Материал для автоэмиссионного катода

Материал для автоэмиссионного катода

Реферат

 

Изобретение относится к электронной технике, в частности к автоэмиссионным катодам. Цель изобретения - повышение эмиссии катода и снижение величины анодного напряжения. Материал для автоэмиссионного катода на основе тугоплавких металлов имеет аморфное состояние при содержании компонентов Ta 5 - 27 мас. % , Re - остальное. Материал получен в виде фольги толщиной 2 - 20 мкм, свободной от подложки, а также в виде пленки субмикронной толщины на подложке из монокристаллического сапфира. Метод получения - ионно-плазменное напыление на охлаждаемую мишень. Плотность токоотбора автокатода из этого материала в сопоставимых условиях увеличивается на порядок, пороговое анодное напряжение уменьшается в три раза.

Изобретение относится к электровакуумным приборам и, в частности, к материалам для изготовления автоэмиссонных катодов. Целью изобретения является создание материала для автоэмиссионного катода, в том числе фольгового или пленочного типа, на основе тугоплавких металлов, обеспечивающего повышение удельного токоотбора с катода, стабильности автоэмиссионного тока и понижение величины анодного напряжения, а также обеспечение высокой технологичности материала. Цель достигается за счет того, что материал для автоэмиссионного катода на основе тугоплавких металлов имеет аморфное состояние при содержании компонентов, мас. % : Та 5-27; Re - остальное. Аморфное состояние материалов является метастабильным, с повышенным запасом внутренней энергии, что способствует созданию микронапряжений на атомном уровне в локальных микрообъемах, которые могут быть источниками формирования большого количества идентичных эмиссионно-активных центров. Эмиссионно-активные центры образованы за счет наличия на эмиттирующей кромке фольги или пленки сверхмалых (на молекулярном уровне) структурных образований - кластеров. Наличие большого количества идентичных эмиссионно-активных центров приводит к повышению величины и стабильности автоэмиссионного тока с катода, а малый размер кластеров является причиной усиления поля на них и понижения величины используемого анодного напряжения. Материал получен в виде фольги толщиной 2-20 мкм, свободной от подложки, а также в виде пленки субмикронной толщины на подложке из монокристаллического сапфира с металлическим пленочным подслоем и без него. Так как материал является аморфным, то он обладает высокой прочностью и пластичностью, что позволяет изготавливать из него автоэлектронные катоды и узлы сложной конфигурации и устанавливать межэлектродные зазоры с субмикронной точностью, а получение предлагаемого материала в виде пленок на диэлектрической подложке открывает возможность изготовления пленочных микроструктур с низковольтным управлением. Выбор материала обусловлен характером фазового равновесия в системе Re-Ta. Между твердым раствором на основе рения и Х-фазой при температуре 2755^оС образуется эвтектика, устойчивая в области составов 78-97 мас. % . Подобный характер фазового равновесия благоприятен для образования аморфного состояния, а высокое значение температуры эвтектической горизонтали способствует повышению температуры кристаллизации. Предлагаемый материал в области составов 75-95 мас. % Re имеет аморфную структуру и переходит в кристаллическое состояние при температуре выше 1100 К. Предлагаемый материал получили методом ионно-плазменного напыления на охлаждаемую мишень. Для определения правильности выбора диапазона концентраций были изготовлены мишени с крайним, средним и запредельным содержанием компонентов, а именно с содержанием тантала 3-4, 5, 15, 27, 28-40 мас. % , остальное - рений. При напылении из мишеней предлагаемого состава, т. е. с содержанием тантала 5, 15, 27 мас. % , остальное - рений, на подложках получали пленки, а после отделения от подложек - фольги, имеющие аморфную структуру. При напылении из мишеней запредельных составов, т. е. с содержанием тантала 3-4 и 28-40 мас. % , остальное - рений, напыляемые пленки имели кристаллическую структуру, и если их толщина превосходила микрон, они растрескивались и отслаивались от подложки. Освобожденные пленки запредельного состава были хрупкими, не допускали никакой механической обработки. Для проведения эмиссионных испытаний изготавливали катоды из аморфной рениево-танталовой фольги с содержанием тантала 5, 15 и 27 мас. % , остальное - рений и для сравнения - из кристаллической танталовой фольги, получаемой прокаткой (прототип). Во всех экспериментах толщина фольги составляла 5 мкм, протяженность катода 6 мм, эмиттирующую поверхность получали обрубкой на специальной гильотине. Испытания проводили в устройстве диодного типа с плоским анодом при вакууме (2-3) 10⁹ мм рт. ст. Как показал эксперимент, аморфный рениево-танталовый материал во всем выбранном диапазоне концентрацией обладает высокой пластичностью, прочностью, технологичностью и поддается механической обработке гильотиной. Кроме того, предлагаемый аморфный рениево-танталовый материал также во всем диапазоне концентраций обладает улучшенными в сравнении с прототипом эмиссионными свойствами. Так, пороговое анодное напряжение, соответствующее началу эмиссии, составляет у этого материала 2 кВ, а у прототипа 6 кВ; плотность токоотбора в сопоставимых условиях на порядок превосходит этот параметр у прототипа, при этом флуктуация тока в два и более раза меньше у предлагаемого материала, чем у прототипа. (56) Мельниченко В. М. , Сладков А. И. и Никулин Ю. Н. Строение полимерного углерода. - Успехи химии, 1982, т. 51, N 6, с. 756-763. Котов В. Д. , Толетикова А. П. , Савицкий Е. М. , Буров И. В. , Литвак Л. Н. , Кривда В. В. Автоэмиссионные свойства тонких фольг из тантала и его сплавов с ниобием. - В кн. : Исследования и применение сплавов тугоплавких металлов, М. : Наука, 1983, с. 118-119.

Формула изобретения

МАТЕРИАЛ ДЛЯ АВТОЭМИССИОННОГО КАТОДА из сплава на основе тантала, отличающийся тем, что, с целью повышения эмиссии катода и снижения величины анодного напряжения, он выполнен из аморфного сплава тантал-рений при следующем соотношении компонентов, мас. % : Тантал 5 - 27 Рений Остальное