RU174300U1

RU174300U1 - SIDE METAL POROUS CATHODE

Info

Publication number: RU174300U1
Application number: RU2017120553U
Authority: RU
Inventors: Евгений Викторович Демидов; Владимир Николаевич Ильин; Алексей Валерьевич Крылов; Владимир Петрович Кузьмин; Олег Юрьевич Масленников
Original assignee: Демидова Елена Викторовна
Priority date: 2017-06-14
Filing date: 2017-06-14
Publication date: 2017-10-11

Abstract

Полезная модель относится к электронной технике, в частности к эмиссионной электронике, и может быть использована для создания эффективных источников электронной эмиссии - торцевых металлопористых L-катодов и импрегнированных (пропитанных) катодов, широко применяемых в производстве различных типов электровакуумных приборов, в частности приборов СВЧ-диапазона.Торцевой металлопористый катод, выполненный из пористой вольфрамовой матрицы с эмиссионно-активным веществом, содержит герметичный слой на боковых поверхностях вольфрамовой матрицы, сформированный в виде беспористого вольфрамового покрытия толщиной не менее двукратного размера пор вольфрамовой матрицы.Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в повышении технологичности и эксплуатационной надежности торцевых металлопористых катодов различной конфигурации и размеров с герметичным слоем на боковых поверхностях вольфрамовой матрицы, обеспечивающим не только снижение паразитной эмиссии с катодов, но и повышение их долговечности и электропрочности за счет устранения паразитного испарения эмиссионно-активного вещества с боковой (не рабочей) поверхности катодов.The utility model relates to electronic technology, in particular to emission electronics, and can be used to create effective sources of electronic emission - end metal-porous L-cathodes and impregnated (impregnated) cathodes, widely used in the manufacture of various types of electric vacuum devices, in particular microwave devices The end metal-porous cathode made of a porous tungsten matrix with emission-active substance contains a sealed layer on the side surfaces of the tungsten ma trits formed in the form of a non-porous tungsten coating with a thickness of at least twice the pore size of the tungsten matrix. The technical result achieved by the utility model is to increase the manufacturability and operational reliability of the end metal-porous cathodes of various configurations and sizes with a sealed layer on the side surfaces of the tungsten matrix, providing not only reduction of spurious emission from the cathodes, but also an increase in their durability and electric strength due to the elimination of spurious emission arenas of emission-active substances from the lateral (not working) surface of the cathodes.

Description

Полезная модель относится к электронной технике, в частности к эмиссионной электронике, и может быть использована для создания эффективных источников электронной эмиссии - торцевых металлопористых L-катодов и импрегнированных (пропитанных) катодов, содержащих пористую вольфрамовую матрицу с эмиссионно-активным веществом.The utility model relates to electronic technology, in particular to emission electronics, and can be used to create effective sources of electron emission - end metal-porous L-cathodes and impregnated (impregnated) cathodes containing a porous tungsten matrix with emission-active substance.

В перечне требований, предъявляемых к торцевым металлопористым катодам, одним из основных является формирование на боковых поверхностях вольфрамовой матрицы герметичного слоя, который при работе катодов в электровакуумных приборах не только снижает паразитную эмиссию, но и повышает долговечность и электрическую прочность приборов за счет устранения паразитного испарения эмиссионно-активного вещества с боковой (не рабочей) поверхности катодов.In the list of requirements for end metal-porous cathodes, one of the main ones is the formation of a sealed layer on the side surfaces of the tungsten matrix, which, when the cathodes are operated in electrovacuum devices, not only reduces spurious emission, but also increases the durability and electrical strength of the devices by eliminating spurious evaporation of emission -active substance from the side (not working) surface of the cathodes.

Известны торцевые металлопористые катоды в виде пористой вольфрамовой матрицы с эмиссионно-активным веществом, в которых на боковых поверхностях вольфрамовой матрицы герметизация пор достигается запрессовкой и последующим спеканием вольфрамового порошка в керне катода из тугоплавкого металла или приваркой предварительно спеченной пористой вольфрамовой матрицы к керну катода по всей площади их контакта. [Патент 155051 на полезную модель; заявка 2015104742/07 от 12.02.2015].End-face metal-porous cathodes in the form of a porous tungsten matrix with emission-active substance are known, in which pore sealing on the lateral surfaces of a tungsten matrix is achieved by pressing and then sintering a tungsten powder in a core of a refractory metal cathode or by welding a pre-sintered porous tungsten matrix to the entire core their contact. [Patent 155051 for a utility model; application 2015104742/07 of 02/12/2015].

Недостатком таких катодов является не только высокая трудоемкость изготовления, но и наблюдаемая нестабильность эмиссии из-за усадки запрессованной матрицы в керн в процессе срока службы, а также возникающая эмиссионная неоднородность из-за нарушения теплового контакта между матрицей и керном при их приварке друг к другу, обнаружение и устранение которого в процессе изготовления катодов весьма проблематично.The disadvantage of such cathodes is not only the high complexity of manufacturing, but also the observed instability of the emission due to shrinkage of the pressed matrix in the core during the service life, as well as the resulting emission inhomogeneity due to the violation of thermal contact between the matrix and the core when they are welded to each other, the detection and elimination of which in the process of manufacturing cathodes is very problematic.

Прототипом предлагаемой полезной модели являются торцевые металлопористые катоды в виде пористой вольфрамовой матрицы с эмиссионно-активным веществом, содержащие герметичный слой на боковых поверхностях вольфрамовой матрицы, формирование которого осуществляется путем механического уплотнения поверхности матрицы. Уплотнение достигается обкаткой поверхности матрицы роликом из тугоплавкого металла с определенным усилием прижима, при одновременном пропускании через место контакта электрического тока. [Г.А. Кудинцева, А.И. Мельников, А.В. Морозов, Б.П. Никонов «Термоэлектронные катоды», изд. «Энергия», М.Л. 1966 г. стр. 169-172]The prototype of the proposed utility model is the end metal-porous cathodes in the form of a porous tungsten matrix with emission-active substance containing a sealed layer on the side surfaces of the tungsten matrix, the formation of which is carried out by mechanical sealing of the matrix surface. The seal is achieved by rolling the matrix surface with a refractory metal roller with a certain clamping force, while passing an electric current through the contact point. [G.A. Kudintseva, A.I. Melnikov, A.V. Morozov, B.P. Nikonov "Thermoelectronic Cathodes", ed. "Energy", M.L. 1966 p. 169-172]

Однако, указанные торцевые металлопористые катоды также имеют ряд существенных недостатков, особенно проявляющихся при изготовлении малогабаритных катодов, а именно, низкий процент выхода годных из-за сколов и разломов катодов в результате наличия рычага сил при обкатке, а также нестабильность качества герметичного слоя вследствие достаточно сложной зависимости оптимальных режимов обкатки (время, величина тока, усилие) от диаметра катодов. Кроме того, формирование герметичного слоя на катодах со сложной конфигурацией пористой вольфрамовой матрицы путем ее обкатки трудно реализуемо в производстве.However, these end metal-porous cathodes also have a number of significant drawbacks, especially manifested in the manufacture of small-sized cathodes, namely, a low percentage of yield due to chips and faults of the cathodes as a result of the presence of leverage during run-in, as well as instability of the quality of the sealed layer due to a rather complex the dependence of the optimal break-in conditions (time, current, force) on the diameter of the cathodes. In addition, the formation of a sealed layer on the cathodes with a complex configuration of the porous tungsten matrix by rolling it is difficult to implement in production.

Задачей полезной модели является повышение технологичности и эксплуатационной надежности торцевых металлопористых катодов, выполненных из пористой вольфрамовой матрицы с эмиссионно-активным веществом, содержащих герметичный слой на боковых поверхностях вольфрамовой матрицы.The objective of the utility model is to increase the manufacturability and operational reliability of the end metal-porous cathodes made of a porous tungsten matrix with emission-active substance containing a sealed layer on the side surfaces of the tungsten matrix.

Поставленная задача решается за счет того, что в торцевом металлопористом катоде, выполненном из пористой вольфрамовой матрицы с эмиссионно-активным веществом, содержащем герметичный слой на боковых поверхностях вольфрамовой матрицы, герметичный слой сформирован в виде беспористого вольфрамового покрытия толщиной не менее двукратного размера пор вольфрамовой матрицы.The problem is solved due to the fact that in the end metal-porous cathode made of a porous tungsten matrix with an emission-active substance containing a sealed layer on the side surfaces of the tungsten matrix, the sealed layer is formed as a non-porous tungsten coating with a thickness of at least twice the pore size of the tungsten matrix.

Предлагаемая полезная модель позволяет изготавливать торцевые металлопористые катоды с герметичным слоем на боковых поверхностях пористой вольфрамовой матрицы практически любой конфигурации и размеров.The proposed utility model allows the production of end metal-porous cathodes with a sealed layer on the side surfaces of a porous tungsten matrix of almost any configuration and size.

Заявляемая полезная модель поясняется Фиг. 1 и 2, на которых представлены схемы конструктивного исполнения торцевых металлопористых катодов с вогнутой эмитирующей поверхностью, содержащих герметичный слой 1 на боковой поверхности вольфрамовой матрицы.The claimed utility model is illustrated in FIG. 1 and 2, which show structural designs of end metal-porous cathodes with a concave emitting surface, containing a sealed layer 1 on the side surface of the tungsten matrix.

На Фиг. 1 представлена схема конструкции L-катода, а на Фиг. 2 - импрегнированного (пропитанного) катода, при этом позициями 1-5 обозначены:In FIG. 1 is a design diagram of the L cathode, and FIG. 2 - impregnated (impregnated) cathode, with the positions 1-5 indicated:

1 - герметичный слой на боковой поверхности вольфрамовой матрицы;1 - a sealed layer on the side surface of the tungsten matrix;

2 - пористая вольфрамовая матрица;2 - porous tungsten matrix;

3 - источник эмиссионно-активного вещества;3 - source of emission-active substances;

4 - подогреватель катода;4 - cathode heater;

5 - керамический изолятор.5 - ceramic insulator.

Пористая вольфрамовая матрица 2 в L-катоде выполнена в виде колпачка, а в импрегнированном катоде в виде штабика. Источником эмиссионно-активного вещества 3 в L-катоде является таблетка, в частности, из карбоната бария-кальция, а в импрегнированном катоде барий-кальциевый алюминат, которым предварительно пропитаны поры вольфрамовой матрицы. Нагрев катодов осуществляется подогревателем 4, установленным на керамическом изоляторе 5.The porous tungsten matrix 2 in the L-cathode is made in the form of a cap, and in the impregnated cathode in the form of a staff. The source of emission-active substance 3 in the L-cathode is a tablet, in particular, from barium-calcium carbonate, and in the impregnated cathode, barium-calcium aluminate, which has previously been impregnated with the pores of the tungsten matrix. The cathodes are heated by a heater 4 mounted on a ceramic insulator 5.

Апробация полезной модели была проведена на торцевых металлопористых катодах с различными диаметрами эмиттирующей поверхности, включая малогабаритные катоды диаметром 0,9 мм при различных плотностях тока эмиссии. Катоды прошли успешные испытания в СВЧ-приборах - клистронах с наработкой 5-7 тыс. часов в режиме многоциклового включения - выключения тока накала. Экспериментально была подтверждена высокая технологичность и эксплуатационная надежность торцевых металлопористых катодов с герметичным слоем на боковой поверхности вольфрамовой матрицы в виде беспористого вольфрамового покрытия. При этом установлено, что толщина покрытия должна быть не менее двукратного размера пор матрицы. Это объясняется механической и термоциклической прочностью вольфрамового покрытия. При меньшей толщине покрытия наблюдалось появление микротрещин. Увеличение толщины покрытия в принципе ничем не ограничено, кроме производственных затрат и размеров катодов. В случае классического импрегнированного (пропитанного) металлопористого катода, изготовленного по методу Леви, размер пор вольфрамовой матрицы находится в диапазоне 1÷3 мкм, при этом толщина герметичного слоя должна быть не менее 6 мкм.The utility model was tested on end metal-porous cathodes with different diameters of the emitting surface, including small-sized cathodes with a diameter of 0.9 mm at various emission current densities. The cathodes passed successful tests in microwave devices - klystrons with an operating time of 5-7 thousand hours in the mode of multi-cycle switching on - turning off the glow current. The high manufacturability and operational reliability of the end metal-porous cathodes with a sealed layer on the side surface of the tungsten matrix in the form of a non-porous tungsten coating was experimentally confirmed. It was found that the coating thickness should be at least twice the pore size of the matrix. This is due to the mechanical and thermocyclic strength of the tungsten coating. With a smaller coating thickness, microcracks appeared. The increase in coating thickness is, in principle, unlimited, except for production costs and cathode sizes. In the case of the classical impregnated (impregnated) metal-porous cathode manufactured according to the Levy method, the pore size of the tungsten matrix is in the range of 1–3 μm, while the thickness of the sealed layer should be at least 6 μm.

Claims

An end metal-porous cathode made of a porous tungsten matrix with emission-active substance containing a sealed layer on the side surfaces of a tungsten matrix, characterized in that the sealed layer is formed as a non-porous tungsten coating with a thickness of at least twice the pore size of the tungsten matrix.