專利名稱：氧化物陰極的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于電子管例如陰極射線管的氧化物陰極，更具體地說，涉及一種具有改進的電子發射特性和長壽命的新型氧化物陰極。
在傳統的用于電子管的電子槍的熱電子發射陰極中，廣泛采用的是一種放在主要成分為鎳的金屬基座上的具有堿土金屬的碳酸鹽氧化物陰極，這種陰極之所以稱為氧化物陰極是因為堿土金屬的碳酸鹽在電子管的生產過程中的抽空工藝中變為一種氧化物的緣故。
氧化物陰極具有工作溫度較低(700-800℃)優點，因為它有一個低的功函數。另一方面，當電子發射濃度增加時，由于該材料是半導體并具有高導電率，因焦耳熱造成的自加熱會使原始材料蒸發或熔化。因此，這使陰極退化。另外因長時間工作，在金屬基座和氧化層之間形成一個中間層而縮短陰極壽命。
圖1示出了一個傳統的氧化物陰極的橫截面圖。整個氧化物陰極具有一個盤形基座2，一個支撐金屬基座2的圓柱形套筒3，一個放在套筒中用于加熱陰極的加熱器4，以及一個電子發射材料層1，其包含主要成分為堿土金屬氧化物并被涂敷和形成在金屬基座2上。
也就是說，由金屬基座2封住中空的圓柱形筒3，在套筒3中插入用于加熱陰極的加熱器4，并在金屬基座2的表面上形成至少兩種堿土金屬成分的混合物的電子發射材料層1，由此制成氧化物陰極。
這些部件中，在套筒上面的金屬基座承載電子發射材料層。金屬基座采用耐熱金屬材料如鉑和鎳等，并由包含至少一種還原劑的合金制成，以便幫助其表面上形成的堿土金屬氧化層還原。至于還原劑，所采用的還原金屬通常為W，Mg，Si，Zr等，其附加量根據其還原性而定。為了改善陰極特性可同時采用兩種以上的金屬。
套筒支撐金屬基座并支持其中的加熱器。考慮到熱特性如導熱性，耐熱金屬如鉬，鉭，鎢，不銹鋼等可作為套筒的原始材料。
套筒中的加熱器用于加熱涂敷在金屬基座上的電子發射材料，以便從金屬基座中發射熱電子。加熱器由涂覆氧化鋁的金屬絲如鎢制成，以便形成電絕緣層。
發射熱電子的電子發射材料層形成于金屬基座的表面并通常由堿土金屬(Ba，Sr，Ca，等)氧化層構成。制造該氧化層是通過在金屬基座上涂敷一個堿土金屬碳酸鹽的擴散層，并在真空下用加熱器加熱，使該碳酸鹽變為堿土金屬氧化物，該層在高溫(900-1000℃)下部分還原，以激發堿土金屬氧化物改善其半導體特性。
至于堿土金屬氧化物，摻有SrO和/或CaO的BaO具有比單一的BaO氧化物更好的電子發射特性。其原因如下，Sr和Ca與Ba在元素周期表中處于同族，而且Sr和Ca與Ba離子一樣變為相同的二價的陽離子并占有Ba離子曾占有的空間。此時，由于Sr和Ca的原子半徑與Ba不同，其周圍環境在某中程序上被打擾，從而給氧離子增加了高電位而使它們不穩定。這樣，在高溫處理的還原過程中便很容易被激活而產生一個有利的老化。
包含在金屬基座中的還原劑如Si和Mg等在活化過程中擴散從而移向堿土金屬氧化物的電子發射材料層與金屬基座的交界處并與堿土金屬氧化物進行如下反應。通過反應，含有電子發射材料層中的氧化鋇由金屬基座中的還原劑Mg，Si還原產生游離的鋇。游離的鋇為電子發射源。
如上所述，來自BaO的游離的鋇起欠氧半導體的作用，如果，即可獲得在700-800℃高溫下0.5-0.8A/CM的發射電流。
但是，由于氧化物陰極的工作溫度過高(大約750℃或更高)，Ba，Sr，Ca等因氣化壓力而蒸發，電子發射能力經歷一定工作時間即降低。
同時，反應式中所示，在游離的鋇的產生過程中，金屬基座中的還原劑也被氧化變為氧化物如MgO，Ba2SiO4等。這些金屬氧化物是電絕緣的并在電子發射材料層與金屬基座之間形成一個中間層成為一個阻擋層。這樣形成的阻擋層產生焦耳熱增加了工作溫度。阻擋層也會影響還原劑如Mg，Si，等的擴散從而抑制游離的鋇的產生。此外，中間層影響了蒸發的Ba，Sr或Ca的補充而縮短陰極的壽命。因中間層具有高電阻，也影響了電子發射電流的流動。
也就是說，對于傳統的氧化物陰極，游離的鋇在熱電子發射溫度下連續產生，使電子發射伴隨游離的鋇的部分蒸發。如果大量的游離的鋇蒸發并被消耗陰極的電子發射功能會突變劣，陰極工作立即中止。
在決定陰極壽命的各種參數中，伴隨陰極工作的鋇成分的還原以及上述的中間層的成長是重要的參數。因此，已經進行了通過更換電子發射材料成分或包含特殊的成分而改善陰極壽命的研究。
美國專利4797593披露了一種改進電子發射特性和陰極壽命的技術，即在電子發射材料層中包含了稀土金屬氧化物。
因為氧化物陰極具有制造上的優點和良好的特性，氧化物陰極已經進行了許多研究，氧化物陰極被廣泛用于電子發射源。但是，近來，大的和精細的電子管越來越需要，這樣就需要具有電子發射的增強特性和長壽命的電子管陰極。由于傳統的氧化物陰極因上述問題而不能滿足要求，所以需要近一步改進。
本發明是考慮到傳統氧化物陰極的上述特性和問題而作出的。因此本發明的目的就是提供一種具有改進的電子發射特性和壽命而在電子發射材料層中不包括附加材料而是在電子發射材料層上形成一個薄層，限制游離的鋇蒸發的氧化物陰極。
為達到本發明的目的，所提供的氧化物陰極包括一個金屬基座，一個形成于金屬基座上的電子發射材料層，其包括鋇作為主要成分，以及一個加熱器，用于加熱電子發射材料層，其特征在于，一個電子發射材料層上形成一個由鈦構成的鋇蒸發限制層。
本發明的目的和優點，通過參照附圖對本發明的最佳實施例的詳細描述而更為明顯。
圖1為傳統氧化物陰極的橫截面圖。
圖2為根據本發明的氧化物陰極的橫截面圖。
圖3示出了傳統氧化物陰極和本發明的氧化物陰極MIK相對于工作時間的變化曲線，其中，曲線a代表傳統氧化物陰極，曲線b代表本發明的氧化物陰極。
本發明的氧化物陰極，通過在電子發射材料層上形成一個含有鈦的薄層，在陰極工作中限制鋇蒸發而具有較長的壽命。
圖2是本發明的氧化物陰極的橫截面圖。通過與圖1的傳統的氧化物陰極比較，可以看出在電子發射材料層1上形成有鋇蒸發限制層5。鋇蒸發限制層5通過限制鋇蒸發延長了陰極壽命，該層的形成應使得對鋇的電子發射功能的副作用最小。
Ba蒸發限制層是用最好從CaTiO3和SrTiO3中選出的含鈦化合物制成的，Ba蒸發限制層的最佳厚度為10-10，000 。如果該層的厚度小于10 ，限制Ba蒸發的作用就太弱，如果厚于10，000 ，電子發射的數量就會因為對電子發射的副作用而減少。因此上述的Ba蒸發限制層的厚度范圍是最佳的。
對于電子發射材料，三碳化合物(Ba，Sr，Ca)CO3或二碳化合物如(Ba，Sr)CO3可被采用。此時，三碳化合物一般通過在蒸餾水中溶解硝酸鹽Ba(NO3)2，Sr(NO3)2和Ca(NO3)2來制備并通過加入脫溶劑如Na2(NH4)2CO3等使其沉淀成碳酸鹽。如此得到的三碳化合物通過浸漬，噴鍍，濺射或電鍍而加到金屬基座上。
下一步，在形成的碳酸鹽涂敷層上形成Ba蒸發限制層，例如，利用CaTiO3和/或SrTiO3采用RF濺射的方法形成10-10，000 的層。形成該層的方法并無限制。
制成的陰極被插入并固定在一個電子槍中，一個用于加熱陰極的加熱器被插入并固定在套筒中。電子槍被封在電子管的玻殼中。用于加熱陰極的加熱器使電子發射材料層的碳酸鹽在排氣過程的真空中分解為氧化物，然后，根據制造電子管的通常方法，激發氧化物產生游離的鋇使其可以發射電子。
本發明的最佳實施例將在下面詳細描述。所舉實例用于說明本發明而不是對其限制。
實例1為了使Ba(NO3)2和Ca(NO3)2的混合溶液中Ba∶Sr∶Ca的混合比為50∶40∶10，Na2CO3被加入以制備Ba，Sr和Ca的沉淀的碳酸鹽。
碳酸鹽在有機溶劑中分散，通過噴濺的方法使其涂敷在含有Si和Mg的Ni金屬基座上，然后烘干制成涂層。
接下來，在涂層上通過RF濺射涂敷CaTiO3形成厚度為50 的Ba蒸發限制層。
實例2除形成的SrTiO3的厚度為5，000 以外，其工序與圖1所述方式相同。
為了檢驗具有在電子發射材料層上形成有Ba蒸發限制層的氧化物陰極的壽命特性，制成的陰極被插入并固定到一個電子槍中。然后，一個用于加熱陰極的加熱器被插入并固定在套筒中。制成的電子槍被封在電子管的玻殼中，而玻殼的內部在抽空過程中被抽成真空，同時用加熱器加熱電子發射材料層使碳酸鹽變為氧化物。然后，利用與制造電子管的傳統的方法相同的工藝激發陰極從而檢測到陰極的電子發射特性。
電子發射特性是以最大陰極電流(MIK)，其是在特定條件下陰極發射的最大電流來決定的，而限極的壽命特性是通過在給定時間后的MIK保持的程度測算的。本發明的氧化物陰極的壽命特性是通過使陰極工作一定的時間同時檢測電子發射電流的下降來決定和測算的。
圖3為顯示傳統氧化物陰極和本發明的氧化物陰極的MIK，相對于工作時間的相對值(%)的曲線，其中，曲線“a”對應于傳統氧化物陰極，曲線“b”對應于本發明的實例1的氧化物陰極。
從圖3中可以看出，本發明的氧化物陰極的壽命比傳統的氧化物陰極增加20%或更多。
總之，本發明的在電子發射層上具有Ti層的氧化物陰極與傳統的氧化物陰極相比具有改進的電子發射特性和較長的壽命。
但是，對于用其優點實施例詳細表示和描述的本發明，本領域的普通技術人員應該了解，只要不偏離由從屬權利要求限制的本發明的構思和范圍，可以在形式上和細節上對其進行各種變化。
權利要求
1.一種氧化物陰極包括一個金屬基座(2)，一個在所述金屬基座上形成的含有鋇作為主要成分的電子發射材料層(1)，以及一個用于加熱電子發射材料層的加熱器(4)，其特征在于，在所述的電子發射材料層(1)上形成有含鈦的Ba蒸發限制層(5)。
2.根據權利要求1的一種氧化物陰極，其中所述的Ba蒸發限制層(5)包含從CaTiO3和SrTiO3中選出的至少一個。
3.根據權利要求1或2的一種氧化物陰極，其中所述Ba蒸發限制層(5)的厚度在10-10000 的范圍內。
全文摘要
一種氧化物陰極包括一個金屬基座(2)，一個在所述金屬基座上形成的含有鋇作為主要成分的電子發射材料層(1)，以及一個用于加熱電子發射材料層(1)的加熱器(4)。在所述的電子發射材料層(1)上形成有含鈦的Ba蒸發限制層(5)。因此，陰極的電子發射特性和壽命得以改善。
文檔編號H01J1/144GK1099513SQ93120838
公開日1995年3月1日 申請日期1993年12月15日 優先權日1993年8月23日
發明者崔龜錫, 崔鐘書, 孫景千, 朱圭楠, 李相沅 申請人:三星電管株式會社