;

-- ein ausgewählter Abschnitt des dünnen Films (8) durch Trocken- oder naßchemisches Ätzen entfernt wird, der die elektronenemittierende Oberfläche der Kathode definiert; und

die geätzte Oberfläche miteinem elektronenemittierenden Material impregniert wird, wodurch eine vorgeschriebene Stärkeder impregnierten Kathodenstruktur gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem eine Heizmanschette (11) zusammen mit dem Metallpulver (10) in den Heißdruck-Formapparat (12) eingesetzt wird, um den Sockel (15) der Kathode auf der Heizmanschette (11) zu bilden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, in dem Aussparungen (16) in der Heizmanschette (11) gebildet sind, um mehr Sicherheit der Bindung des Kathodensockels (15) auf der Heizmanschette (11) zu erreichen.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, in dem das Metall mit dem hohen Schmelzpunkt Wolfram (Tungsten) ist und das elektronenemittierende Material eine Bariumoxidverbindung ist.







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