191207. lajstromszámú szabadalom • Szinterezett katód, előnyösen gázkisülési csövekhez
191207 A találmány tárgya elektronokat emittáló katódok főként gázkisülési csövekhez. A találmány szerinti katód alkalmazható gázkisülési csövekben, kisülési edényekben, valamint különböző katódsugár csövekben. Közismert a felületére felhordott cézium-vékonyréteggel ellátott volfrámkatód (lásd például L.N. Dobrecsov és M.V. Gomoyunovy: „Emissziós elektronika”, Nauka Kiadó, Moszkva 1966, 195. oldal). Az említett katód kilépési munkája viszonylag magas, azaz mintegy 1,36 eV 600 °C-os katódhőmérsékleten, és ennek megfelelően kicsi az emittáló képessége: az említett hőmérsékleten nem nagyobb 0,1 mA/cm2-nél. Ezenkívül a katód emissziós stabilitása elégtelen, különösen intenzív ionbombázás feltételei mellett, amely a céziumvékonyréteg felületét tönkreteszi. Ezért azok a gázkisülési csövek, különösen a villanócsövek, amelyekben ezt a katódot alkalmazzák, nagy gyújtófeszültséggel működnek, élettartamuk rövid. Hátrány továbbá, hogy a katód előállítása során a cézium nehezen adagolható. Pontos adagolása azért szükséges, mert a katód emittáló képessége a felületén lévő cézium mennyiségétől függ. A cézium adagolásból adódó nehézségek az ilyen katódok alkalmazását hátrányosan befolyásolják. Sokkal egyszerűbb a katódok előállítása szinterezéssel. Az ismert katódok között különösen nagy emittáló képességűek azok, amelyeknek aktív emittáló anyaga céziumvegyület. Ennek megfelelően az ilyen katódokkal ellátott gázkisülési csövek gyűjtófeszültsége kis értékű. Ismertek továbbá a szinterezéssel előállított katódok. A katód valamilyen magas olvadáspontú fémet, például molibdént, volfrámot, tantált, niobiumot vagy a felsoroltak elegyeit, valamilyen gázabszorbeáló fémet és a szinterezés folyamatát elősegítő adalékanyagot tartalmaz; a szinterezett testen emissziósán aktív anyagból, például cézium-karbonátból vagy cézium-kromátból réteget alakítanak ki. A gázt abszorbeáló fémként titánt, cirkóniumot, vanádiumot, hafniumot alkalmaznak, vagy pedig ezek elegyét. A szinterezési folyamatot javító kiegészítő anyagként alumínium-oxidot vagy szilicium-oxidot alkalmaznak. A fentnevezett katóddal felszerelt gázkisülési cső kezdeti gyújtófeszültsége 150—190 V (a színteret alkotó komponensektől függően) és 10 000 villanás után 155—200 V a gyújtófeszültsége; a katód elporladása gyakorlatilag nem mutatható ki. ismeretes szinterezéssel előállított olyan katód is, amely magas olvadáspontú fémet vagy ilyen fémek elegyét és aktív emittáló anyagot tartalmaz. Az ilyen katódnak a színtérben lévő aktív emittáló anyaga báriumot tartalmaz, a színtér pórusai pedig egy másik, aktív emittáló anyagot tartalmaznak, diszpergált állapotban. Az utóbb említett anyag a Cs2M04 képletnek felel meg, ahol M magas olvadáspontú fémet jelent, éspedig átmeneti nehézfémet a periódusos rendszer IV., V. vagy VI. csoportjából; például cirkóniumot, volfrámot, tantált, molibdént. Ismert olyan gázkisülési cső is, amelynél az ionizálható gázzal töltött búrában két, egymástól meghatározott távolságra lévő elektródát helyeztek el. Ezek közül az egyik a fenti kivitelezésű katód. Ilyen katód van például azon az 5 mm belső átmérőjű, 125 Torr nyomású, xenonnal töltött csőben, amelyo ben a két elektródát 37 mm távolságra helyezték el egymástól; a cső gyújtófeszültsége 190 V, ha az indító-impulzusfeszültség 4.5 kV; és 132 V, ha az indító-impulzusfeszültség 9,0 kV. Egy hasonló, 20 mm-es elektródatávolságú (anód-katód), 2,5 mm belső átmérőjű, 520 Torr nyomású xenonnal töltött, 11,5 J villanási energiájú cső gyújtófeszültsége 176 V, ha az indító-impulzusfeszültség 3,3 kV. Ebben az esetben a gyújtófeszültség 1500 villanás után az eredeti szinten marad. A fentnevezett katód céziumvegyületet tartalmaz, amely a cső működése közben reakcióba lép a színtérben lévő fémmel. Eközben szabad állapotú cézium keletkezik, amely csökkenti a katód kilépési munkáját, ezért annak emittáló képessége nő. A cső működése közben a katód felületéről szüntelenül párolog a cézium, az ionokkal való bombázás alatt különösen nagymértékben. Az elpárolgó céziumot azok a katód térfogatából kijutó céziumatomok pótolják, amelyek az említett reakció során keletkeznek. Ezáltal a katód céziumtartalma, és ezért emittáló képessége is egyre csökken. Ennek következménye az, hogy a gázkisülési cső gyújtófeszültsége nő, élettartama pedig csökken. A találmány feladata olyan katód kifejlesztése volt, amelynek szintere olyan összetételű, hogy hosszabb üzemelés alatt is biztosítja a katód magas emittáló képességét — ionokkal való bombázás esetén is. A cső élettartama nagyobb, gyújtófeszültsége kisebb legyen. Ezt a feladatot úgy oldottuk meg, hogy olyan szinterezett katódot állítottunk elő, amely tartalmaz: magas olvadáspontú fémet, vagy ilyen fémek elegyét és a találmány szerinti aktív emissziós anyagot, amely cézium-alumínium-szilikát vagy rubidium-alumínium-szilikát. A színtér tartalmazhat 0,5—25 tömegszázalék céziumalumínium-szilikátot vagy rubidium-alumínium-szilikátot, a maradék rész pedig magas olvadáspontú fémet vagy ilyen fémek elegyét. Ezáltal a katód emittáló képessége elegendően magas lesz és stabil marad hosszabb ideig tartó üzemben, intenzív ionbombázás alatt is. Nagy emittáló képesség elérésére célszerűen a céziumalumínium-szilikát vagy a rubidium-alumínium-szilikát az alábbi összetételű: xM2 0.yAl2 03 .zSi02 ■ Itt az M Cs-t vagy Rb-t jelent, x értéke 1—3-ig, y-é 1—2-ig, z-é 1—6-ig terjed. Különösen nagy emittáló képesség eléréséhez célszerű, ha a katód színtere 85 tömegszázalék nikkelt és 15 tömegszázalék Cs20.Al203.2Si02 összetételű cézium-alumínium-szilikátot tartalmaz. Az a katód, amely olcsóbb aktív emittáló anyagot tartalmaz, célszerűen úgy lehet nagy emittáló képességű, ha a színtér 85 tömegszázalék nikkelt és 15 tömegszázalék Rb2O.AI203.2Sio2 összetételű rubidium-aluminium-szilikátot tartalmaz. A nagyteljesítményű gázkisülési csöveknek szánt katód célszerűen úgy tehető nagy emittáló képességűvé, ha a színtér 90 tömegszázalék tantált és 10 tömegszázalék Cs2 O.Al2 03 .2Sí02 összetételű cézium-alumínium-szilikátot tartalmaz. Az a katód, amely ellenálló kell legyen az ionokkal történő bombázás hatásának és nagy emittáló képessége kell legyen, színterében célszerűen 90 tömegszázalék mennyiségben cirkóniumot és niobiumot tartalmaz 1:1 tömegarányban és 10 tömegszázalék mennyiségben Cs2O.Al203.2Sí02 összetételű cézium-alumínium-szilikátot. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
