[发明专利]电子束器件的阴极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子束器件的阴极材料及其制备方法，更具体地讲，本发明涉及一种用作各种真空电子束器件和阴极射线管的电子发射源的一种阴极材料，及其制备方法。

背景技术

阴极射线系统近来得到广泛的应用最主要是基于氧化物阴极发射系统间接地由灯丝加热。但是，因为这些系统的发射能力有极限，不能接受超过1安培/平方厘米(A/cm²)的电流密度。

再者，氧化物阴极很脆并且与将之固定的金属基体的黏附力很低，结果导致具有这种类型阴极的阴极射线系统的早期损坏。也就是说，只要彩色显象管的三个氧化物阴极之一被损坏时，则整个昂贵的系统将会发生故障。

为了克服这一缺陷，在阴极射线系统使用高效率的，没有上述问题的合金阴极的尝试已活跃地展开。

例如，已知以六硼化镧(LaB₆)为基础的金属阴极要比氧化物阴极更坚固，并且具有比氧化物阴极更好的发射能力。事实上，一种六硼化物的单晶阴极可以提供大约10A/cm²的高电流密度。然而，尽管以六硼化镧(LaB₆)为基础的阴极具有高的发射能力，但是因为使用寿命短，它们仅用于有限的阴极可更换的真空电子器件。以六硼化镧(LaB₆)为基础的阴极的使用寿命短是因为其对加热器的构成材料具有高的反应性引起的。也就是说，六硼化镧(LaB₆)与加热器的构成材料(如钨)相接触生成多个脆性的化合物。

美国专利4,137,476号公开了一种在六硼化镧(LaB₆)与加热器基体之间引入阻挡层以避免发生反应的阴极。然而根据该专利，很难实现改进阴极寿命的效果，因为制造这种阴极的成本明显地增加。

作为一种具有高的电子发射比密度的材料，铱和少量的铈族稀土金属(镧，铈，镨，钕，钐)的合金是早已熟知的(见S.E.Rozhkov等人，“铱和镧，铈，镨，钕，钐的合金的逸出功”，Journal of RadiotechnikaI electronika，1969，第14卷，第5号，第936页-等)。

但是，合金的特点是降低活性组分漂移到阴极表面的速度，这在阴极工作的期间会减缓，结果随时间增加逸出功快速升高，阴极发射性能下降而降低阴极抵抗离子轰击的能力。同样，因为其脆性，制造二元合金的阴极并不容易。再者，由于合金的熔点低，在技术上温度会偶尔和短期地跳升到工作水平之上，因此有可能会导致阴极的毁坏。因此，这种材料上述的缺陷使之不能适用于电子器件的长期和可靠的工作。

在USSR第616662号作者证书(发表于Bulletin of Information第27号，1978年)等中公开了一种含有铱，铈和铪三元合金的阴极材料。尽管这种材料具有优良的发射稳定性和高的可塑性，但它还是具有低的熔点，这使其不可能应用于需要高工作温度阴极的电子设施。

同样，在俄联邦专利2052855中公开了一种含有铱，镧或铈，钨和/或铼的合金阴极材料。根据这一专利，阴极的寿命可以通过在合金中的含有钨或铼来改进。但是，由于钨或铼是脆的，这使得阴极更脆因而使得制造阴极的过程变得复杂。其还降低了阴极的电子发射性能。

本发明的公开

为了解决上述问题，本发明的一个目标是提供一种具有优良的电子发射性能，延长寿命以及改进了机械性能的电子束器件的阴极材料。

因此，为了达到上述的目标，这里提供了一种电子束器件的阴极材料，该材料含有0.5到9.0％(重量)的铈族稀土金属，0.5到15.0％(重量)的钨和/或铼，0.5到10％(重量)的铪和剩余的是铱。

本发明的另一个目标是提供一种在化学成分和微结构上具有优良均一性，没有残余气体的阴极材料制备方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种制备阴极材料的方法，包括步骤(a)通过熔化铱和铈制备Ir₅Ce，(b)通过熔化铪和钨制备Hf₃W，以及(c)熔化步骤(a)和(b)所制备的Ir₅Ce和Hf₃W合金，用以制备四元合金锭。

附图简述

通过参考附图对本发明优选的实施方案进行详细描述，本发明的上述目标和优点将变得更为显而易见，其中：

图1A到1D显示了本发明的一个实施方案中的一种四元合金的扫描电子显微镜(SEM)图片以及合金中铈、钨、铪和铱的含量的各个曲线；