Способ изготовления термоэлектронных эмиттеров
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫХ ЭМИТТЕРОВ, включающий обработку материала эмиттера ионами щелочных металлов и нагрев, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности эмиссии и снижения работы выхода, в качестве материала термоэлектронного эмиттера используют нитриды переходных металлов IVA группы стехиометрического состава, а облучение осуществляют ионами щелочных металлов с энергией 2ОО-4ОО эВ с одно ,временным нагревом при 14ОО-15ОО К в течение времени, достаточного для получения минимальной работы выхода.
СОО3 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (1% (11) З(59 Н 01 Г 9/04
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ„ : - -" "" к вто СКому СаиДК ьСтву (21) 3423592/18-21 (22 ) 1 5.04.82 (46) 23.11.83. Бюл. % 43 (72) B.Ï.Ôåéîðèíîâ, B,С.Нешпор, Е.N.Ñòåôàíîâñêàÿ и В.В.Соколов (71) Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М.И.Калинина (53 ) 621.3.032.213 (088.8) (56) 1. Куницкий Ю.А., Морозов В.В., Шлюко В,Jl. Высокотемпературные электродные материалы. Киев, "Высшая школа, 1977, с.230.
2. Заявка Японии М 53-20825,: кл, Н 01 J 9/04, опублик. 1978 (прототип). (54) (57 ) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ТЕРМОЭЛЕКТРОННЫ Х ЭМИТТЕРОВ, вклю «аюший обработку материала эмиттера ионами шелочных металлов и нагрев, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения стабильности эмиссии и снижения работы выхода, в качестве материала термоэлектронного эмиттера используют нитриды переходных металлов
I YA группы стехиометрического .состава, а обпучение. осушествляют ионами шелочных металлов с энергией 200-400 эВ с одно,временным нагревом нри 1400-1500 К в течение времени, достаточного для получения минимальной работы выхода.
Ф
Ж р р()
Однако такой эмиттер подобен обыч,ному пленочному эмиттеру, на поверхности которого попучаются пленки атомов
1 10563
Изобретение относится к электровакуумной технике, а конкретно к сидьноточным термокатодам с низкой работой выхода, и может быть испопьзоваио при изготовпении электровакуумных приборов и устройств 5 с прямонакальным катодом или катодом косвенного накала.
Известен способ попучения термоэмиттеров, заключающийся во введении эмиссионно-активного вещества в дисперсной форме в,металлическую матрицу с последующим спеканием. Получены таким спобобом кермет катоды содержат в своем составе окиспы или бескислородные тугоплавкие соединения (карбиды, нитриды, бориды) в сочетании с тугоплавким металпом, совместимым с керамическим компонентом (N, Мо, Ml, металлы платиновой группы ) (1)
Эти катоды термостабильны, однако позволяют получить высокие плотности тока в длительном режиме работы лишь при высокой рабочей температуре (1 800 К ), обладают повышенной хрупкостью и малой конструкционной прочностью. Даже наибопее эмиссионно-активные катоды этого класса (гексабориды редкоэемепьных металлов) имеют рабочие температуры не ниже 1600 К, при которых их химическая активность в контакте с конструкци- 30 онными материапами катодного узла накладывает существенные ограничения на ресурсы работы катода.
Известен также способ снижения рабочих температур эмиттеров посредством
35 их активирования путем.,облучения материала-основы ионами щелочно-земельных атомов с высокими энергиями. Согласно этому способу в металлическое основание осуществляют внедрение ионов актив- 4
40 ного вещества, например, ионов Всi, &r и других металлов с хорошей эмитируюшей способностью с энергиями 100-150 кэВ на глубину 1 мкм. Затем основание подвергают термической обработке при 1100
К, в процессе которой происходит диффузия ионов активного вещества иэ внед-. ренного слоя в толщину основания. Для ускорения процесса диффузии основной металл покрывают слоем никеля толщиной примерно 10 мкм, и таким образом по 50 лучают многоспойную структуру. При
900 К обработанной таким образом основной материал представляет собой хооший эмитте 2
0 2 активного вещества эа счет диффузии этих атомов из топши эмиттера, а следователь-! но срок службы катода с таким эмитте-. ром ограничен запасом внедренного. активного вещества. Кроме того, испарение свободных атомов шелочю-земельных металлов и значительное загрязнение ими других электродов ламп (в частности, сеток) приводит к нестабильности термоэмиссии с поверхности этих электродов.
Бомбардировка ме таплического основания ионами таких высоких энергий, как
100-150 кэВ, неизбежно допжна приводить к его распылению.
11елью изобретения является повышение стабильности эмиссии и снижение работы выхода.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления термоэлектронных эми ттеров, включающему обработку материала эмиттера ионами щелочных металлов и нагрев, в качестве материала гермоэлектронного эми ттера используют нитриды переходных металлов
1УА группы стехиометрического состава, а.облучение осуществляют ионами щелоч-, ных метаплов с энергией 200-400 эВ с одновременным нагревом при 1400-1500
К в течение времени, достаточного для получения минимальной работы выхода.
На основе попученных эксперименталь ных данных установлено, что после облучения .тугоппавких соединений нитридов переходных металлов четвертой группы (титана, циркония и гафния) ионами цезия или калия эти соединения снижают величину работы выхода на 1,5-1,8 эВ. Такое снижение работы выхода наблюдается у нитридов стехиометричеокого состава. Для соединений вида М йд. снижение работы выхода составляет не бопее 0,5 эВ (N -, металл: тиган, циркорий ипи гафний).
Длительное исследование эмиссионных свойств обпученных ионами цезия или калия этих соединений стехиометрического состава показывают, что они могут быть использованы в качестве эффективных термоэлектронных эмиттеров.
Способ разработан на конкретном примере изготовления термоэлектронного эмиттера и испытан в термокатодах в форме нитей, дисков и лент. . В качестве керна испопьзуют проволоку из модибденорениевого сплава МР-47ВП диаметром 200 мкм. На поверхность керна наносят слой нитрида циркония состава
2è Йо(} топшинои 70 мкм методом химического тазофазного осаждения. Реакционная парогазовая смесь, использованная
10563 дпя нанесения нитрида циркония, содержит
4-6 мол .% ZnC94, по 47«4S мол.% азота и водорода. B качестве разбавителя используют инертный газ (Ap .или Не).
Температура керна в процессе нанесения нитридного слоя составляет примерно
1500 К. Дальнейшая обработка эмиттера в соответствии с предлагаемым способом производится в вакууме 10 Па потоком ионов цезия с энергией не ниже 200 эВ, так как экспериментально установлено, что при более низких энергиях ионов эффект не наблюдается, и не выше 500 эВ из-аа опасности распыления облучаемого слоя.
Облучение проводится до тех пор, пока не устанавливается минимальное значение работы выхода. В данном случае это время составляет 3-5 ч в зависимости от плотности бомбардируюшего ионного тока. B течение всего времени облучения температу- yg ра эмиттера поддерживается на уровне
1400-1500 К. При более низких или высоких температурах процесс снижения работы выхода aaMennseтся.
Свойства нового эмиттерного материала р сохраняются после прекращения бомбар04 4 дировки ионами щелочных металлов и длительного хранения материала в открытой атмосфере. После установки катода с предлагаемым материалом эмиттера в.электровакуумный прибор он не требует специальной активировки и .дает указанные параметры термоэлектронной эмиссии после обычной процедуры прогрева и обезгаживания прибора..
Испытанный срок службы катодов с эмиттерами, изготовленными согласно предлагаемому способу, составляет более
5000 ч. В связи с тем, что внедренные в приповерхностный слой ионы щелочного металла вступают в прочную химическую связь с обпучаемым соединением, испарения активного вещества не наблюдается, поэтому не имеет места и загрязнение других электродов прибора, что сохраняет его параметры неизменными.
Катоды, изготовленные предлагаемым способом, обладаю высокой воспроизводимостью параметров, а сам способ— достаточной простотой для использования в промышленном крупносерийном производствее, Составитель Г.Кудинцева
Редактор Н.Бобкова Техред М.Гергель Корректор B.Бутяга
Заказ 9319/48 Тираж 703 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, . Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
