Термоэлектронный катод прямого накала из гексаборида лантана и способ его изготовления

Термоэлектронный катод прямого накала из гексаборида лантана и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

!• Термоэлектронный катод прямого накала из гексаборида лантана, имеющий эмиттирующую поверхность в виде острия и держатели, закрепляемые в основании из диэлектрика, о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности, долговечности и механической прочности катода, эмиттирующая поверхность и держатели представляют собой единое целое в виде стержня с пазом,стержень в области змиттирующей поверхности имеет меньшее сечение чем остальная длина, а в паз в области основания вставлена диэлектрическая пластина, приэтом соотношение между высотой стержня и стороной его основания при прямоугольной форме стержня или диаметром основания при круглой форме стержня находится в пределах 8-16.2.Способ изготовления катода по п. 1, содержащий операции по изготовлению исходной заготовки в виде заостренного стержня и последующей сборки катода, отличающийс? тем, что. в заготовке предварительно прорезают паз, в который вставляют диэлектрическую пластину, заготовку фиксируют в основании из диэлектрикаи продолжают прорезать паз, например, до получения сечения в области острия, абеспечивающего заданную величину тока накала.3.Способ изготовления катода по п. 1, 'содержащий операции по изготовлению исходной заготовки в виде стержня, последующей -сборки катода и электролитического травления острия, отличающийся тем, чтов заготовке предварительно прорезают паз, в который вставляют диэлект-' рическую пластину, заготовку фиксируют в основании из диэлектрика", затем проводят процесс электролитического травления вершины заготовки до получения сечения в области острия, обеспечивающего заданную величину . тока накала ощ- (Лg •^00 00

„„SU„„807880

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) H 01 J 1/1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

% ъ:ъ»с"-, и;,; ":».-,: „

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2859846/18-25 (22) 25 ° 12,79 (46) 30.05.83. Бюл. и 20 (72) A.A Головченко, Н.А. Иофис, Н.В. Пароль, В,,П. Новоселов и Б.И.Ла. занов (53) 621 ° 385.032 ° 213 ° 1(088.8) (56) 1. Ramachandran К.N. "Re n ium

Bonded La-В" Electron Source", Rev.

Sci. Instrum, v 46, N 12, 1975, 1662-1663.

2. Кудинцева Г,A. и др. Термоэлектронные катоды,. — Н., Энергия, 1966, с. 304-309.

3, Патент Великобритании N 12 10007, кл. Н D, опублик. 1971 (прототип). (54) ТЕРНОЭЛЕКТРОНН 1й КАТОД ПРЯНОГО

НАКАЛА ИЗ ГЕКСАБОРИДА ТОНАНА

И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ. (57) 1. Термоэлектронный катод прямого накала из гексаборида лантана, имеющий эмиттирующую поверхность в виде острия и держатели, закрепляе- . мые в основании из диэлектрика, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, долговечности и механической прочности катода, эмиттирующая поверхность и держа" тели представляют собой единое целое в виде стержня с пазом, стержень в области эмиттирующей поверхности имеет меньшее сечение чем остальная длина, а в паз в области основания вставлена диэлектрическая пластина, при этом соотношение между высотой стержня и стороной его основания при прямоугольной форме стержня или диаметром основания при круглой форме стер" жня находится в пределах 8-16.

2. СпосоЬ изготовления катода по и. 1, содержащий операции по изготовлению исходной заготовки в виде заостречного стержня и последующей сЬорки катода, отличающийся тем, что. в заготовке предварительно прорезают паз, в который вставляют диэлектрическую пластину, заготовку фиксируют в основании из диэлектрика и продолжают прорезать паз, например, до получения сечения в оЬласти острия, оЬеспечивающего заданную величину тока накала..

3. СпосоЬ изготовления катода по и. 1, содержащий операции по изготовлению исходной заготовки в виде стержня, последующей "сЬорки катода и электролитического травления острия, отличающийся тем, что в заготовке предварительно прорезают паз, в который вставляют диэлектрическую пластину, заготовку фиксируют в основании из диэлектрика, затем проводят процесс электролитического травления вершины заготовки до получения сечения в области острия, обеспечивающего заданную величину тока накала.

807

880

Изобретение относится к эмиссионной электронике, а именно к катодам прямого накала из- гексаЬорида лантана и спосоЬам их изготовления.

Известна конструкция термоэлектронного катода прямого накала из гексаборида лантана 1 J, в которой элемент с эмиттирующей поверхностью в виде острия изготовлен из монокристаллического гексаборида лантана и при- 10 креплен, например, сваркой к тонкой металлической проволоке, являющейся телом накала. Проволока крепится к держателям и выводам, зафиксированным в основании из диэлектрика. 15

Эмиттирующий элемент такого катода можно изготовить любым известным спосоЬом, например прессованием из порошка гексаборида лантана с дальнейшей термообработкой j? J.

Последующие стадии сборки катода также осуществляются любыми известными спосоЬами. В частности, как указано выше, эмиттирующий элемент крепится к телу накала сваркой. Для уменьшения радиуса острия эмиттирующей поверхности применяется процесс электролитического травления, Основным недостатком описанной конструкции является крепление змит30 тирующего элемента к телу накала — металлической проволоке в высокотемпературной зоне, что вследствие высокой химической активности гексаборида лантана приводит к охрупчиванию проволоки (в процессе диффузии в нее.

Ьора и ее физическому разрушению. Известные способы сборки также не устраняют указанного принципиального недостатка. щ0

Известна также конструкция (прототип ) термозлектронного катода прямого накала из гексаборида лантана I 3 j, в которой элемент с острийной эмиттирующей поверхностью соединяется с держателем, выполненным в виде удлиненного арочного тела накала переменного сечения из гексаЬорида лантана. В obласти крепления змиттирующего элемента поперечное сечение держателя мини- мально, т.е. именно здесь держатель

50 выполняет функции тела накала.

Однако для данной конструкции характерно соединение элементов катода (элемент с острийной змиттирующей поверхностью и держатель ) в высокотемпературной зоне, что снижает надеж-. ность узла в целом. Кроме того, при использовании указанных методов креп ления эмиттирующего элемента неизбежно локальное изменение поперечного сечения держателя, который явл ется телом накала, что приводит к локальным перегревам держателя и выходу его из строя.

Известен спосоЬ изготовления катодного узла прямого накала из гексаборида лантана (3 ), содержащий операции по изготовлению исходной заготовки и сборки, в котором после прессования деталей используется их механическая оЬработка, например, методом злектроэррозии для получения более сложных профилей с высокой точностью. Получение малого радиуса на вершине эмиттирующего острия достигается заточкой методом электролитического травления, Изготовленные детали собираются в катодный узел, т.е. прикрепляются к выводам основания известными спосоЬами.

Использование известных спосоЬов сборки катодов не позволяет применять детали сложных профилей высокой точности,,в том числе деталей с малой площадью поперечного сечения из-за низкой механической прочности их, в свою очередь обусловленной высокой хрупкостью исходного материала.

Цель изоЬретения - повысить надежность, долговечность и механическую прочность катода.

Указанная цель достигается тем, что в термоэлектронном катоде прямого накала из гексаЬорида лантана, имеющем змиттирующую поверхность в виде острия, тело накала и держатели, закрепляемые в основании из диэлектрика, эмиттирующая поверхность и держатели представляют собой единое целое в виде стержня с пазом, стержень в оЬласти эмиттирующей поверхности имеет меньшее сечение чем остальная длина, а в паз в,области основания вставлена диэлектрическая пластина, при этом соотношение между высотой стержня и стороной его основания при прямоугольной форме стержня или диаметром основания при круглой форме стержня находится в пределах 8-16.

Цель достигается так же способом изготовления термоэлектронного катода прямого накала из гексаборида лантана, содержащем операции по изготовлению исходной заготовки в виде заостренного стержня и последующей сборки катода, согласно которому в заготовке предварительно прорезают паз, в кото807880 рый вставляют диэлектрическую пластину, заготовку жестко фиксируют в основании из диэлектрика и продолжают прорезать паз, например электроэррозией, до получения сечения в области острия, обеспечивающего заданную величину тока накала.

Возможен второй способ изготовления термоэлектронного катода прямого накала из гексаборида лантана, содер- 10 жащий операции по изготовлению исходной заготовки в виде стержня, последующей сборки катода и электролитического травления острия, согласно которому в заготовке предварительно прорезают паз, в который вставляют диэлектрическую пластину, заготовку жестко фиксируют в основании из диэлектрика, затем проводят процесс электролитического травления вершины.

20 заготовки до получения .сечения в области острия, обеспечивающего заданную величину тока накала.

На чертеже представлена конструкция термоэлектронного катода прямого накала из гексаборида лантана.

Катод содержит эмиттирующую поверхность 1, держатели 2, диэлектрическую пластину 3, основание 4 из диэлектрика с выводами.

Пределы значений величины отношения высоты стержня к стороне основания при прямоугольном сечении стержня или к диаметру основания при круглом сечении стержня определены экспериментально, исходя из требования обеспечить максимально достижимый перепад температур острия стержня и его основания. При выборе величины названного отношения Ь/Р в пределах

8-16 температура основания стержня составляет 200-400О0, а рабочая температура острия 1600-1700 С. Если температура гексаборида лантана не превышает 400 С, его химическим взао, имодействием с металлом токоподводящих выводов практически можно пренебречь при приемлемых сроках служЬы порядка 1500-2 00 ч.

Если Ь / Р 8, то температура основания окажется достаточной для

50 заметного взаимодействия гексаборида лантана с металлом и срок службы катода сократится.

Если Ь / Q ) 16, величина перепада температур острия стержня и его осно- 55 вания увеличивается несущественно, а механическая прочность конструкции резко снижается даже при соблюдении порядка сборки катода, описываемого ниже.

Пример реализации предлагаемой конструкции одним из способов изготовления термоэлектронного катода прямого накала из гексаборида лантана.

Исходные заготовки размерами

1х1х15 мм вырезают электроэррозией из штаЬиков гексаЬорида лантана. Затем в заготовке предварительно прорезают паз глубиной 12 мм. Ширина паза соФ ставляет 0,4 мм. В паз вставляют ди-. электрическую пластину из нитрида Ьора толщиной 0,4 мм и высотой 5 мм заподлицо с основанием заготовки. Заготовку жестко фиксируют в основании из диэлектрика с выводами, которые осуществляют токоподвод к сторонам заготовки, разделенным пазом. Затем вершину заготовки подвергают электролитическому травлению, при этом создают эмиттирующее острие и уменьшают поперечное сечение в области острия до получения заданного электрического сопротивления стержня, а следовательно, и тока накала, Для данного изобретения характерен следующий положительный эффвкт: высокая долговечность катода, не ограничиваемая химическим взаимодействием нагретого до высокой температуры эмиттирующего острия с контактирующим с ним металлом; высокая механическая прочность конструкции при миниатюрных размерах эмиттирующего острия, достигаемая порядком операций изготовления и сборки катода; высокая надежность раЬоты конструкции в целом, обусловленная отсутствием соединений элементов узла в высокотемпературной зоне.

Применение конструкции катодного узла не треЬует переделки существую-, щих электронно-оптических систем электроннолучевого оЬорудования. При испытаниях катодного узла в электроннолучевом оборудовании достигнута электронная яркость 5 х 10 А/см ср, (на

2 порядка выше, чем с вольфрамторие" вым катодом ). Проверенная долговечность составляет 200 ч.

Способ изготовления позволяет получить сравнительно малые токи накала (менее 20 А ) катодного узла и отличается возможностью точной подгонки заданной величины тока накала, конт". ролем сопротивления при формировании эмиттирующего острия и тела накала.

807880

Составитель Г. Жукова

Редактор М К энеуова Texpeg Ж,Кастелевич 1(орректор А дзятко

Заказ 6662/3 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 ЯО Москва Ж-Я Раушская наб. g. 4/$

Филиал ЙПП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4