Материал для вторичноэлектронных катодов

Материал для вторичноэлектронных катодов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(1)868881

Союз Советскнк

Социалистических

Реснубанк

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11. 01. 80 (21) 2869419/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 300981. Ьюллетемь Но 36

Дата опубликования описания 30. 09. 81

<51 1М. Кл.з

H 01 J 1/32

Н 01 3 1/14

Государстаеииый комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УД% 621. 385. .032.217.3 (088.8)

1 у

В.П. Марин, В.A. Левицкий, A.Н. Клименко, l

Ю.В. Меньшенин и В.A. Круковский (72) Авторы изобретения

Московский ордена Ленина и ордена Трудового красного Знамени государственный университет им. М.В.Ломоносова (71) Заявитель (54 ) МАТЕРИАЛ ДЛЯ ВТОРИЧНОЭЛЕКТРОННЫХ КАТОДОВ

111 и (2).

Изобретение относится к электронной технике, в частности к созданию вторично-эмиссионного материала для высокотемпературных синтерирован5 ных и металлокерамических катодов, используемых в электровакуумной технике, в частности СВЧ-приборов м-типа.

Известны материалы- для вторичноэлектронных катодов электровакуумных приборов, содержащие окисел редкоземельного металла (РЗМ) или иттрия

Однако такие катоды не удовлетворяют требованиям термоустойчивости, 15 долговечности и надежности электронных приборов.

Наиболее близким к предлагаемому является материал для вторичноэлектронных катодов на основе окиси 20 иттрия, который с целью повышения коэффициента вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) и работы выхода содержит окись алюминия, причем ее количество не превышает 40 вес.Ъ (3). 25

При использовании этого материала в катодах, например с вольфрамовой основой, не происходит заьйтного образования твердых вольфраматов иттрия, снижающих долговечность като- 30 дов, в силу первоочередного испарения окиси алюминия в виде фаз типа

AfW0q и ее низших окислов.

Однако ввиду большой летучести окислов алюминия и фаз типа А gW04 происходит быстрое их напыление на анодную систему и другие менее нагретые детали приборов. Окись алюминия обладает хорошими изоляционными и вторичноэмиссионными свойствами (КВЭЭ 4,5-8,1). В связи с этим при ее напылении на замедляющую систему происходит локализация зарядов и возникает связанный с ней вторичноэлектронный резонанс. В результате снижается электрическая прочность приборов, что приводит к пробоям, искрениям, запылению катода материалами электродов, уменьшению КВЭЭ катода, а следовательно к нестабильности параметров и уменьшению долговечности всего изделия в целом.

Цель изобретения — создание вторичноэмиссионного материала, обеспечивающего повышение долговечности электровакуумных приборов.

Укаэанная цель достигается тем, что вторичноэмиссионный материал, содержащий окись иттрия и стабилизирующую добавку, содержит в качестве

868881 стабилизирующей добавки смесь или твердый раствор двуокиси циркония .и окиси скандия при следующем соотношении компонентов, вес.Ъ:

Окись иттрия 95-48

Двуокись циркония 0,3-50

Окись скандия Остальное

Предельные соотношения ингредиентов предлагаемого материала определялись тем, что при увеличении количества стабилизирующей добавки более

50-52 вес.Ъ наблюдается усиленное выделение ее компонентов с поверхности и объема катода с последующей ,их интенсивной конденсацией на менее нагретые детали приборов. Это влечет за собой увеличение шерохо- 15 ватости поверхности катодов, что приводит к уменьшению КВЭЭ, пробоям, искрениям, следовательно, к нестабильности параметров иэделий. Увеличение содержания окиси иттрия более 95 вес.%щ понижает долговечность катодов с предлагаемым материалом в связи с тем, что помимо испарения компонентов стабилизирующей добавки, происходит объединение приповерхностной области катодов основным эмиссионноактивным веществом (окисью иттрия).

Преимущества предлагаемого вторичноэмиссионного материала заключаются в том, что окислы скандия и циркония являются более устойчивыми к 30 действию электронно-ионной бомбардировки, тепловым нагрузкам, а также оказываются более инертными, чем окись алюминия по отношению к металлической матрице, что должно привес- 35 ти к существенному увеличению долговечности катодов.

Как показали проведенные исследования, из-за большой термодинамической устойчивости окислов цирко- 4() ния и скандия, возникающие на внутриламповых деталях приборов пленки этих окислов образуются значительно медленнее по сравнению с пленками окиси алюминия, имеют при этом меньший вторичноэмиссионный ток и лучшую электропроводность. Последние факторы приводят к увеличению срока службы катодов с добавками указанных окислов, а также к увеличению электропрочности и стабильности параметров приборов, ввиду резкого уменьшения уровня локализации зарядов, вто-ричноэлектронного резонанса, пробоев и искрений.

I 55

Система У> 0З -2>0>-Sc> 0 обладает высокой термической стабильностью и гораздо большей электропроводнэстью по сравнению с известной. Одной из возможных причин стабильности электропроводности предлагаемого ма- dO териала является благоприятное соотношение радиусов катионов, вследствие чего затруднено упорядочение структуры твердых растворов и образование микродоменов плохопроводящей фазы. 65

Значительное понижение активности

У 03 за счет образования укаэанных твердых растворов должно способствовать повышению стабильности предлагаемого вторичноэмиссионного материала по отношению к тугоплавким металлам и продуктам их окисления, а следовательно, увеличению срока его эксплуатации.

На чертеже показана зависимость

КВЭЭ катодов с предлагаемым материа лом от энергии первичных электронов для составов, отвечающих граничным и средним значениям ингредиентов, вес.Ъ:

Кривая 1

Окись иттрия 95

Двуокись циркония 0,3

Окись скандия 4,7

Кривая 2 Окись иттрия . 91

Двуокись циркония 4,5

Окись скандия 4,5

Кривая 3 Окись иттрия 77

Двуокись циркония 19, 2

Окись скандия 3,8

Кривая 4 Окись иттрия 48,0

Двуокись циркония 50,0

Окись скандия 2,0

Таким образом, для образцов с содержанием двуокиси циркония до

20 вес.Ъ, максимальный КВЭЭ составляет 2,1 т.0,1 при энергии первичных электродов 350-500 эВ. При увеличении содержания двуокиси циркония до

50 вес. Ъ наблюдается существенное повышение максимума КВЭЭ до 3,3 (кривая 4) в том же энергетическом интервале.

Образование области непрерывных твердых растворов в системе У<0>-Zv 0 -Sc<0 позволяет получать образцы катодов с заранее заданными параметрами КВЭЭ в широком интервале значений.

При определенных значениях ингредиентов (кривая 3), наблюдается значительное расширение максимума на кривой 0 = f(Е) вплоть до энергии первичных электронов 1 кВ (при дальнейшем увеличении энергии первичного пучка происходит резкий спад значений КВЭЭ до величин, со |ответствующих образцам с меньшим содержанием двуокиси циркония. Это свидетельствует о появлении положительного эффекта †. стабилизации максимальных значений КВЭЭ. Этот факт объясняется изменением фазовых соотношений в системе Yg03-Zv О -SC O .

Наличие стабилизации КВЭЭ для большого интервала энергий первичных электронов позволяет применять. катоды с предлагаемым материалом в приборах, работающих в большом диапазоне импульсных режимов.

Как показывают проведенные термодинамические расчеты, применение в: качестве стабилизирующей добавки смеси двуокиси циокония и окиси скан868881 формула изобретения

feY

500

ВНИИПИ Заказ 8344/77 Тираж 787 Подписное

Филиал ППП "Патент", . Г.ужгород, ул.Проектная,4 дня вместо окиси алюминия позволяет приблизительно в 5 раз понизить скорость испарения эмиссионного вещества катода при рабочих нагрузках. Это

:ущественно сказывается на увеличении долговечности: катодов с предла,.аемым материалом по сравнению с из5 арестным.

Напыляемые на анодную систему двуокись циркония и окись скандия . образуют твердые растворы, которые обладают электропроводностью при

900 С приблизительно на 4-5 порядков вью, чем у окиси алюминия. Этот факт

s сочетании с уменьшением вторичноэмиссионного тока анодной системы при замене окиси алюминия на смесь 1З или твердый раствор окиси скандия и двуокиси циркония .позволяет уменьшить влияние вторичноэлектронного резонанса на стабильность параметров, и как показывают расчеты, значительно Щ (приблизительно в 3 раза) повысить электропрочность приборов.

В связи с меньшей скоростью выработки компонентов предлагаемого материала по сравнению с известным1изменение шероховатости поверхности катодов будет протекать значительно медленнее, что должно сйособствовать уменьшению влияния пробоев, искрений и снижения КВЭЭ катодов на стабильность параметров и электропрочность приборов.

Следует отметить значительное расширение максимума на кривой 0 t (Е) для определенных соотношений ингредиентов предлагаемого материала по сравнению с известным.Это позволит применять предлагаемый материал в широкополосных и работающих в большом диапазоне импульсных режимов приборах.

Материал для вторичноэлектроиных катодов, содержащий окись иттрия и стабилизирующую добавку, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения долговечности приборов, в качестве стабилизирующей добавки использована смес или твердый раствор двуокиси циркония с окисью скандия при следукхцем соотношении компонентов, sec.Ú:

Окись иттрия 95-48

Двуокись циркония 0,3-50

Окись скандия Остальное

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 171926, кл. Н 01 J 1/15, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР

9 589643, кл. H 01 J 1/14., 1978 °

3 ° Авторское свидетельство СССР

9 243078, кл. H J 1/15, 1968 (прототип).