Металлопористый катод

Металлопористый катод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. МЕТАЗШрПОРИСТЫЙ КАТОД, .содержащий корпус и закрепленную в нем основную губку с активным веществом , выполненную в виде основания с эмиттирующим выступом., отличающийся тем, что, с целью повьлаения долговечности катода , основание губки со стороны, противоположной выступу, содержит паз, в котором расположена открытая в сторону выступа подпитцвающая камера из тугоплавкого металла, заполнен-, ная смесью вольфрама и активного вещества с пористостью 35-80%, причем поперечное сечение подпитьшающей камеры перекрывает поперечное сечение выступа, а пористость основной губки составляет 24-26%, 2, Катод по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, на. торцовую поверхность основания установлен экран из тугоплавкого меташла с отверстием под выступ, соединенный с корпусом и с этой поверхностью. Jib 00 1:л Од

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1 4 530 А 5Ц Н 01 J 1/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ; - - -",:,;", ;.„

=) Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

{21) 3436283/18-21 (22) .07.05.82 (46) 15.10.83. Бюл. Р 38 (72) B.È.Kîçëîâ и В.Е.Авдеев (53),.621.385.032.213.6 (088.8) (56) 1. Кудинцева Г.A.Òåðìoýëåêòðîíные катоды. "Энергия". М.-Л., 1966, с. 1 68.

2. Разработка импрегнированных микрокатодов с эмиттирующей поверхностью менее 1 мм и усовершенствование существующих катодов. Технический отчет Р 8-3793. ЦНИИ "Электроника", 1970 (прототип). ° (54) (57) 1,. ИЕТИ1ЛОПОРИСТЫЙ КАТОЦ, содержащий корпус и закрепленную в нем основную губку с активным веществом, выполненную в виде основания с эмиттирующим выступом, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повыщения долговечности катода, основание губки со стороны, противоположной выступу,: содержит паэ, в котором расположена открытая в сторону выступа подпитывающая камера из тугоплавкого металла, заполнен-. ная смесью вольфрама и активного вещества с пористостью 35-80%, причем поперечное сечение подпитывающей камеры перекрывает поперечное сечение выступа, а пористость основной губки составляет 24-26%.

2. Катод по и. 1, отличаюшийся тем, что, на торцовую поверхность основания установлен экран из тугоплавкого металла с от- g верстием под выступ, соединенный с корпусом и с этой поверхностью.

Изобретение относится к электронной технике, s частности к конструкциям термокатодов для вакуумных СВЧ приборов.

Длй создания ряда вакуумных СВЧ приборов, например миллиметрового диапазона волн, необходимы источники электронов с мальм диаметром . пучка, большой плотностью тока в непрерывном режиме:и значительным (десятки тысяч часов) сроком службы. Ю

Последнее требование особенно существенно при использовании электронных приборов в бортовой аппаратуре спутников связи. Среди известных типов катодов наиболее перспек- 15 тивными для этих целей по токовой нагрузке являются металлопористые катоды (ИПК). Однако с уменьшением размеров рабочей поверхности ИПК их срок службы падает, что связано с технологическими трудностями изготовления качественной миниатюрной губки, ухудшением отношения объема губки катода (пропорционального запасу активного вещества)к поверхности катода, через которую происходит испарение активатора, а также с тем, что при малых размерах эмнттера в наибольшей степени сказывается отрицательное воздействие на него остаточных газов и ионной бомбардировки в связи с увеличением интенсивности воздействия, приходящегося на единицу поверхности эмиттера.

На черте>ке изображена предлагаемая конструкция миниатюрного пропитанного МПК.

В корпусе 1 .катода закреплена пайкой основная губка, состоящая из оснований 2 и выступа 3. В порах этой губки, выполненной, например иэ вольфрама или смеси вольфрама с другими металлами (Re, Os и др.), содержится активное вещество на снове соединения бария, алюминат

Известна конструкция ИПК ь -типа, в которой губка из тугоплавкого металла имеет в своем теле полость, в которую введено активное вещество (1(.

Однако при малых размерах эмиттирующей поверхности (диаметром 2 мм и менее) в таком катоде очень сложно получить качественную герметизацию полости с запасом активного вещества, так как при малой губке увеличивается вредное влияние разогрева, производимого во время герметизации (обычно пайкой), проявляющееся в образовании значительных краевых дефектов на губке, например в пропнтке 50 губки припоем на глубину, составляющую существенную долю общего размера миниатюрного катода. Кроме того, при малом размере губки (,-катода труднее выполнить качественное закрытие 55 пор на нерабочих поверхностях губки.

Ha li катоде малого размера также в наибольшей степени проявляется один иэ основных недостатков этого типа

МКП - большое время обезглаживания ) катода в приборе, так как уменьшается сечение губки, через которое выделяющиеся в полости газы выходят в вакуумный объем прибора. Поэтому

4-катоды с малым размером эмиттера (менее 2 мм) не разрабатываются и "йе применяются.

Известен миниатюрный ИПК, содержащий корпус, в котором основная губка с расположенным в ее порах активным веществом выполнена в виде основания сравнительно большого диаметра, являющегося резервуаром активного вещества, переходящего в эмиттирующий выступ с поперечным сечением, равным сечению рабочей поверхности

МПК. Основание закреплено в корпусе из тугоплавкого металла, а норы на нерабочих (боковых) поверхностях выступа закрыты одним из известных способов g2).

Недостатком йзвестной конструкции миниатюрного MIIK, несмотря на применение резервуара с большим запасом активного вещества, является невысокая долговечность катода из-за неэффективной доставки необходимого количества активатора из основания резервуара через малое сечение выступа на его рабочую поверхность, в результате чего не обеспечивается компенсация поступающим активатором интенсивного отравления миниатюрных катодов остаточными газами и ионной бомбардировкой.

Цель изобретения — повышение долговечности катода и прибора.

Поставленная цель достигается тем, что у металлопористого катода, содержащего корпус и закрепленную в нем основную губку с активным веществом, выполненную в виде основания с эмиттирующим выступом, основа ние губки со стороны, противоположной выступу, содержит паз, в котором расположена открытая в сторону выступа подпитывающая камера иэ тугоплавкого металла, заполнения смесью вольфрама и активного вещества с пористостью 35-8ОВ, при этом пористость основной губки составляет 24-2бЪ, а поперечное сечение подпитывающей камеры перекрывает поперечное сечение выступа.

Дополнительно долговечность предлагаемого катода может быть увеличена за счет того, что на торцовую поверхность основания установлен экран из тугоплавкого металла с отверстием под выступ, соединенный с корпусом и с этой поверхностью.

1048530

Ва-Са. Пористость губки составляет

24-26%. На рабочей поверхности выступа расположена тонкая пленка 4 из металлов,. понижающих рабОту выхода электронов. На торцовой части основания установлен экран. 5, соединенный с корпусом и частично с основанием пайкой. В основании выполнен паз коаксиально с выступом, в который введена по плотной посадке под.питывающая камера 6 иэ тугоплавкого металла, например молибдена. Камера открыта в сторону выступа. В нее предварительно введена спрессованная и спеченная смесь 7.из вольфрама и активного вещества на основе t5 соединений бария. Пористость подпитывающей губки составляет 35-80% а ее поперечное сечение перекрывает сечение выступа. В корпусе катода раз-мещен подогреватель 8, изолированный 2О от корпуса составом 9. На чертеже изображен также фокусирующий электрод 10 пушки прибора.

В предлагаемой. конструкции миниатюрного МПК повышение срока службы з5 достигнуто за счет увеличения запаса активного вещества в объеме катода без увеличения скорости испарения активатора и за счет повышения фективности его доставки в выступ .3О без существенной потери через нерабочие поверхности губки. Проведенные на предприятии исследования зависимости долговечности МПК от пористости губки, и следовательно, от запаса активного вещества в ней показали, . что на кривой этой зависимости существует максимум, приходящийся на пористость 24-26%, при меньшем значении пористости наблюдается резкий спад долговечности МПК, а при боль- 40 ших - снижение долговечности проис.ходит менее интенсивно. В предлагаемой конструкции миниатюрного МПК использована основная губка с этой оптимальной для долговечности по- «5 ристостью, и в то же время, запас активного вещества в катоде увели- чен за счет введения в основную губку подпитывающей губки с пористостью 35-80% (при меньшем значении пористости губки в подпитывающей камере, повышение запаса активного вещества в ней не обеспечивается, так как не компенсируется потеря части объема основания .губки, приходящего на стенки камеры, а при большем значении. не удается обеспечить равномерное распределение вольфрама в актиВном веществе, что приводит к уменьшению эффективности протекания реакции между ними) .

Увеличение пористости губки в подпитывающей камере до указанных значений не приводит к возрастанию скорости испарения активатора из выступа, так как она Ьпределяется пористостью слоя основания губки, расположенного над камерой, и выступом, равной 24-26%. Наличие такого слоя обеспечивается тем, что паз для камеры расположен коаксиально с выступом, а поперечное сечение губки в подпитывающей камере, введенной в паз, перекрывает сечение выступа.

Таким образом, запас активного вещества в катоде увеличивается без возрастания скорости испарения активатора из выступа, что приводит к увеличению долговечности миниатюрного МПК. Кроме того, применение самой камеры и ее расположение в катоде позволяют Увеличить эффек тивность доставки активатора из основания с камерой в выступ, так как в связи с тем, что поперечное сечение губки в подпитывающей камере перекрывает сечение выступа, а камера и выступ расположены соосно друг другу и направление потока активатора из камеры с повышенным запасом активного вещества огра.ничено непроницаемыми для него стенками камеры, активатор из камеры поступает в область выступа, а не диффундирует во всех направлениях °

Благодаря установке экрана с отверстием под выступ на торцовую поверхность основания долговечность миниатюрного МПК может быть дополнительно увеличена в результате ликвидации испарения активатора с этой поверхности и части поверхности выступа. При этом экран соединен с корпусом для предотвращения испарения активатора в зазор между кор пусом и экраном и только частично соединен с торцовой поверхностью основания. Последнее необходимо для того, чтобы не происходило сужение поперечного сечения выступа в месте его перехода в основание из-за возможной пропитки губки по торцовой поверхности припоем. !

Верхний предел поперечного сечения губки подпитывающей камеры определяется тем, чтобы обеспечить механическую прочность стенок паза в основании ° Наличие этих стенок, а также плотное прилегание камеры к ним обеспечивает эффективную герметизацию активного вещества в камере, не позволяющую активатору диффундировать через возможные дефекты в паянном соединении основания губки с корпусом катода.

В связи с увеличением запаса активного вещества в катоде в результате применения подпитывакщей камеры можно уменьшить высоту выступа до минимальных размеров (определяемых

1048530

Составитель Г.Жукова

Редактор С,Лисина Техред Л. Пилипенко Корректор Г.Решетник

Заказ 7941/57 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. У кгород, ул. Проектная, 4 формой управляющего электрода) и не использовать переходную коническую часть губки, так как запас активного вещества в выступе и в корпусе не играют первостепенной роли в создании общего запаса активного вещества в катоде, что дает возможность значительно снизить потери активатора испарением через боковую нерабочую поверхность выступа даже в случае неполного закрытия этой Ю поверхности.

Предлагаемая конструкция миниа,тюрного МПК р йьлизована в следую щем варианте.

Основная губка из вольфрама .имеет И пористость 25% и пропитана алюминатом ЗВа0.0,5СаО М. О . Основание губки имеет диаметр 2,8 мм и высоту

1 1 мм. Выступ имеет диаметр 1,5 мм и высоту 0,5 мм. Губка закреплена;у в молибденовом корпусе пайкой вольфрамокобальтовым припоем. На торцовой поверхности основания губки установлен экран из молибдена толщиной

0,1 мм, соединенный с корпусом и ос- 25 нованием пайкой (на части диаметра основания) . Нодпитывающая камера изготовлена из молибдена толщиной

0,1 мм и имеет внутренний диаметр

1,65 мм и высоту 0,8 мм. Несоосность выступа -и nasa не более 0,5мм.

Губка в камере имеет иористость

35 - 50% и пропитана алюмииатом

5ВаО -ЗСаО 2М О3. Камера вставлена

Ъ в паз основания на плотной посадке с помощью подпрессовки, а перед пайкой основной губки с введенной подпитывающей камерой в .корпусе катода на меото сочленения основания с камерой на торцовой поверхности наносится алунд для предотвращения попадания припоя в объем камеры. Эмит тирующая поверхность выступа после пайки подвергается проточке резцом, а затем ионному травлению в плазме азота и покрытию пленкой Os+Ir+A1 толщиной 9,5 мкм.

Сравнительные. испытания катодов этой конструкции и катода без подпитывающей камеры. показали., что срок службы предлагаемого катода увеличивается в 1,5-2 раза и более, в частности,при форсированных испытаниях таких катодов при Т =1250 .С(ярк.

Nc) получена долговечность 250-300 ч для предлагаемого катода (что при рабочей температуре катода 1050 С эквивалентно долговечности в 65-75 тыс. ч), а для катода без подпитыI вающей камеры - 120-150 ч (или .30-38 тыс.ч при указанной рабочей температуре).

Разработанная конструкция миниатюрного МПК может быть рекомендована дпя примбиения в различных типах вакуумных приборов с элект» ронным пучком малого сечения (ЛБВ и др).