Цилиндрический термоэмиссионный катод

Изобретение относится к катодам электровакуумных приборов, а более конкретно к цилиндрическим термокатодам, преимущественно для магнетронов, и может быть использовано в электронной технике. Цилиндрический термоэмиссионный катод из металлокерамики состоит из цилиндрической накальной втулки с последовательно нанесенными на ее внешнюю поверхность промежуточным и наружным слоями, причем наружный слой образован смесью порошков тугоплавкого металла и эмиссионно-активных компонентов, втулка выполнена из смеси порошков тугоплавкого металла, преимущественно вольфрама, молибдена или рения, и высокотемпературного оксида металла третьей группы, а промежуточный слой выполнен из алундовой керамики. Разогрев катода осуществляется следующим образом: к торцевым поверхностям накальной втулки подсоединяются контактные пластины; на пластины подается напряжение накала, вызывающее протекание вдоль накальной втулки тока и быстрый разогрев как накальной втулки, так и всего катода, поскольку через промежуточный слой тепло мгновенно передается на эмиссионный слой. Технический результат - расширение функциональных возможностей термоэмиссионного катода и области его применения. 1 табл., 1 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к катодам электровакуумных приборов, а более конкретно к цилиндрическим термоэмиссионным катодам, преимущественно для магнетронов, и может быть использовано в электронной технике.

В магнетронах применяются катоды косвенного и прямого накала. Применение прямого накала позволяет в несколько раз уменьшить время разогрева катода и уменьшить мощность накала. Однако, по мере уменьшения рабочей длины волны магнетронов, осевые и радиальные размеры катода изменяются непропорционально друг другу, и в магнетронах сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн диаметр катода может превышать его осевой размер в несколько раз.

В этой связи, при определении возможности применения прямого накала в магнетронах указанных диапазонов длин волн, определяющее значение приобретает вопрос обеспечения необходимого электрического сопротивления катода.

При косвенном накале катода значение электрического сопротивления подогревателя непосредственно не связано с видом эмиссионного активного вещества катода и слабо связано с его осевыми и радиальными размерами, поэтому имеются широкие возможности оптимизации параметров накала.

В трубчатых катодах прямого накала значение электрического сопротивления непосредственно зависит от осевых и радиальных размеров катода и используемых в составе материала катода эмиссионно-активных компонентов, поэтому возможности оптимизации параметров накала резко ограничены.

К катодам прямого накала также относят катоды, имеющие термоэмиссионные покрытия (см., например, Новости зарубежной СВЧ-техники, сборник рефератов «Сигнал», ГНПП «Исток», №3, 1997, стр. 3-8). Нагрев таких катодов осуществляется тепловой мощностью, выделяемой в рабочей части трубки при прохождении через нее тока накала, при этом определяющее значение имеет величина электрического сопротивления трубки. Однако электрическое сопротивление изготовленных из металлов или их сплавов гладких трубок, длина которых не превышает их диаметр, даже при минимальной толщине трубки (0,05 мм) по величине сопоставимо с сопротивлением накальных вводов прибора и не обеспечивает эффективный нагрев катода.

Таким образом, является актуальной разработка катода для электровакуумных приборов М-типа, в котором сочетаются положительные свойства катодов прямого и косвенного накала, в том числе:

- обеспечивается возможность применения различных термоэмиссионных материалов вне зависимости от осевых и радиальных размеров катода и зазора анод-катод;

- обеспечивается возможность нагрева катода до рабочих температур при приемлемых значениях тока накала;

- обеспечиваются близкие к катодам прямого накала значения времени и мощности разогрева катода;

- обеспечиваются прочность и устойчивость катода к механическим и тепловым нагрузкам.

В качестве ближайшего известного технического решения выбран металлокерамический трубчатый оксидно-ториевый катод, в котором при весовых соотношениях окиси тория и вольфрама (молибдена) соответственно 30 и 70% удельное электрическое сопротивление спеченной втулки при 1700°C составляет примерно 0,05 Ом см. (см. Г.А. Кудинцева и др. Термоэлектронные катоды. - М. - Л.: изд. «Энергия», 1986, стр. 276-277). Однако существенным недостатком металлокерамических катодов прямого накала с равномерным распределением по объему эмиссионного активного вещества, к которым относится трубчатый оксидно-ториевый катод, является то, что в указанных катодах эмиссионные, накальные, температурные и механические параметры находятся в жесткой взаимосвязи, что резко ограничивает возможности улучшения этих параметров.

Так, например, использование прессованных алюминатно-бариевых катодов в режиме прямого накала позволило бы в несколько раз уменьшить мощность накала и время разогрева катода до рабочих температур по сравнению с катодами на основе окиси тория, если бы в таких катодах были бы обеспечены не меньшие значения удельного электрического сопротивления. Реальная же его величина на порядок меньше при всех соотношениях исходных компонентов.

Технический эффект, на достижение которого направлено изобретение, заключается в исключении жесткой взаимосвязи эмиссионных, накальных, температурных и механических параметров катодов из металлокерамики.

Указанный эффект достигается тем, что катод, согласно изобретению, выполнен в виде монолитной неразделимой конструкции, состоящей из металлокерамической накальной втулки и расположенных на ее цилиндрической поверхности промежуточного слоя и внешнего эмиссионного слоя.

Катод предлагаемой конструкции представлен на фиг. 1, где

1 - накальная втулка,

2 - промежуточный слой,

3 - эмиссионный слой,

4 - контактные пластины.

При выборе состава смеси для изготовления нахальной втулки используется свойство изменения проводимости металлокерамики при изменении процентного содержания оксидов в ее составе: при малом содержании оксида металла третьей группы в упомянутой выше смеси материал приобретает свойства проводника, а при большом содержании оксида проводимость материала резко уменьшается.

Накальная втулка (1) изготовлена из смеси порошков тугоплавкого металла, преимущественно вольфрама, молибдена или рения, и высокотемпературного оксида металла третьей группы. Состав смеси и количественное соотношение порошков тугоплавких металлов и высокотемпературных окислов металлов, используемых в качестве исходного материала для изготовления накальной втулки, подбирается исходя из получения оптимальных параметров нагрева спеченной накальной втулки до рабочих температур и обеспечения приемлемых механических и вакуумных свойств катода. Промежуточный слой (2) изготовлен из окиси алюминия (алунда) и обладает свойствами диэлектрика, а наружный эмиссионный слой изготовлен из смеси порошков тугоплавких металлов и эмиссионно-активных компонентов. Состав и количественное соотношение входящих в состав эмиссионного слоя (3) компонентов подбирается исходя из получения оптимальных эмиссионных параметров катода, соответствующих требованиям технических характеристик прибора. В частности, ими могут быть вольфрам и алюминат бария-кальция с различными присадками и без них рабочий диапазон температур от 1000°C до 1200°C; вольфрам - окись иттрия или лантана или их смесь - рабочий диапазон температур от 1350°C до 1500°C; гексаборид лантана рабочий диапазон температур от 1500°C до 1700°C.

Металлокерамическая накальная втулка является основой катода и выполняет функции нагрева и обеспечения механической прочности катода, внешнее эмиссионное покрытие обеспечивает эмиссионные параметры катода, а промежуточный слой обеспечивает прочное соединение всех элементов катода и значительно уменьшает влияние материалов накальной втулки и эмиссионного покрытия друг на друга. Напряжение накала подводится только к накальной втулке через металлические контакты, надежно подсоединенные к ее торцам. Для улучшения параметров катода промежуточный слой может состоять также из нескольких слоев различного состава.

Накальная втулка (1) заявляемого катода выполняется методом порошковой металлургии. Промежуточный (2) и эмиссионный (3) слои предлагаемого катода формируются путем последовательного нанесения их составов на внешнюю поверхность накальной втулки.

Толщина промежуточного слоя подбирается экспериментальным путем в каждом конкретном случае. Недостаточная толщина промежуточного слоя может приводить к шунтированию накальной втулки эмиссионным слоем и снижению ее сопротивления, а излишняя толщина увеличивает теплоемкость, время разогрева, размеры катода.

Устройство работает следующим образом: к торцевым поверхностям накальной втулки (1) подсоединяются контактные пластины (4); на пластины подается напряжение накала, вызывающее протекание вдоль накальной втулки (1) тока и быстрый разогрев как накальной втулки, так и всего катода, поскольку через промежуточный слой (2) тепло мгновенно передается на эмиссионный слой (3).

Пример 1. Были изготовлены и испытаны цилиндрические катоды предлагаемой конструкции, в которых накальная втулка с наружным диаметром, в два раза превышающем ее высоту, изготовлена из смеси порошков окиси скандия и вольфрама, прессованной при давлении 17 т/см2, испеченной в водороде при 1700°C. На втулку нанесен и спечен сначала промежуточный слой алунда толщиной 0,02 мм, а затем эмиссионный слой той же толщины, состоящий из смеси порошков вольфрама, рения и алюмината бария-кальция. Весовые соотношения порошков смесей для изготовления накальной втулки, промежуточного слоя, эмиссионного слоя, а также эмиссионные параметры полученных катодов представлены в таблице 1. Испытания катода в течение 100 часов не привели к существенному изменению указанных параметров.

Пример 2. Были изготовлены и испытаны цилиндрические катоды предлагаемой конструкции, в которых накальная втулка с наружным диаметром, в два раза превышающем ее высоту, изготовлена из смеси порошков окиси алюминия и молибдена, прессованной при давлении 17 т/см2, и спеченной в водороде при 1700°C. На втулку нанесен и спечен сначала промежуточный слой алунда толщиной 0,05 мм, а затем эмиссионный слой той же толщины, состоящий из смеси порошков вольфрама, рения и алюмината бария-кальция. Значение весовых соотношений порошков смесей для изготовления накальной втулки, промежуточного слоя, эмиссионного слоя, а также эмиссионные параметры полученных катодов представлены в таблице 1. Испытания катода в течение 100 часов не привели к существенному изменению указанных параметров.

Пример 3. Были изготовлены и испытаны цилиндрические катоды предлагаемой конструкции, в которых накальная втулка с наружным диаметром, в два раза превышающем ее высоту, изготовлена из смеси порошков окиси алюминия и вольфрама, прессованной при давлении 17 т/см2, и спеченной в водороде при 1700°C. На втулку нанесен и спечен сначала промежуточный слой алунда толщиной 0,10 мм, а затем эмиссионный слой той же толщины, состоящий из смеси порошков вольфрама, рения и окиси иттрия. Значение весовых соотношений порошков смесей для изготовления накальной втулки, промежуточного слоя, эмиссионного слоя, а также эмиссионные параметры полученных катодов представлены в таблице 1. Испытания катода в течение 100 часов не привели к существенному изменению указанных параметров.

Таким образом, по сравнению с известными катодами, заявляемый катод обеспечивает:

- возможность применения его в магнетронах различных диапазонов длин волн, включая сантиметровый и миллиметровый, благодаря тому что его конструкция предполагает использование технологии, которая позволяет изготовить катоды с различными значениями осевых и радиальных размеров и соотношениями между ними с одновременным обеспечением их прочности и устойчивости к механическим и тепловым нагрузкам;

- возможность применения его в магнетронах различного уровня мощности и режима работы благодаря тому, что в нем могут быть использованы многие известные термоэмиссионные материалы;

- возможность применения его в малогабаритных электровакуумных приборах, ввиду возможности изготовления катодов малых размеров со значениями времени и мощности их разогрева до рабочих температур, близких к параметрам катодов прямого накала.

Заявленное изобретение может с успехом использоваться при разработке и промышленном производстве катодов для электровакуумных приборов с использованием методов порошковой металлургии и стандартного технологического оборудования.

Цилиндрический термоэмиссионный катод из металлокерамики, отличающийся тем, что состоит из цилиндрической накальной втулки с последовательно нанесенными и спеченными на ее внешней цилиндрической поверхности промежуточным и наружным слоями, причем наружный слой образован смесью порошков тугоплавкого металла и эмиссионно-активных компонентов, втулка выполнена из смеси порошка тугоплавкого металла и порошка высокотемпературного оксида металла третьей группы, а промежуточный слой выполнен из алундовой керамики.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупрозрачному фотокатоду (1) для фотодетектора, имеющего повышенную степень поглощения при сохраняющейся степени переноса. Согласно изобретению фотокатод (1) содержит пропускающую дифракционную решетку (30) для дифракции фотонов, расположенную в слое подложки (10), на которую нанесен фотоэмиссионный слой (20).

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в электронно-лучевых приборах с автоэлектронной эмиссией, а именно: в зондовых приборах, экранах, растровых электронных микроскопах, а также в исследовательских и аналитических установках.

Изобретение относится к приборам вакуумной и твердотельной электроники, в частности к автоэмиссионным элементам на основе углеродных нанотрубок (УНТ), используемых в качестве катодов: к диодам, к триодам и к устройствам на их основе.

Изобретение относится к технологии изготовления холодных катодов гелий-неоновых лазеров и может быть использовано в газоразрядной технике и микроэлектронике. Способ включает в себя нагрев заготовок катода из алюминия в вакууме не ниже 10-5 мм рт.ст.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к способу изготовления катодно-сеточных узлов (КСУ) с холодными катодами из углеродного материала для вакуумных электронных приборов.
Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении изделий светоиндикаторной техники и эмиссионной электроники на основе автоэлектронной эмиссии углеродных структур.

Фотоумножитель может быть использован для регистрации слабых световых сигналов в исследованиях по физике высоких энергий, ядерной физике, в других различных технических приложениях, в том числе и для наблюдения крайне слабых световых сигналов.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкции катодно-сеточных узлов (КСУ) с автоэмиссионными катодами из углеродного материала для вакуумных электронных приборов с микросекундным временем готовности.

Изобретение предназначено для осветительной техники и медицины. Преобразующий длину волны материал включает соединение формулы (Y1-w-x-y-zScwLaxGdyLuz)2-a(SO4)3:Mea, где Me - трехвалентный катион или смесь трехвалентных катионов, способных испускать УФ-C излучение, например, Pr3+, Nd3+ и Bi3+; каждый из w, x, y и z находится в диапазоне от 0,0 до 1,0; w+x+y+z≤1,0; 0,0005≤a≤0,2.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при изготовлении газоразрядных приборов, в частности холодных катодов моноблочных газовых лазеров.

Изобретение относится к области изготовления диспенсерных катодов на основе скандата бария или других материалов на основе скандата бария, а именно к материалу мишени и мишени для физического осаждения тонких пленок, дисперсному катоду на основе скандата бария и способу его получения и способу получения мишени. Мишень (66) содержит смесь или состоит из смеси оксида бария ВаО, оксида кальция СаО, оксида алюминия Al2O3 и оксида скандия Sc2O3. Молярное отношение ВаО:СаО:Al2O3:Sc2O3 составляет «b:c:x:y», при этом 2≤b≤5, 1≤c≤3, 2≤x+y≤b+с и 0,1≤y≤1. Способ получения катода включает формирование пористого корпуса, пропитанного соединением бария и скандия, получение промежуточного слоя из ВаО, СаО, Al2O3 и Sc2O3. Способ получения мишени включает получение смеси ВаО, СаО, Al2O3 и Sc2O3 и спекание или плавление смеси с формированием мишени. Технический результат заключается в том, что дестабилизирующему эффекту реакций ВаО и СаО противодействуют с помощью более инертных компонентов Sc2O3 и также Al2O3, при этом повышенное содержание оксида скандия не только стабилизирует материал, но увеличенное содержание окиси алюминия (оксида алюминия) улучшает стабильность. 6 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления эффективных термо- и вторично-эмиссионных катодов. Путем плавки получают интерметаллид Рd5Ва, размалывают в атмосфере инертного газа или СО2 с получением порошка, полученный порошок смешивают с порошком палладия и проводят механоактивацию полученной смеси в планетарной или вибромельнице в течение 5-15 минут. Полученный после механоактивации порошок прессуют, а прессовку спекают в атмосфере аргона в пучке быстрых электронов при температуре (700-800)°С в течение 25-40 минут. Обеспечивается повышение на (15-17)% коэффициента вторичной электронной эмиссии прессованных металлосплавных катодов Рd-Ва. 2 табл., 2 пр.

Изобретение относится к изготовлению металлосплавных катодов для приборов СВЧ-электроники. Способ получения катодного сплава на основе металла платиновой группы и бария включает прессование навески порошка металла платиновой группы, очистку поверхности бария от оксидов, совместную дуговую плавку прессовки и бария в атмосфере аргона с использованием нерасходуемого вольфрамового электрода. Перед прессованием навески порошка металла платиновой группы проводят механоактивацию (25-70)% навески порошка в течение 5-20 минут и смешивание с остатком навески порошка. Обеспечивается улучшение однородности распределения фазы интерметаллида в матрице металла платиновой группы. 2 табл., 2 пр.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к катодам, работающим в режиме автотермоэлектронной эмиссии. Cпособ изготовления композитного катодного материала включает подготовку порошка активного компонента и нанопорошка матричного металла, смешивание и перемешивание порошка активного компонента с нанопорошком матричного металла и последующую обработку полученной смеси, при этом в качестве порошка активного компонента композитного катодного материала используется гидрид металла цериевой группы, в том числе лантана, церия или празеодима, в качестве порошка матричного металла используется нанопорошок иридия, смесь порошков приготавливают в соотношении 1-13% вес. порошок активного компонента, нанопорошок матричного металла - остальное, после смешивания порошков последовательно проводят термический отжиг получившейся смеси в вакууме при температуре 850-950°C до полной дегазации, затем горячее магнитно-импульсное прессование в вакууме при температуре 400-500°C и давлении прессования 08-1,5 ГПа и последующее спекание в вакууме при температуре 1500-1600°C. Изобретение позволяет значительно уменьшить эмиссионную неоднородность катода. 1 ил.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкции катодно-сеточных узлов с автоэмиссионным катодом из углеродного материала для вакуумных электронных приборов (в том числе к СВЧ приборам) с микросекундным временем готовности. Технический результат - повышение равномерности автоэлектронной эмиссии по всей поверхности катода и, как следствие, увеличение отбираемого с катода тока. В конструкции КСУ с по крайней мере одним автоэмиссионным катодом из углеродного материала, вершина катода имеет параболическую в сечении поверхность, на которой сформированы острия конусообразной формы. Оси симметрии каждого катода совпадают с осями симметрии отверстий в сетке. Параболическая форма вершины катодов обеспечивает одинаковую напряженность поля и равномерность эмиссии по всей поверхности катода, а наличие острий снижает рабочее напряжение на сетке. 3 ил.

Изобретение относится к способам изготовления автоэмиссионных катодов с применением углеродных нанотрубок и может быть использовано для изготовления элементов и приборов вакуумной микро- и наноэлектроники. Способ включает осаждение на подложку электропроводящего буферного слоя, осаждение каталитического слоя, формирование вертикально ориентированного массива углеродных нанотрубок путем плазмохимического осаждения из газовой фазы с отношением длины углеродных нанотрубок к их диаметру в интервале от 25 до 75, термическую обработку массива углеродных нанотрубок в вакууме и обработку массива углеродных нанотрубок плазмой на основе водорода. Техническим результатом является увеличение максимальной плотности тока автоэмиссионных катодов на основе вертикально ориентированных массивов УНТ в совокупности с повышением стабильности тока эмиссии и срока службы катода. 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к технике радиосвязи, радиолокации и радиоэлектронной борьбы и может быть использовано в авиационной и космической технике. Способ снижения радиолокационной заметности летательных аппаратов, оборудованных газотурбинными двигателями, заключается в том, что перед элементами двигателей, вносящими большой вклад в мощность отраженного излучения, создают плазменное образование, поглощающее зондирующее излучение радиолокационной станции. Плазменное образование создают с помощью высоковольтного коронного лавинно-стримерного импульсного разряда, а зондирующее излучение радиолокационной станции перехватывают и направляют на зону формирования плазмы с помощью устанавливаемого в двигателе волновода с переменным сечением, уменьшающимся от величины, обеспечивающей прикрытие от излучения элемента двигателя, вносящего большой вклад в мощность отраженного излучения радиолокационной станции, до величины, равной величине сечения зоны формирования плазмы, причем стенки волновода изготовлены из токопроводящей сетки, обеспечивающей проход газового потока. Технический результат заключается в обеспечении возможности уменьшения области формирования плазмы при сохранении эффективности защиты от излучения РЛС. При этом уменьшение области формирования плазмы позволит уменьшить габариты и вес устройства, создающего плазму, и снизить потребляемую им энергию. 7 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления эффективных термо- и вторичноэмиссионных катодов для мощных приборов СВЧ-электроники, в частности ламп бегущей волны, магнетронов и т.п. Способ получения катодного материала на основе металла платиновой группы и бария включает получение путем плавления интерметаллида металла платиновой группы с барием, его размол в атмосфере инертных газов или СО2, смешивание полученного порошка интерметаллида с порошком металла платиновой группы, входящего в упомянутый интерметаллид, в количестве, необходимом для получения материала с заданным составом, прессование, спекание или плавку в атмосфере аргона, при этом перед прессованием проводят механоактивацию полученной смеси порошка в течение 5-15 минут. Способ позволяет на (12-15)% повысить коэффициент вторичной электронной эмиссии сплавов и в результате повысить процент выхода годных приборов. 3 табл., 3 пр.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано для изготовления эффективных термо- и вторичноэмиссионных катодов для мощных приборов СВЧ-электроники. Прессованный металлосплавный палладий-бариевый катод выполнен трехслойным из двух сплошных палладиевых лент и размещенной между ними ленты с расположенными между собой на равных расстояниях сквозными отверстиями, формирующими ячейки с порошком интерметаллида Pd5Ba. Способ получения указанного катода включает получение порошка интерметаллида Pd5Ba путем плавки интерметаллида Pd5Ba, его размол в атмосфере инертных газов или СО2. На палладиевую ленту накладывают палладиевую ленту, выполненную с находящимися между собой на равных расстояниях сквозными отверстиями, в упомянутые отверстия палладиевой ленты засыпают порошок интерметаллида Pd5Ba, сверху на палладиевую ленту со сквозными отверстиями помещают такую же как нижняя палладиевую ленту, полученную трехслойную конструкцию прессуют под давлением 10-12 т/см2, после чего отжигают в течение 1-2 ч в инертной атмосфере при температуре 800-900°С и проводят горячую прокатку до заданной толщины. Обеспечивается повышение коэффициента вторичной электронной эмиссии на 20-25%. 2 н.з. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 2 пр.

Изобретение относится к катодам электровакуумных приборов, а более конкретно к цилиндрическим термокатодам, преимущественно для магнетронов, и может быть использовано в электронной технике. Цилиндрический термоэмиссионный катод из металлокерамики состоит из цилиндрической накальной втулки с последовательно нанесенными на ее внешнюю поверхность промежуточным и наружным слоями, причем наружный слой образован смесью порошков тугоплавкого металла и эмиссионно-активных компонентов, втулка выполнена из смеси порошков тугоплавкого металла, преимущественно вольфрама, молибдена или рения, и высокотемпературного оксида металла третьей группы, а промежуточный слой выполнен из алундовой керамики. Разогрев катода осуществляется следующим образом: к торцевым поверхностям накальной втулки подсоединяются контактные пластины; на пластины подается напряжение накала, вызывающее протекание вдоль накальной втулки тока и быстрый разогрев как накальной втулки, так и всего катода, поскольку через промежуточный слой тепло мгновенно передается на эмиссионный слой. Технический результат - расширение функциональных возможностей термоэмиссионного катода и области его применения. 1 табл., 1 ил.

Наверх