[发明专利]电子管的阴极

说明书

本发明涉及一种用于电子管的阴极，更具体地讲，涉及使用在诸如阴极射线管或摄象管之类的电子管中，具有很长寿命的热电子发射的阴极。

在以往的电子管热电子发射阴极中，一种被称为“氧化物阴极”被广泛使用。这种氧化物阴极有一个含有镍(Ni)做为主要成分以及微量的硅(Si)、镁(Mg)或诸如此类的金属做为还原剂的碱金属，以及在其上涂有一层包含钡(Ba)做为主要成分的碱土金属碳酸盐。最好是由(Ba，Sr，Ca)CO₃组成的三元碳酸盐或二元碳酸盐。这里，“氧化物阴极”这一术语的取得源于这样一个事实，碳酸盐在电子管制造中的排气过程中还原成氧化物。

图1是说明电子管阴极的示意侧视图，表示了一个盘状的碱金属2，一个筒状的套管3，它安置在碱金属2的下部用做支撑，以及在其内部有一个灯丝4用于加热阴极，在碱金属上涂敷有一层含有钡(Ba)为主要成分的电子发射物质层1。为了获取这种阴极，将硝基纤维素有机溶剂或类似物同包含以BaCO₃为主要成分的粉状碳酸盐混合，用喷射或电沉积的工序涂敷到碱金属2上。这样的阴极安装在电子枪上组装进电子管内部。以后，这个阴极被灯丝4加热到1000℃，在排气过程中产生内部真空。在此过程中，碳酸钡转变为氧化钡如下面的表达式所描述的：

          …(1)

在阴极工作过程中，这样获得的氧化钡又与还原剂(碱金属中含有的硅(Si)和镁(Mg))在碱金属与电子发射物质层之间的介面上反应，如图下面化学式所描述的：

          …(2)

    …(3)

    

这样产生的游离钡，促进了电子发射。进而，在电子发射物质层与碱金属的介面上形成了MgO、Ba₂SiO₄或类似物，起屏障作用被称为“中介层”，由此阻止了Mg或Si扩散进入电子发射层。其结果，中介层导致了阴极寿命的减少。还有另一种缺点，就是中介层的高电阻阻挡了发射电子的流动，限制了电流密度。

随着电视以及其它使用阴极射线管的设备不断朝着高分辨率和大屏幕方向发展，具有大电流密度和长寿命的阴极的需求增加。然而在性能和寿命方面，上述的缺点使得传统氧化物阴极没有能力满足需求。

一种浸渍型阴极以其高电流密度和长寿命著称，但是其制造过程相当繁杂以及它的工作温度超过1100℃，这也就是说，比氧化物阴极高出大约300℃或400℃。因而，由于制造这种阴极的材料必须具有高的熔点其制造又非常昂贵，所以使它的使用受到了限制。

因此，大量的研究工作用于延长有高实用性的传统氧化物阴极的寿命。例如：三菱公司的美国专利(U.S Patent)No.4,797,593公布了一项在传统的三元碳酸盐中掺入Sc₂O₃、Y₂O₃或类似物以改进阴极寿命的技术。又如菲利普公司的专利申请公开昭(Sho)64-41137公布了一项在电子发射物质层中含有Eu₂O₃的技术以改进阴极寿命。

这里，包含稀土金属的阴极具有增加的寿命，是因为稀土金属阻止了中介层的形成以及自由钡的蒸发。然而阴极电子发射的数量在阴极工作过一段时间之后会突然的下降，这是由于稀土金属在阴极工作温度上加速了氧化物的熔结。因此，氧化物被烧成硬的状态。其结果是减少了与还原剂的反应区域，从而导致发射电子的数量减少。此外，上述的阴极不能与传统的氧化物阴极完全地互换使用，它要求对阴极驱动过程进行修改，以确保稳定和充分地热电子发射。

本发明的目的在于提供一种电子管阴极，它具有显著改进的寿命，而且与传统阴极的制造方法具有完全的互换性。