DE10121442A1 - Cathode ray tube comprises an oxide cathode consisting of a cathode support with a cathode base with a covering layer of ultrafine nickel particles - Google Patents
Cathode ray tube comprises an oxide cathode consisting of a cathode support with a cathode base with a covering layer of ultrafine nickel particlesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kathodenstrahlröhre, ausgerüstet mit mindestens einer Katho de, die einen Kathodenträger mit einer Kathodenbasis aus einem ersten Kathodenmetall und eine Kathodenbeschichtung aus einem elektronenemittierenden Material, das ein zweites Kathodenmetall und mindestens ein Erdalkalioxid, ausgewählt aus der Gruppe der Oxide des Calciums, Strontiums und Barium, enthält, umfasst.The invention relates to a cathode ray tube equipped with at least one catho de, which is a cathode support with a cathode base made of a first cathode metal and a cathode coating of an electron-emissive material, the one second cathode metal and at least one alkaline earth oxide selected from the group of Contains oxides of calcium, strontium and barium.
Eine Kathodenstrahlröhre besteht aus 4 Funktionsgruppen:
A cathode ray tube consists of 4 functional groups:
- - Elektronenstrahlerzeugung in der Elektronenkanone,- electron beam generation in the electron gun,
- - Strahlfokussierung durch elektrische oder magnetische Linsen- Beam focusing using electrical or magnetic lenses
- - Strahlablenkung zur Rastererzeugung und- Beam deflection for grid generation and
- - Leuchtschirm oder Bildschirm.- Luminous screen or screen.
Zu der Funktionsgruppe der Elektronenstrahlerzeugung gehört eine elektronenemittieren de Kathode, die den Elektronenstrom in der Kathodenstrahlröhre erzeugt und die von einem Steuergitter, z. B. einem Wehnelt-Zylinder mit einer Lochblende auf der Stirnseite, umgeben ist.The function group of electron beam generation includes electron emission de Cathode, which generates the electron current in the cathode ray tube and that of a control grid, e.g. B. a Wehnelt cylinder with a perforated panel on the front, is surrounded.
Eine elektronenemittierende Kathode für eine Kathodenstrahlröhre ist üblicherweise eine punktförmige, heizbare Oxidkathode mit einer elektronenemittierenden, oxidhaltigen Kathodenbeschichtung. Wird eine Oxidkathode aufgeheizt, werden Elektronen aus der emittierenden Beschichtung in das umgebende Vakuum ausgedampft.An electron emitting cathode for a cathode ray tube is usually one punctiform, heatable oxide cathode with an electron-emitting, oxide-containing Cathode coating. If an oxide cathode is heated, electrons are removed from the emitting coating evaporated into the surrounding vacuum.
Die Menge der Elektronen, die von der Kathodenbeschichtung emittiert werden können, hängt von der Austrittsarbeit (work function) des elektronenemittierenden Materials ab. Nickel, das in der Regel als Kathodenbasis verwendet wird, hat selbst eine relativ hohe Austrittsarbeit. Deshalb wird das Metall der Kathodenbasis üblicherweise noch mit einem Material beschichtet, dessen Hauptaufgabe es ist, die elektronenemittierenden Eigenschaf ten der Kathodenbasis zu verbessern. Charakteristisch für die elektronenemittierenden Beschichtungsmaterialien von Oxidkathoden ist es, dass sie ein Erdalkalimetall in der Form des Erdalkalimetalloxids enthalten.The amount of electrons that can be emitted from the cathode coating depends on the work function of the electron emitting material. Nickel, which is usually used as the cathode base, itself has a relatively high level Work function. Therefore, the metal of the cathode base is usually still with one Material coated, the main task of which is the electron-emitting property to improve the cathode base. Characteristic of the electron-emitting Coating materials of oxide cathodes are made in the form of an alkaline earth metal of the alkaline earth metal oxide included.
Um eine Oxidkathode herzustellen, wird ein entsprechend geformtes Blech aus einer Nickellegierung beispielsweise mit den Carbonaten der Erdalkalimetalle in einer Binde mittelzubereitung beschichtet. Während des Auspumpens und Ausheizens der Kathoden strahlröhre werden die Carbonate bei Temperaturen von etwa 1000°C in die Oxide umge wandelt. Nach diesem Abbrennen der Kathode liefert sie bereits einen merklichen Emis sionsstrom, der allerdings noch nicht stabil ist. Es folgt noch ein Aktivierungsprozess. Durch den Aktivierungsprozess wird das ursprünglich nichtleitende Ionengitter der Erdal kalioxide in einen elektronischen Halbleiter verwandelt, indem Störstellen vom Donator- Typ in das Kristallgitter der Oxide eingebaut werden. Die Störstellen bestehen im wesent lichen aus elementarem Erdalkalimetall, z. B. Calcium, Strontium oder Barium. Die Elektronenemission der Oxidkathoden basiert auf dem Störstellenmechanismus. Der Aktivierungsprozess hat den Zweck, eine genügende Menge von überschüssigem, elemen tarem Erdalkalimetall zu schaffen, durch das die Oxide in der elektronenemittierenden Beschichtung bei einer vorgeschriebenen Heizleistung den maximalen Emissionsstrom liefern können. Einen wesentlichen Beitrag zu dem Aktivierungsprozess leistet die Reduktion des Bariumoxids zu elementarem Barium durch Legierungsbestandteile ("Aktivatoren") des Nickels aus der Kathodenbasis.In order to produce an oxide cathode, a correspondingly shaped sheet is made from a Nickel alloy, for example, with the carbonates of the alkaline earth metals in a bandage coated preparation. During the pumping and heating of the cathodes beam tube, the carbonates are converted into the oxides at temperatures of around 1000 ° C converts. After this cathode has burned off, it already produces a noticeable emission ion current, which, however, is not yet stable. An activation process follows. Through the activation process, the originally non-conductive ion grid becomes the Erdal transformed into an electronic semiconductor by removing impurities from the donor Type can be built into the crystal lattice of the oxides. The main defects exist Lichen from elemental alkaline earth metal, for. As calcium, strontium or barium. The Electron emission from the oxide cathodes is based on the impurity mechanism. The Activation process is for the purpose of a sufficient amount of excess, elemen to create tarem alkaline earth metal, through which the oxides in the electron-emitting Coating with a prescribed heating output the maximum emission current can deliver. The makes an important contribution to the activation process Reduction of the barium oxide to elemental barium through alloy components ("Activators") of nickel from the cathode base.
Wichtig für die Funktion einer Oxidkathode und deren Lebensdauer ist es, dass immer wieder erneut elementares Erdalkalimetall zur Verfügung steht. Die Kathodenbeschichtung verliert nämlich während der Lebensdauer der Kathode ständig Erdalkalimetall. Teils ver dampft langsam das Kathodenmaterial insgesamt, teils wird es durch den Ionenstrom in der Kathodenstrahlröhre abgesputtert.It is important for the function of an oxide cathode and its service life that elemental alkaline earth metal is available again. The cathode coating namely, continually loses alkaline earth metal during the life of the cathode. Partly ver slowly vaporizes the cathode material as a whole; Sputtered cathode ray tube.
Allerdings wird zunächst das elementare Erdalkalimetall immer wieder nachgeliefert. Die Nachlieferung von elementarem Erdalkalimetall durch Reduktion des Erdalkalioxids am Kathodenmetall bzw. Aktivatormetall kommt jedoch zum Stillstand, wenn sich zwischen der Kathodenbasis und dem emittierenden Oxid mit der Zeit eine dünne, aber hoch ohmige Trennschicht (interface) aus Erdalkalisilikat oder Erdalkalialuminat bildet. Von Einfluss auf die Lebensdauer ist es weiterhin, dass sich der Vorrat an Aktivatormetall in der Nickellegierung der Kathodenbasis mit der Zeit erschöpft.However, the elemental alkaline earth metal is always replenished first. The Subsequent delivery of elemental alkaline earth metal by reducing the alkaline earth oxide on However, the cathode metal or activator metal comes to a standstill when there is between the cathode base and the emissive oxide become thin but high over time forms an ohmic separating layer (interface) made of alkaline earth silicate or alkaline earth aluminate. Of The fact that the supply of activator metal in the Nickel alloy of the cathode base exhausted over time.
Aus der JP 11204019 A ist eine Oxidkathode mit verbesserter Donordichte und verlänger ter Lebensdauer bekannt, die einen Napf aus einer Nickellegierung umfasst, der mit einem Drahtknäuel aus einer Nickellegierung und mit einem Erdalkalicarbonatgemisch gefüllt ist.From JP 11204019 A is an oxide cathode with an improved donor density and extended ter life known, which comprises a bowl made of a nickel alloy, with a Wire ball made of a nickel alloy and filled with an alkaline earth carbonate mixture.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kathodenstrahlröhre zur Verfügung zu stellen, deren Strahlstrom gleichmäßig ist, über lange Zeit konstant bleibt und die reproduzierbar herstellbar ist.It is an object of the invention to provide a cathode ray tube whose jet current is uniform, remains constant over a long period of time and is reproducible can be produced.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Kathodenstrahlröhre, ausgerüstet mit mindestens einer Oxidkathode, die einen Kathodenträger mit einer Kathodenbasis aus einem ersten Kathodenmetall und eine Kathodenbeschichtung aus einem elektronenemit tierenden Material, das einen Partikel-Partikel-Verbundwerkstoff aus Oxidpartikeln und Metallpartikeln enthält, wobei die Oxidpartikel ein Oxid ausgewählt aus den Oxiden des Scandiums, Yttriums und der Lanthanoiden Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Euro pium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium; und ein Erdalkalioxid ausgewählt aus der Gruppe der Oxide des Calciums, Strontiums und Bariums, und die Metallpartikel ein zweites Kathodenmetall ausgewählt aus der Gruppe Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh und Pt enthalten, umfasst.According to the invention the object is achieved by a cathode ray tube equipped with at least one oxide cathode, which comprises a cathode support with a cathode base a first cathode metal and a cathode coating of an electron with material that is a particle-particle composite material made of oxide particles and Contains metal particles, wherein the oxide particles selected from the oxides of the oxide Scandiums, yttriums and the lanthanoids cerium, praseodymium, neodymium, samarium, euro pium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and Lutetium; and an alkaline earth oxide selected from the group of oxides of calcium, Strontiums and bariums, and the metal particles selected a second cathode metal from the group comprising Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh and Pt.
Eine Kathodenstrahlröhre mit einer derartigen Oxidkathode hat über einen langen Zeit raum hin einen gleichmäßigen Strahlstrom, weil durch die homogene Verteilung des reduzierend wirkenden Kathodenmetalls und des Aktivatormetalls in dem Material der elektronenemittierenden Kathodenbeschichtung das Wachstum von hochohmigen Zwischenschichten lokal verteilt und insgesamt reduziert ist. Es kann länger elementares Barium nachgeliefert werden.A cathode ray tube with such an oxide cathode has a long time uniform beam current because of the homogeneous distribution of the reducing cathode metal and the activator metal in the material of the electron-emitting cathode coating the growth of high-resistance Intermediate layers are distributed locally and reduced overall. It can be elemental longer Barium can be supplied later.
Durch die kontinuierliche Barium-Nachführung wird eine Erschöpfung der Elektronen emission, wie man die von herkömmlichen Oxidkathoden kennt, vermieden. Es können ohne Gefährdung der Kathodenlebensdauer wesentlich höhere Strahlstromdichten realisiert werden. Das kann auch ausgenutzt werden, um die notwendigen Elektronenstrahlströme aus kleineren Kathodenbereichen zu ziehen. Die Spotgröße des Kathodenflecks ist ent scheidend für die Güte der Strahlfokussierung auf dem Bildschirm. Die Bildschärfe über den gesamten Schirm wird erhöht. Da die Kathoden zudem nur sehr langsam altern, können Bildhelligkeit und Bildschärfe auf hohem Niveau über die gesamte Lebensdauer der Röhre stabil gehalten werden.Due to the continuous barium tracking, the electrons are depleted emission, as known from conventional oxide cathodes, avoided. It can realized significantly higher beam current densities without endangering the cathode life become. This can also be exploited to generate the necessary electron beam currents to pull from smaller cathode areas. The spot size of the cathode spot is ent decisive for the quality of the beam focusing on the screen. The focus over the entire screen is raised. Since the cathodes also age very slowly, can image brightness and sharpness at a high level over the entire life the tube can be kept stable.
Als erstes Kathodenmetall wird bevorzugt ein Metall aus der Gruppe Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh und Pt gewählt.A metal from the group Ni, Co, Ir, Re, Pd, is preferably used as the first cathode metal. Rh and Pt selected.
Besonders bevorzugt ist es, dass das erste Kathodenmetall eine Legierung aus einem Metall ausgewählt aus der Gruppe Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh und Pt mit einem Aktivatormetall, ausgewählt aus der Gruppe Mg, Mn, Fe, Si, W, Mo, Cr, Ti, Hf, Zr, Al enthält.It is particularly preferred that the first cathode metal is an alloy of a metal selected from the group Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh and Pt with an activator metal, selected from the group containing Mg, Mn, Fe, Si, W, Mo, Cr, Ti, Hf, Zr, Al.
Es kann auch bevorzugt sein, dass die Metallpartikel in dem elektronenemittierenden Material eine Legierung aus einem zweiten Kathodenmetall ausgewählt aus der Gruppe Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh und Pt mit einem Aktivatormetall, ausgewählt aus der Gruppe Mg, Mn, Fe, Si, W, Mo, Cr, Ti, Hf, Zr, Al enthalten.It may also be preferred that the metal particles in the electron-emitting Material an alloy of a second cathode metal selected from the group Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh and Pt with an activator metal selected from the group Mg, Contain Mn, Fe, Si, W, Mo, Cr, Ti, Hf, Zr, Al.
Die Oxidpartikel können Oxidpartikel eines Erdalkalioxids ausgewählt aus der Gruppe der Oxide des Calciums, Strontiums und Bariums, das mit einem Oxid ausgewählt aus den Oxiden des Scandiums, Yttriums und der Lanthanoiden Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium; dotiert ist, enthalten.The oxide particles can be oxide particles of an alkaline earth metal selected from the group of Oxides of calcium, strontium and barium, which are selected from among the oxides Oxides of scandium, yttrium and the lanthanoids cerium, praseodymium, neodymium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium and lutetium; is included.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform enthalten die Oxidpartikel Oxidparti kel eines Erdalkalioxids ausgewählt aus der Gruppe der Oxide des Calciums, Strontiums und Bariums, das mit einem der Oxid des Yttriums dotiert ist; enthalten. Yttriumoxid beschleunigt überraschenderweise die Sinterung der Oxide bei der Herstellung.According to a particularly preferred embodiment, the oxide particles contain oxide particles kel of an alkaline earth oxide selected from the group of oxides of calcium, strontium and barium doped with one of the oxide of yttrium; contain. yttria surprisingly accelerates the sintering of the oxides during production.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthalten die Oxidpartikel Oxid partikel eines Oxids ausgewählt aus den Oxiden des Scandiums, Yttriums und der Lanthanoiden Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium; und Oxidpartikel eines Erdalkalioxids, ausgewählt aus der Gruppe der Oxide des Calciums, Strontiums und Bariums.According to another embodiment of the invention, the oxide particles contain oxide particles of an oxide selected from the oxides of scandium, yttrium and Lanthanoid cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, Dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium; and oxide particles an alkaline earth oxide selected from the group of oxides of calcium, strontium and Barium.
Das elektronenemittierende Material kann 1 bis 5 Gew.-% Metallpartikel enthalten.The electron emitting material can contain 1 to 5% by weight of metal particles.
Besonders bevorzugt ist es, dass das elektronenemittierende Material 2,5 Gew.-% Nickelpartikel enthält.It is particularly preferred that the electron-emitting material 2.5% by weight Contains nickel particles.
Besonders vorteilhafte Wirkungen werden durch die Erfindung gegenüber dem Stand der Technik erreicht, wenn die Metallpartikel eine ellipsoidale oder kugelige Form haben. Dadurch wird die Diffusion der Aktivatormetalle kontrollierter und die Barium-Emission örtlich und zeitlich uniformer. Man erhält Oxidkathoden mit höherer Gleichstrombelast barkeit und Lebensdauer.The invention has particularly advantageous effects over the prior art Technology is achieved when the metal particles have an ellipsoidal or spherical shape. This controls the diffusion of the activator metals and the barium emission more uniform in location and time. Oxide cathodes with a higher direct current load are obtained availability and lifespan.
Wenn die Metallpartikel eine nadelige Form haben, kann das dazu beitragen, die Diffusion der Aktivatormetalle während des gesamten Lebensdauer der Oxidkathode gleichmäßig zu halten.If the metal particles have an acicular shape, this can help diffusion the activator metals evenly throughout the life of the oxide cathode hold.
Der mittlere Partikeldurchmesser der Metallpartikel beträgt vorzugsweise 0.2 bis 5.0 µm.The average particle diameter of the metal particles is preferably 0.2 to 5.0 μm.
Es kann auch bevorzugt sein, dass die Metallpartikel in dem Partikel-Partikel-Verbund werkstoff orientiert eingebettet sind, insbesondere, dass die Metallpartikel in dem Partikel- Partikel-Verbundwerkstoff vertikal zur Kathodenbasis-Oberfläche einbettet sind.It can also be preferred that the metal particles in the particle-particle composite are embedded in a material-oriented manner, in particular that the metal particles in the particle Particle composite are embedded vertically to the cathode base surface.
Es ist auch möglich, dass die Metallpartikel in dem Partikel-Partikel-Verbundwerkstoff mit einem Konzentrationsgradienten einbettet sind.It is also possible for the metal particles to be present in the particle-particle composite are embedded in a concentration gradient.
Die Erfindung betrifft auch eine Oxidkathode, die einen Kathodenträger mit einer Katho denbasis aus einem ersten Kathodenmetall und eine Kathodenbeschichtung aus einem elektronenemittierenden Material, das einen Partikel-Partikel-Verbundwerkstoff aus Oxidpartikeln und Metallpartikeln enthält, wobei die Oxidpartikel ein Oxid ausgewählt aus den Oxiden des Scandiums, Yttriums und der Lanthanoiden Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium; und ein Erdalkalioxid ausgewählt aus der Gruppe der Oxide des Calciums, Strontiums und Bariums, und die Metallpartikel ein zweites Katho denmetall ausgewählt aus der Gruppe Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh und Pt enthalten, umfasst.The invention also relates to an oxide cathode which has a cathode support with a catho the base of a first cathode metal and a cathode coating of one electron-emissive material made from a particle-particle composite Contains oxide particles and metal particles, wherein the oxide particles selected an oxide from the oxides of scandium, yttrium and the lanthanoids cerium, praseodymium, Neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, Thulium, ytterbium and lutetium; and an alkaline earth oxide selected from the group of Oxides of calcium, strontium and barium, and the metal particles a second catho the metal selected from the group Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh and Pt included.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einer Figur und drei Ausführungsbeispielen weiter erläutert.The invention is illustrated below with the aid of a figure and three exemplary embodiments explained further.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine Ausführungsform der Oxid kathode nach der Erfindung. Fig. 1 shows a schematic cross section through an embodiment of the oxide cathode according to the invention.
Eine Kathodenstrahlröhre ist mit einem Elektronenstrahlerzeugungssystem ausgestattet, das üblicherweise eine Anordnung mit einer oder mehreren Oxidkathoden enthält.A cathode ray tube is equipped with an electron gun that usually contains an arrangement with one or more oxide cathodes.
Eine Oxidkathode nach der Erfindung umfasst einen Kathodenträger mit einer Kathoden basis und einer Kathodenbeschichtung. Der Kathodenträger enthält die Heizung und die Basis für die Kathodenbeschichtung. Als Kathodenträger können die aus dem Stand der Technik bekannten Konstruktionen und Materialien verwendet werden.An oxide cathode according to the invention comprises a cathode support with a cathode base and a cathode coating. The cathode support contains the heater and the Basis for the cathode coating. As a cathode support from the prior art Technology known constructions and materials are used.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung besteht die Oxidkathode aus einen Kathodenträger, d. h. einem zylindrischen Röhrchen 3, in das der Heizdraht 4 ein gesetzt ist, aus einer Kappe 2, die die Kathodenbasis bildet und aus einer Kathoden beschichtung 1, die den eigentlichen Kathodenkörper darstellt.In the embodiment of the invention shown in Fig. 1, the oxide cathode consists of a cathode support, ie a cylindrical tube 3 , in which the heating wire 4 is inserted, from a cap 2 which forms the cathode base and from a cathode coating 1 which the represents the actual cathode body.
Das Material der Kathodenbasis ist ein Metall ausgewählt aus der Gruppe Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh und Pt. Üblicherweise wird eine Nickellegierung verwendet. Die Nickellegierungen für die Basis der erfindungsgemäßen Oxidkathoden können aus Nickel mit einem Legie rungsanteil aus einem reduzierend wirkenden Aktivatorelement, ausgewählt aus der Gruppe Magnesium, Mangan, Eisen, Silicium, Wolfram, Molybdän, Chrom, Titan, Hafnium, Zirkon und Aluminium bestehen. Nachdem auch die Kathodenbeschichtung auch Aktivatorelemente enthält, kann die Menge an Aktivatorelementen in dem Material der Kathodenbasis niedrig gehalten werden. Ein Legierungsanteil von 0.05 bis 0.8% Aktivatormetall in dem Material für die Kathodenbasis ist bevorzugt.The material of the cathode base is a metal selected from the group Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh and Pt. A nickel alloy is usually used. The nickel alloys for the base of the oxide cathodes according to the invention can be made of nickel with an alloy portion of a reducing activator element, selected from the Group magnesium, manganese, iron, silicon, tungsten, molybdenum, chromium, titanium, Hafnium, zircon and aluminum are made. After the cathode coating also contains activator elements, the amount of activator elements in the material the cathode base are kept low. An alloy share of 0.05 to 0.8% Activator metal in the cathode base material is preferred.
Der Kathodenbeschichtung enthält ein elektronenemittierendes Material, das aus einem Partikel-Partikel-Verbundwerkstoff besteht. Die Hauptkomponente des Partikel-Partikel- Verbundwerkstoffs in dem elektronenemittierenden Material sind Oxidpartikel 6, die ein Oxid ausgewählt aus den Oxiden des Scandiums, Yttriums und der Lanthanoiden Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium; und ein Erdalkalioxid ausgewählt aus der Gruppe der Oxide des Calciums, Strontiums und Bariums enthalten.The cathode coating contains an electron-emissive material that consists of a particle-particle composite. The main component of the particle-particle composite material in the electron-emitting material are oxide particles 6 , which are an oxide selected from the oxides of scandium, yttrium and the lanthanoids cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, Thulium, ytterbium and lutetium; and an alkaline earth oxide selected from the group of oxides of calcium, strontium and barium.
Die Oxidpartikel können Oxidpartikel mit Oxiden der Erdalkalimetall, die den Oxiden des Scandiums, Yttriums und der Lanthanoiden Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Euro pium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium dotiert sind, enthalten.The oxide particles can oxide particles with oxides of the alkaline earth metal, which the oxides of Scandiums, yttriums and the lanthanoids cerium, praseodymium, neodymium, samarium, euro pium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and Lutetium are included.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthalten die Oxidpartikel Oxidparti kel mit Oxiden der Erdalkalimetall, und Oxidpartikel mit den Oxiden des Scandiums, Yttriums und der Lanthanoiden Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium.According to another embodiment of the invention, the oxide particles contain oxide particles kel with oxides of alkaline earth metal, and oxide particles with the oxides of scandium, Yttrium and the lanthanoid cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, Gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and Lutetium.
Als Erdalkalioxid ist Bariumoxid, zusammen mit Calciumoxid oder/und Strontiumoxid bevorzugt. Die Erdalkalioxide werden als ein physikalisches Gemenge von Erdalkalioxiden oder als binäre oder ternäre Mischkristalle der Erdalkalimetalloxide verwendet. Bevorzugt ist ein ternäres Erdalkalimischkristalloxid aus Bariumoxid, Strontiumoxid und Calcium oxid oder ein binäres Gemisch aus Bariumoxid und Calciumoxid.The alkaline earth oxide is barium oxide, together with calcium oxide and / or strontium oxide prefers. The alkaline earth oxides are considered a physical batch of alkaline earth oxides or used as binary or ternary mixed crystals of the alkaline earth metal oxides. Prefers is a ternary alkaline earth mixed crystal oxide made of barium oxide, strontium oxide and calcium oxide or a binary mixture of barium oxide and calcium oxide.
Das Erdalkalioxid kann eine Dotierung aus einem Oxid ausgewählt aus den Oxiden des Scandiums, Yttriums und der Lanthanoiden Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Euro pium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium; , z. B. in einer Menge von 10 bis maximal 1000 ppm, enthalten. Die Ionen des Scandiums, Yttriums und der Lanthanoiden besetzen Gitterplätze oder Zwischengitter plätze im Kristallgitter der Erdalkalimetalloxide. Bevorzugt wird Yttrium als Dotierung verwendet. Man erhält die dotierten Oxide durch Copräcipitation.The alkaline earth oxide can be doped from an oxide selected from the oxides of the Scandiums, yttriums and the lanthanoids cerium, praseodymium, neodymium, samarium, euro pium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and Lutetium; , e.g. B. in an amount of 10 to a maximum of 1000 ppm. The ions of the Scandiums, yttriums and the lanthanoids occupy lattice sites or intermediate lattices places in the crystal lattice of the alkaline earth metal oxides. Yttrium is preferred as doping used. The doped oxides are obtained by coprecipitation.
Andererseits können Oxidpartikel der Erdalkalioxide und Oxidpartikel der Oxide des Scandiums, Yttriums und der Lanthanoiden Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Euro pium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium; auch separat hergestellt werden und als physikalisches Gemenge verwendet werden.On the other hand, oxide particles of the alkaline earth oxides and oxide particles of the oxides of the Scandiums, yttriums and the lanthanoids cerium, praseodymium, neodymium, samarium, euro pium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and Lutetium; can also be produced separately and used as a physical batch become.
Der Partikel-Partikel-Verbundwerkstoff des elektronenemittierenden Materials enthält als zweite Komponente Metallpartikel 5, die das zweite Kathodenmetall enthalten. Das Mate rial für die zweite Komponente ist eine Legierung aus einem zweiten Kathodenmetall ausgewählt aus der Gruppe Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh und Pt mit einem Aktivatormetall, ausgewählt aus der Gruppe Mg, Mn, Fe, Si, W, Mo, Cr, Ti, Hf, Zr, Al.The particle-particle composite material of the electron-emitting material contains as a second component metal particles 5 which contain the second cathode metal. The material for the second component is an alloy of a second cathode metal selected from the group Ni, Co, Ir, Re, Pd, Rh and Pt with an activator metal selected from the group Mg, Mn, Fe, Si, W, Mo , Cr, Ti, Hf, Zr, Al.
Für den Partikel-Partikel-Verbundwerkstoff der vorliegenden Erfindung können bevorzugt Metallpartikel mit einer kugeligen oder ellipsoidalen Kornform verwendet werden. Der mittlere Korndurchmesser beträgt bevorzugt 0.2 bis 5 µm. Es ist auch möglich, nadelför mige Metallpartikel mit einem maximalen Korndurchmesser von 10 bis 15 µm zu ver wenden. Derartige nadelförmige Partikel können durch geeignete Abscheideverfahren vertikal zu der Kathodenbasis ausgerichtet werden.Preferred for the particle-particle composite of the present invention Metal particles with a spherical or ellipsoidal grain shape can be used. The average grain diameter is preferably 0.2 to 5 microns. It is also possible to needles metal particles with a maximum grain diameter of 10 to 15 µm turn. Such acicular particles can be separated by a suitable method be aligned vertically to the cathode base.
Für Partikel mit einem kleinen Korndurchmesser sind die langsam diffundierenden Akti vatormetalle wie Mo und W in einer Konzentration von 2 bis 10 Gew.-% in der Legierung besonders geeignet. Umgekehrt eignen sich für Partikel mit größerem Korndurchmesser die schneller diffundierenden Aktivatormetalle wie Zr und Mg.For particles with a small grain diameter, the slowly diffusing stocks are vator metals such as Mo and W in a concentration of 2 to 10 wt .-% in the alloy particularly suitable. Conversely, they are suitable for particles with a larger grain diameter the faster diffusing activator metals such as Zr and Mg.
Zur Herstellung der Rohmasse für die Kathodenbeschichtung werden die Carbonate der Erdalkalimetalle Calcium, Strontium und Barium miteinander gemahlen und gemischt. Typischerweise beträgt das Gewichtsverhältnis von Calciumcarbonat : Strontiumcarbonat : Bariumcarbonat : Zirkon gleich 25,2 : 31,5 : 40,3 : 3 oder 1 : 1.25 : 6 oder 1 : 12 : 22 oder 1 : 1.5 : 2.5 oder 1 : 4 : 6. Den Carbonaten werden ein oder mehrere Oxide des Scandiums, Yttriums und der Lanthanoiden Cer, Praseodym, Neodym, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium; zugesetzt. Bevorzugt wird Y2O3 in einer Menge von 130 ppm zugefügt.To produce the raw material for the cathode coating, the carbonates of the alkaline earth metals calcium, strontium and barium are ground and mixed with one another. Typically, the weight ratio of calcium carbonate: strontium carbonate: barium carbonate: zirconium is 25.2: 31.5: 40.3: 3 or 1: 1.25: 6 or 1: 12: 22 or 1: 1.5: 2.5 or 1: 4: 6 The carbonates are one or more oxides of scandium, yttrium and the lanthanides cerium, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium and lutetium; added. Y 2 O 3 is preferably added in an amount of 130 ppm.
Carbonate, Oxide und Metallpartikel werden zur Rohmasse gemischt. Der Rohmasse kann noch eine Bindemittelzubereitung zugesetzt werden. Die Bindemittelzubereitung kann als Lösungsmittel Wasser Ethanol Ethylnitrat, Ethylacetat, oder Diethylacetat enthalten.Carbonates, oxides and metal particles are mixed to the raw mass. The raw mass can a binder preparation can be added. The binder preparation can be used as Solvent water ethanol containing ethyl nitrate, ethyl acetate, or diethyl acetate.
Die Rohmasse für die Kathodenbeschichtung wird dann durch Pinseln, Tauchen, kataphoretische Abscheidung oder Sprühen auf die Kathodenbasis aufgebracht.The raw material for the cathode coating is then brushed, dipped, cataphoretic deposition or spraying applied to the cathode base.
Die Dicke der Kathodenbeschichtung beträgt bevorzugt 30 bis 80 µm.The thickness of the cathode coating is preferably 30 to 80 μm.
Die beschichteten Oxidkathoden werden in die Kathodenstrahlröhre eingebaut. Während des Evakuierens der Kathodenstrahlröhre werden die Kathoden formiert. Dazu werden sie auf eine Temperatur von 1000°C bis 1200°C erhitzt. Bei dieser Temperatur werden die Erdalkalicarbonate zu den Erdalkalioxiden unter Freisetzung von CO und CO2 umgesetzt und bilden dann einen porösen Sinterkörper. Nach diesem "Abbrennen" der Kathoden erfolgt die Aktivierung, die den Zweck hat, überschüssiges, in die Oxide eingelagertes, elementares Erdalkalimetall zu liefern. Das überschüssige Erdalkalimetall entsteht durch Reduktion von Erdalkalimetalloxid. Bei der eigentlichen Reduktionsaktivierung wird das Erdalkalioxid durch das freigesetzte CO oder Aktivatormetall reduziert. Hinzu kommt eine Stromaktivierung, die die Bildung des erforderliche freien Erdalkalimetall durch elektro lytische Vorgänge bei hohen Temperaturen erzeugt.The coated oxide cathodes are installed in the cathode ray tube. The cathodes are formed while the cathode ray tube is being evacuated. To do this, they are heated to a temperature of 1000 ° C to 1200 ° C. At this temperature, the alkaline earth carbonates are converted to the alkaline earth oxides with the release of CO and CO 2 and then form a porous sintered body. After this "burning off" of the cathodes, the activation takes place, the purpose of which is to supply excess elemental alkaline earth metal embedded in the oxides. The excess alkaline earth metal arises from the reduction of alkaline earth metal oxide. During the actual reduction activation, the alkaline earth oxide is reduced by the released CO or activator metal. In addition, there is a current activation, which generates the formation of the required free alkaline earth metal through electro lytic processes at high temperatures.
Das fertig formierte, elektronenemittierende Material kann bevorzugt 1 bis 5 Gew.-% Metallpartikel enthalten.The fully formed, electron-emitting material can preferably 1 to 5 wt .-% Contain metal particles.
Wie in Fig. 1 gezeigt, weist eine Kathode für eine Kathodenröhre gemäß einer ersten Aus führungsform der Erfindung eine kappenförmige Kathodenbasis, die aus einer Legierung von Nickel mit 0.12 Gew.-% Mg, 0.06 Gew.-% Al und 2.0 Gew.-% W besteht, auf. Die Kathodenbasis befindet sich am oberen Ende eines zylindrischen Kathodenträgers (Muffe), in der die Heizung montiert ist.As shown in Fig. 1, a cathode for a cathode tube according to a first embodiment of the invention has a cap-shaped cathode base made of an alloy of nickel with 0.12% by weight of Mg, 0.06% by weight of Al and 2.0% by weight W insists. The cathode base is located at the upper end of a cylindrical cathode support (sleeve) in which the heater is mounted.
Die Kathode weist auf der Oberseite der Kathodenbasis eine Kathodenbeschichtung auf. Um die Kathodenbeschichtung zu bilden, wird die Kathodenbasis zunächst gereinigt. Dann werden eine 2.0 Gew.-% Metallpartikel und 98 Gew.-% Pulver einer Ausgangs verbindung für die Oxidpartikel mit 130 ppm Yttriumoxid in einer Lösung aus Ethanol, Butylacetat und Nitrocellulose suspendiert.The cathode has a cathode coating on the top of the cathode base. To form the cathode coating, the cathode base is first cleaned. Then a 2.0 wt .-% metal particles and 98 wt .-% powder of an output compound for the oxide particles with 130 ppm yttrium oxide in a solution of ethanol, Butyl acetate and nitrocellulose suspended.
Die Metallpartikel bestehen aus einer Legierung von Nickel mit 0.02 Gew.-% Al, 3.0 Gew.-% W und 6.0 Gew.-% Mo. Die Metallpartikel haben eine nadelige Kornform mit einer mittleren Nadellänge von 3 ± 2 µm. Das Pulver mit den Ausgangsverbindungen für die Oxidpartikel besteht aus Barium-Strontium-Carbonat mit 130 ppm Yttriumoxid. Diese Suspension wird auf die Kathodenbasis aufgesprüht.The metal particles consist of an alloy of nickel with 0.02% by weight Al, 3.0% by weight W and 6.0% by weight Mo. The metal particles have an acicular grain shape with an average needle length of 3 ± 2 µm. The powder with the starting compounds for the oxide particles consists of barium strontium carbonate with 130 ppm yttrium oxide. This suspension is sprayed onto the cathode base.
Die Schicht wird bei einer Temperatur von 650 bis 1100°C formiert, um die Legierung und Diffusion zwischen dem Kathodenmetall der Metallbasis und den Metallpartikeln zu bewirken.The layer is formed at a temperature of 650 to 1100 ° C to the alloy and diffusion between the cathode metal of the metal base and the metal particles cause.
Die so gebildete Kathode hat eine Gleichstrombelastbarkeit von 4 A/cm2 bei einer Lebens dauer von 20 000 h und einen Röhreninnendruck von 2.10-9 bar.The cathode thus formed has a DC current carrying capacity of 4 A / cm 2 with a service life of 20,000 h and an internal tube pressure of 2.10 -9 bar.
Wie in Fig. 1 gezeigt, weist eine Kathode für eine Kathodenröhre gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung eine kappenförmige Kathodenbasis, die aus einer Legie rung von Nickel mit 0.03 Gew.-% Mg, 0.02 Gew.-% Al und 1.0 Gew.-% W besteht, auf, wobei sich die Kathodenbasis am oberen Ende eines zylindrischen Kathodenträgers (Muffe), in der die Heizung montiert ist, befindet. Die Kathode weist auf der Oberseite der Kathodenbasis eine Kathodenbeschichtung auf. As shown in FIG. 1, a cathode for a cathode tube according to a second embodiment of the invention has a cap-shaped cathode base which is made of an alloy of nickel with 0.03% by weight of Mg, 0.02% by weight of Al and 1.0% by weight W exists, with the cathode base at the top of a cylindrical cathode support (sleeve) in which the heater is mounted. The cathode has a cathode coating on the top of the cathode base.
Um die Kathodenbeschichtung zu bilden, wird die Kathodenbasis zunächst gereinigt. Dann werden eine Mischung von 2.5 Gew.-% Metallpartikel und 96 Gew.-% Pulver von Ausgangsverbindungen für die Oxide in einer Lösung aus Ethanol, Butylacetat und Nitrocellulose suspendiert.To form the cathode coating, the cathode base is first cleaned. Then a mixture of 2.5 wt .-% metal particles and 96 wt .-% powder of Starting compounds for the oxides in a solution of ethanol, butyl acetate and Nitrocellulose suspended.
Die Metallpartikel bestehen aus einer Legierung von Nickel mit 5.0 Gew.-% W, 0.01 Gew.-% Mg und 0.01 Gew.-% Si. Die Metallpartikel haben eine runde bis ellipsoi dale Kornform mit einer mittleren Korngröße von 3 ± 2 µm. Das Pulver mit den Aus gangsverbindungen für die Oxide besteht aus Barium-Strontium-Calcium-Carbonat im Gewichtsverhältnis 22 : 12 : 1. mit 120 ppm Y2O3. Diese Suspension wird auf die Katho denbasis aufgesprüht. Die Schicht wird bei einer Temperatur von 650 bis 1100°C formiert, um die Legierung und Diffusion zwischen dem Kathodenmetall der Metallbasis und den Metallpartikeln zu bewirken.The metal particles consist of an alloy of nickel with 5.0% by weight W, 0.01% by weight Mg and 0.01% by weight Si. The metal particles have a round to ellipsoidal grain shape with an average grain size of 3 ± 2 µm. The powder with the starting compounds for the oxides consists of barium strontium calcium carbonate in a weight ratio of 22: 12: 1 with 120 ppm Y 2 O 3 . This suspension is sprayed onto the cathode base. The layer is formed at a temperature of 650 to 1100 ° C to effect alloying and diffusion between the cathode metal of the metal base and the metal particles.
Die so gebildete Kathode hat eine Gleichstrombelastbarkeit von 4 A/cm2 bei einer Lebens dauer von 20 000 h und einen Röhreninnendruck von 2.10-9 bar.The cathode thus formed has a DC current carrying capacity of 4 A / cm 2 with a service life of 20,000 h and an internal tube pressure of 2.10 -9 bar.
Wie in Fig. 1 gezeigt, weist eine Kathode für eine Kathodenröhre gemäß einer dritten Aus führungsform der Erfindung eine kappenförmige Kathodenbasis, die aus einer Legierung von Nickel mit 0.03 Gew.-% Mg, 0.02 Gew.-% Al und 1.0 Gew.-% W besteht, auf, wobei sich die Kathodenbasis am oberen Ende eines zylindrischen Kathodenträgers (Muffe), in der die Heizung montiert ist, befindet. Die Kathode weist auf der Oberseite der Kathodenbasis eine Kathodenbeschichtung auf.As shown in Fig. 1, a cathode for a cathode tube according to a third embodiment of the invention has a cap-shaped cathode base made of an alloy of nickel with 0.03% by weight of Mg, 0.02% by weight of Al and 1.0% by weight W exists, with the cathode base at the top of a cylindrical cathode support (sleeve) in which the heater is mounted. The cathode has a cathode coating on the top of the cathode base.
Um die Kathodenbeschichtung zu bilden, wird die Kathodenbasis zunächst gereinigt. Dann werden eine Mischung aus 2.5 Gew.-% Metallpartikel und 96 Gew.-% Pulver von Ausgangsverbindungen für die Oxidpartikeln in einer Lösung aus Ethanol, Butylacetat und Nitrocellulose suspendiert.To form the cathode coating, the cathode base is first cleaned. Then a mixture of 2.5 wt .-% metal particles and 96 wt .-% powder of Starting compounds for the oxide particles in a solution of ethanol, butyl acetate and Nitrocellulose suspended.
Die Metallpartikel bestehen aus Nickel. Die Metallpartikel haben eine nadelige Kornform mit einer mittleren Nadellänge von 3 ± 2 µm. Das Pulver mit den Ausgangsverbindungen für die Oxidpartikel besteht aus Barium-Strontium-Calcium-Carbonat im Gewichtsver hältnis 2.25 : 1.5 : 1., die 60 ppm Y2O3 enthält. Diese Suspension wird auf die Kathodenbasis aufgesprüht. Die Schicht wird bei einer Temperatur von 650 bis 1100°C formiert, um die Legierung und Diffusion zwischen dem Kathodenmetall der Metallbasis und den Metall partikeln zu bewirken.The metal particles are made of nickel. The metal particles have a needle-like grain shape with an average needle length of 3 ± 2 µm. The powder with the starting compounds for the oxide particles consists of barium strontium calcium carbonate in a weight ratio of 2.25: 1.5: 1, which contains 60 ppm Y 2 O 3 . This suspension is sprayed onto the cathode base. The layer is formed at a temperature of 650 to 1100 ° C to effect alloying and diffusion between the cathode metal of the metal base and the metal particles.
Die so gebildete Kathode hat eine Gleichstrombelastbarkeit von 4 A/cm2 bei einer Lebens dauer von 20 000 h und einen Röhreninnendnick von 2.10-9 bar.The cathode formed in this way has a DC current carrying capacity of 4 A / cm 2 with a service life of 20,000 h and an internal tube thickness of 2.10 -9 bar.
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