[发明专利]用于电子管的阴极和制备所述阴极的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于电子管的阴极和用于制备所述阴极的方法，更具体地说，涉及被广泛用于普通的CTR(阴极射线管)中的涂敷有氧化物的(也称为氧化物阴极)热电子发射阴极的寿命特性的改进。

背景技术

阴极包括一盘状的金属基体，一圆柱形的套筒，其被装配到所述金属基体的底面上用作支撑，并具有被设置在所述套筒内用于加热所述阴极的加热器，以及一位于所述金属基体的上表面上的电子发射材料层。用于电子管的氧化物阴极的优点是，由于低的功函数，其具有相当低的工作温度(700到800摄氏度)，使得其被广泛地用于普通阴极射线管中。

早期的用于电子管的氧化物阴极一般具有这样的结构，即，电子发射材料层被涂敷在金属基体上，所述电子发射材料层由基于钡的碱土金属碳酸盐制成，最好是含有钡、锶和钙的呈(Ba-Sr-Ca)CO₃形式的三元碳酸盐，或者是含有钡、锶和钙的呈(Ba-Sr)CO₃的形式的二元碳酸盐，所述金属基体由含有微量还原剂例如硅(Si)、镁(Mg)或钨(w)基于镍的化合物制成。所述碳酸盐通过抽空和活化处理被转换成氧化物，并被用作电子发射材料。

下面说明用于制造氧化物阴极的过程和电子发射原理。

具有碳酸钡作为主要成分的碳酸盐粉末和溶解有黏结剂例如硝化纤维的有机溶剂混合。通过喷涂或者电淀积利用所述化混合物涂敷一个金属基体，并把所述金属基体安装在电子管的电子枪上。在电子管的抽气步骤中，碳酸盐被加热器加热到1000摄氏度，因而被转换成氧化钡，由式(1)表示：

                    (1)

在阴极操作期间，氧化钡和金属基体中的还原剂例如Mg或Si反应，按照下述反应，在氧化物/金属界面上，产生自由的钡，这便是电子发射的源：

                  (2)

          (3)

因为自由的钡起电子施主的作用，所以在阴极操作期间，阴极氧化物在物理上成为n型半导体。一般地说，当大量的电流流过半导体时，由于其自身的电阻而产生焦耳热。如果产生的焦耳热持续一个长的时间间隔，则由于自身加热而使原料蒸发或熔化，这使得阴极变劣。因而，当常规的阴极氧化物被用于大的电流密度下以便增加电子发射密度时，阴极可能会由于焦耳热而被劣化，这导致急剧地缩短阴极的寿命。

同时，如反应式(2)和(3)所示，在产生自由钡的期间内，也产生副产品，例如MgO，Ba₂SiO₄等。这些副产品积聚在电子发射材料层和金属基体之间的界面上而形成中间层，所述中间层作为还原剂例如Mg，Si等的扩散壁垒。结果，抑制自由钡的生成，导致缩短阴极的寿命。此外，因为中间层具有高的电阻，其妨碍电子发射电流的流动，因而限制了阴极的电流密度。

伴随着使用阴极射线管的电视或监视器朝向高清晰度和大屏幕的发展趋势，对于具有大的电流密度和长的寿命的阴极的需要不断增加。然而，早期的氧化物阴极由于上述的关于性能和寿命的缺点而不能满足需要。

作为大电流密度和长的寿命的浸渍阴极是公知的，但是其制造工艺复杂，并且其工作温度大约为1000摄氏度，高于氧化物阴极的操作温度。因而，浸渍阴极需要用熔点高得多的昂贵的材料制造，因而其实际使用受到阻碍。

从实际的观点看来，最好是改进常规的氧化物阴极，使得其具有长的寿命，并且在这方面进行了大量的研究。

详细地说，例如名称为“Cathode for Electron Tube”的Saito等人的韩国专利公开91-17481(要求名称为“Cathode for ElectronTube”的日本专利申请2-56855的优先权)披露了一种用于电子管的阴极，其中至少一个金属层例如钨或者钼被涂敷在金属基体上，并且在电子发射材料层中含有稀土金属氧化物例如Sc₂O₃，并且声称可以实现大的电流密度和长的寿命，因为稀土金属氧化物例如钪(Sc)用于分解中间产物，并且钨本身作为用于产生自由的钡的还原剂。