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CN1081386C - 电子管的阴极 - Google Patents

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Abstract

一种电子管阴极具有含毛细结晶的碱土金属碳酸盐的电子发射物质层，其中依据碱土金属碳酸盐的重量加有0.01wt%至20.0wt%的镧(La)化合物和镁(Mg)化合物，或者镧-镁化合物。这种阴极具有与传统氧化物阴极完全的互换性，而且寿命延长15-20%。

Description

电子管的阴极
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。
本发明的目的是以这样的电子管阴极而实现的，该电子管包括有一个含有镍(Ni)为主要成分的碱金属，以及一个在碱金属上形成的电子发射物质层，这个层包含有碱土金属氧化物，是由钡(Ba)做为主要成分的碱土金属碳酸盐经加热处理而转变来的，以及镧(La)化合物与镁(Mg)化合物或镧-镁化合物。
本发明的上述目的及许多优点，将参考附图详述最佳实施例，从而会变得更加清楚。附图中：
图1是电子管的一般阴极的剖面侧视图；
图2说明一种典型的电子管的传统阴极的电子发射物质层的放大图，表示了具有毛细晶体结构的三元碳酸盐；以及
图3是本发明电子管的阴极与传统阴极的寿命特性比较的曲线图。
本发明的电子发射物质层中含有镁(Mg)，用作禁止稀土金属加速阴极的熔结。所以，由于在电子发射物质层中含有稀土金属和镁，氧化物熔结被禁止，这样，恒定地电子数量可以发射很长时间，从而改善了阴极的寿命特性。
再有，将镧(La)化合物和镁(Mg)化合物同碳酸盐混合，而后将硝基纤维素溶剂或诸如此类物加到这样获得的混合物中，如此，制成了一种悬浮液。将这种悬浮液通过喷涂、电子沉积或类似的方法施加给碱金属，从而使本发明的阴极制造过程可与传统过程完全互换，这样就容易在实际中应用。
图1是上述电子管的一般阴极的剖视图。根据本发明的阴极具有在碱金属上形成的电子发射物质层，其形成为(Ba，Sr，Ca)CO3中包含镧(Ld)化合物及镁(Mg)化合物或者镧-镁化合物。最好使用分别包含镧化合物和镁化合物的硝酸镧和硝酸镁，以及使用先前就包含镧-镁化合物的硝酸镧及硝酸镁而形成的硝酸镧-镁。这是由于硝酸盐容易在丁醇(butanol)或硝基纤维素中变为胶状体，这样就使得它能够均匀地分布在碳酸盐中。
一般来说，硝酸盐诸如Ba(NO3)2、Br(NO3)2以及Ca(NO3)2溶于纯水中，而后通过使用Na2CO3或(NH4)2CO3作为沉淀剂而在溶液中共同沉淀来获得共同沉淀的三元碳酸盐，其中根据硝酸盐浓度或pH值、沉淀温度以及沉淀的速率，可以获得各种形式的碳酸盐结晶颗粒。在本发明阴极的制造中，具有毛细晶体结构(这是最好的结构)的碳酸盐，可以通过控制上述条件而获得。
图2是一个典型的电子管的传统阴极的电子发射物质层的放大图。表示了具有毛细晶体结构的三元碳酸盐。
在本发明阴极的制造中，加到具有毛细晶体结构的碱土金属的共同沉积碳酸盐中的镧(La)化合物和镁(Mg)化合物或者镧-镁化合物最好是依据碱土金属碳酸盐重量的0.01wt％至20.0wt％。这里如果数量少于0.01wt％，寿命的增强效果很微小，如果高于20.0wt％，则初始的发射特性不好。
在含有镧(La)化合物和镁(Mg)化合物的情况下，最好使用同重量的这些物质。在含有镧-镁化合物的情况下，最好使用通过混合硝酸镧与硝酸镁而获取地镧-镁硝酸盐。
下面，通过具体例子详细叙述本发明。需要说明的是这里所说的发明并非限定它的范围。
实施例1
硝酸盐诸如Ba(NO3)2，Sr(NO3)2，Ca(NO3)2被溶解在纯水中并使用Na2CO3而使它们共同沉淀，获得共同沉淀的三元碳酸盐。其后，依据三元碳酸盐的重量分别加入1.5wt％的La(NO3)2·6H2O与Mg(NO3)2·6H2O，这样获取的混合物涂敷到碱金属上。这样形成的阴极插入并固定在电子枪内，再在套内插入并安装灯丝用于加热阴极。电子枪被密封在电子管的壳内，再经过排气过程而产生内部真空。从而灯丝将电子发射物质层的碳酸盐分解形成氧化物。这样，本发明的阴极就制成了。其后，用传统地制造方法制造出电子管，并算出它的初始发射。初始发射特性用电流(被称为“MIK(最大阴极电流)”)来估算，阴极的寿命是通过在给定的期间内在相关于初始MIK值的剩余率而确定的(见图3)。
实施例2
通过单独制造过程而制备的镧-镁化合物加入到与例1相同的方式而获得的三元碳酸盐中。换一句话说，由硝酸镧与硝酸镁均匀地混合来获得硝酸镧-镁Mg3La2(NO3)12·24H2O。其后，依据三元碳酸盐的重量使1.4wt％的镧-镁化合物加入到碳酸盐中，而后，根据例1中相同的过程，来获得本发明的阴极，并估算初始发射特性和阴极寿命(见图3)。
比较例
传统的阴极通过与例1相同的方法制造成，但没有加入硝酸镧La(NO3)3·6H2O和硝酸镁Mg(NO3)2·6H2O。计算阴极的初始发射特性和寿命(见图3)。
图3表示了传统阴极以及包含了新材料的本发明的阴极的寿命特性，这里曲线a表示了具有包含传统三元碳酸盐的电子发射物质层的阴极的寿命特性。曲线b反映的是含有传统的三元碳酸盐及镧和镁化合物层的阴极的寿命特性，曲线c同样是含有传统的三元碳酸盐及镧-镁化合物层的阴极的寿命特性。如图3所示，本发明阴极的寿命比传统阴极的寿命要长15％-20％。
如上述例子和比较例所示，本发明的阴极是一种新型的氧化物阴极，不仅具有比传统阴极在相同条件下长15％-20％的寿命，而且具有与传统氧化物阴极的制造方法完全地互换性。因而，本发明的阴极克服了寿命短的缺点。这种短寿命的缺点阻碍了在大屏幕和高分辨率管中的应用。本发明的阴极同时还可以投入大规模地生产。

Claims (4)

1.一种电子管的阴极，具有含镍为主要成分的碱金属，及在所述碱金属上形成的电子发射物质层，所述层包括碱土金属氧化物、镧化合物和镁化合物，其中碱土金属氧化物是由包含钡为主要成分的碱土金属碳酸盐经热处理而变得来的。
2.如权利要求1所述的电子管阴极，其中所述镧化合物和镁化合物的总量为所述碱土金属碳酸盐重量的0.01wt％至20.0wt％。
3.一种电子管的阴极，具有含镍为主要成分的碱金属及在所述碱金属上形成的电子发射物质层，该所述层包括碱土金属氧化物和镧-镁化合物，其中碱土金属氧化物是由包含钡为主要成分的碱土金属碳酸盐经热处理而转变得来的。
4.如权利要求3所述的电子管阴极，其中所述镧-镁化合物的量为所述碱土金属碳酸盐重量的0.01wt％至20.0wt％。
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