169833. lajstromszámú szabadalom • Izzókatód elektroncsövek számára és eljárás annak előállítására
3 169833 4 ugyanakkora emisszióhoz szükséges fűtőteljesítmény, mintegy 2,7-es faktorral növekedett a maximális emiszszió, és 4—5-szörösére növekedett az ugyanazon üzemi hőmérséklethez tartozó emisszió. Az üzemi hőmérséklet felső határa most csak kb. 1800 K° a molibdén alacsonyabb olvadáspontja miatt, azonban a felsorolt paraméterek tekintetében még így is jelentős előrehaladást értünk el. Az a körülmény, hogy a találmány szerinti széntartalmú redukálószert tartalmazó lantánkatód a tóriumozott katódhoz képest alacsonyabb üzemi és aktiválási hőmérséklettel rendelkezik, lehetővé teszi a molibdén hordozó anyagként, illetve a redukálószerben karbidképző fémként való felhasználását. A molibdén nemcsak nagyobb emittálóképességet, hanem a wolframhoz képest könnyebb alakíthatóságot is biztosít. Ez a katód előállítás mechanikai technológiájában is nagy könnyítést jelent. Különösen előnyösen állíthatjuk elő a katódtestet nagyhőmérsékletű és nyomású szín-tereléssel, ahol az elméleti sűrűség 90%-át meghaladó tömörítést is elérhetünk, és ez megfelelő, kedvező mechanikai tulajdonságokat biztosít az emissziós mechanizmus károsodása nélkül. Drótalakú és lemezalakú katódtesteket is készíthetünk az extruderes, hengerlési vagy hasonló szokásos módszerekkel. A leírt katód emissziós mechanizmusa azon alapul, hogy a redukálószer hatására a lantánoxid a katódfelület közelében kiredukálódik, és a katód felületén egy vékony, egyatomos nagy emisszió képességgel rendelkező réteget alkot. Az elgőzölgés következtében eltávozó lantán úgy pótlódik, hogy a katód belsejéből lantánoxid diffundál ki a katód felületére, és ott redukálódik. Úgy tapasztaltuk, hogy a katód élettartam szempontjából legelőnyösebb a karbid segítségével történő redukciós folyamat, mert ezáltal egyenletesen és csak alig csökken az emisszió. A diffúziós mechanizmus is részt vesz a lantán utánpótlás biztosításában. A nagy szemcsehatárfelület szemcsetérfogat viszonnyal rendelkező finomszemcsés szerkezet különösen előnyösnek bizonyult, amiből arra következtethetünk, hogy a szemcsefelületeken végbemenő diffúzió előnyösebb a lassú térfogatdiffúziónál. Az előállítást ezért célszerű por alakú hordozó- és aktívkomponensek redukciójával végezni. A katód egy előnyös kiviteli alakjánál számításba vesszük az előbb említett adottságokat. Ezért a katód külső tartományában a katód belsejéhez képest nagyobb redukálószerkoncentrációt állítunk be. Bár a széntartalmú redukálószerben az elemi szén a tulajdonképpeni ható anyag, mégis a karbidreakció bizonyult különösen előnyösnek. Ennek megfelelően a katódot célszerűen úgy építjük fel, hogy a magas olvadáspontú fém a katód keresztmetszetében lényegében egyenletesen legyen elosztva, míg a katód felületi rétegében legalább egy magas olvadáspontú fém karbid alakjában legyen jelen. Ezért katódelőállító eljárásként javasolhatjuk a lényegében homogén katódtest felületi karburálását. A katódtest előnyösen lantántartalmú aktív anyaggal egyenletesen szennyezett egy vagy több magas olvadáspontú fémből áll. Célszerű, ha külön intézkedéssel gondoskodunk arról, hogy különösen a megnövelt hőmérsékletű előállítási folyamatoknál, mindenekelőtt a karburálásnál és később az aktiválásnál, ne fordulhasson elő szemcsenövekedés. Előnyös szemcsenövekedés-gátló anyagoknak bizonyultak a kálium, az alumínium és/vagy a szilícium. A finomszemcsés szövet-szerkezet előállítása érdekében még az is célszerű, ha a porkohászati eljárásnál 5 legfeljebb 5 [J. átmérőjű szemcsés anyagokból indulunk ki. Különösen előnyös a közepes szemcsenagyságot 0,5—1 [x tartományban tartani. A találmányt a továbbiak során kiviteli példákra és rajzokra hivatkozva közelebbről bemutatjuk, a külön-10 böző diagrammok a Ge emissziós áramsűrűséget mutatják T üzemi hőmérséklet függvényében. Az első ábrán összehasonlításképpen egy szokásos tóriumozott wolframkatód emissziósgörbéje látható. \ A rendszeresen elérhető maximális emissziós áramsűrű-15 ség mintegy 3 A/cm2 , ami kb. 2100 K°-nál tapasztalható. Magasabb hőmérsékleten emisszió-csökkenés mutatkozik, amely egészen a tiszta wolfram görbéjéig tart. A találmány szerinti katód speciális kiviteli példáit a következőkben soroljuk fel: 1. példa A katódok előállításához 98%-nyi (5 \x szemcse-25 méretű) wolfram-port és 2%-nyi (99,99%-os tisztaságú) La2 0 3 port kevertünk össze. Az utóbbit előzőleg 800 C°on 30 percig szárazra izzítottuk. Ezt a porkeveréket egy grafitformában, vákuumban 1600 C°-on, 250 atü nyomáson 35 percig préseltük, és ezáltal 93% sűrűségű 30 próbadarabot állítottunk elő. Ebből a próbadarabból katód-lemezkéket vágtunk, amelyeket políroztunk, majd benzol-hidrogén keverékben karburáltunk. Az így előkészített katódlemezkék emisszióképességét 35 egy vákuum-síkdiódában vizsgáltuk. A 2. ábrán a mért emissziós áramsűrűséget láthatjuk a hőmérséklet függvényében. Ha a mért görbét az 1. ábra szerinti tóriumozott wolframkatód görbéjével hasonlítjuk össze, kiderül, hogy ugyanazon előírt emissziós értékek a lantános 40 wolfram katódnál 120—250°-kal alacsonyabb katódhőmérsékletnél észlelhetők, illetve, hogy a lantános wolfram emissziósűrűsége 1750 K°-nál négyszerese a tóríumos wolframkatódénak. A biztosan elérhető maximális emisszió 1900 K°-nál 4 A/cm2 . Az ehhez tartozó 45 fűtőteljesítményre vonatkoztatott elektronkibocsátás 170 mA/W, ami kereken kétszerese a tóriumos wolframkatód idevonatkozó értékének. Egy 1800 K°-os stabil üzemből kiinduló további felfűtésre a La—W-katód rövid ideig lényegesen nagyobb emissziót, például 50 1950 K°-nál kb. 10 percig 9—10 mA/cm2 -t produkál. 2. példa 55 98%-nyi Mo port (0,5 \x szemcseméret) és 2%-nyi (99,99% tisztaságú) La2 0 3 port mértünk össze. Az utóbbit az összekeverés előtt 30 percig 800 C°-on levegőn szárazra izzítottuk. Ezen porkeveréket egy grafitformában, vákuumban 1600 C°-on 250 atü nyomáson 60 35 percig préseltük és 93% sűrűségű próbatestet állítottunk elő. Ebből lemezkéket vágtunk, amelyeket políroztunk, és azután benzol-hidrogén keverékben karburáltunk. Az így előkészített katódlemezek emisszió képességét 65 is egy síkdiódában mértük. A 3. ábra ezen La2 0 3 -Mo 2
