(57)【要約】  アルミナセラミックを主成分とする電気絶縁体、その絶縁体を製造する方法およびその絶縁体を含む真空管を提供する。本発明は、アルミナセラミックを主成分とする電気絶縁体、その絶縁体を製造する方法およびその絶縁体を含む真空管に関する。電気絶縁体は、真空管であって、それを通して荷電粒子ビームが流れる真空管の２つの電極を絶縁するものであり、絶縁体は、アルミナを主成分とするセラミックで形成される。本発明によれば、セラミックは、２重量％〜８重量％のガラス質相を含み、ガラス質相中に少なくとも１つの金属酸化物が電気絶縁体の面（２０）から拡散される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空管（１０）であって、それを通して荷電粒子ビーム（１６）が流れる真空管（１０）の少なくとも１つの電極（１２、１３）を絶縁する電気絶縁体（１４）であって、アルミナを主成分とするセラミックで形成される電気絶縁体（１４）において、前記セラミックは、多結晶材料で形成され、前記多結晶材料の境界間に２重量％〜８重量％のガラス質相が存在し、前記ガラス質相中に少なくとも１つの金属酸化物が前記絶縁体（１４）の面（２０）から拡散され、金属酸化物濃度は、前記面（２０）からの距離に応じて段階的に低下することを特徴とする電気絶縁体（１４）。
【請求項２】
前記面（２０）から、前記少なくとも１つの金属酸化物が拡散していない前記絶縁体の深さまで電気抵抗の連続的な変化および誘電率の連続的な変化を示すことを特徴とする、請求項１に記載の電気絶縁体。
【請求項３】
前記ガラス質相は、５重量％〜７重量％であることを特徴とする、請求項１または２に記載の電気絶縁体。
【請求項４】
前記ガラス質相は、二酸化ケイ素および酸化ジルコニウムによって形成される群からの少なくとも１つの元素を含む充填材と混合された１つ以上のアルカリ土類化合物を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気絶縁体。
【請求項５】
前記少なくとも１つの金属酸化物は、酸化クロムおよび酸化チタンを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気絶縁体。
【請求項６】
前記電気絶縁体（１４）は、管状の形状であることと、前記面（２０）であって、それから前記少なくとも１つの金属酸化物が拡散される前記面（２０）は、前記管状形状の内面であることとを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気絶縁体。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気絶縁体を製造する方法において、溶媒中に溶解している少なくとも１つの金属酸化物を前記絶縁体の前記面に堆積させる第１のステップ、それに続いて前記絶縁体を熱処理し、前記少なくとも１つの金属酸化物が前記セラミックの前記ガラス質相中に拡散することを可能にする第２のステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記第２のステップにおいて、還元雰囲気下の期間は、より酸化的な雰囲気下の期間に続いて用いられることを特徴とする、請求項６に記載の電気絶縁体を製造する方法。
【請求項９】
前記第２の熱処理ステップ前に、前記アルミナは、酸素に関して不足当量であることを特徴とする、請求項７に記載の電気絶縁体を製造する方法。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気絶縁体（１４）と、前記電気絶縁体（１４）によって絶縁された少なくとも１つの電極（１２、１３）とを含むことを特徴とする真空管。
【請求項１１】
前記電気絶縁体（１４）は、請求項７に記載の方法によって製造され、前記電気絶縁体（１４）は、前記少なくとも１つの電極（１２、１３）と電気的に接触する第１の金属部分（４２）によって部分的に覆われることと、堆積物（４１）は、前記第１の金属部分を部分的に覆うこととを特徴とする、請求項１０に記載の真空管。
【請求項１２】
前記電気絶縁体（１４）は、前記堆積物（４１）によって覆われる前記第１の金属部分（４２）の一部の上を含め、前記第１の金属部分（４２）の上に配置された第２の金属部分（４３）によって部分的に覆われることを特徴とする、請求項１１に記載の真空管。
【請求項１３】
Ｘ線発生器であることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の真空管。
【請求項１４】
高周波アンプであることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の真空管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミナセラミックを主成分とする電気絶縁体、その絶縁体を製造する方法およびその絶縁体を含む真空管に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空管は、電子ビーム、より一般的には真空中を移動する荷電粒子ビームを利用する多くの用途に用いられる。真空管は、高周波信号増幅またはＸ線生成の分野に用いられ得る。
【０００３】
真空管は、電子ビームを伝播させる複数の電極を含む。これらの電極は、例えば、アルミナを主成分とするセラミック製の電気絶縁体によって分離される。
【０００４】
特にＸ線発生管または真空管アンプで生じる第１の問題は、鏡像電荷、すなわち粒子ビームとは逆向きの電荷が、電荷のエネルギーに応じてアルミナの表面に蓄積されるかまたは表面から特定の深さまで埋め込まれることに関する。この蓄積は、結果的に、管内での放電を通して突然減少するか、または材料の絶縁破壊を介して破損を生じさせる場合さえある。従って、これらの電荷を、材料の巨視的な絶縁特徴に悪影響を及ぼすことなくアルミナを通して局所的に流出させる必要がある。
【０００５】
Ｘ線発生管または高周波真空管アンプで生じる第２の問題は、使用する絶縁体（一般にアルミナ製）が超高電場に曝され得ることである。従って、絶縁体は、高い強度の誘電性を必要とする。アルミナは、この必要性に応えることができる。しかし、選択された電荷流の解決策は、誘電率が異なる層間に１つ以上の界面を生成しないため、絶縁体の絶縁耐力を大幅に低下させる恐れがある。第１および第２の問題の解決策間の重複は、残念ながら、従来技術では適切に対処されない。
【０００６】
以下において、Ｘ線発生管を用いて本発明の利点を示すが、本発明は、進行波管のための電位低減コレクタ内の様々な高電圧に曝される電極の保持に用いるアルミナ絶縁体にも同様に適用できる。ガラス容器からなる従来のＸ線発生管の場合、この解決策は、誘電体の表面を電子ビームから可能な限り遠ざけることを含み、従ってこれらの管の極めて特徴的な形状が得られる。酸化クロムＣｒ２Ｏ３を主成分とする抵抗性堆積物も、電荷流を促進させるためにガラス製容器の内壁に用いられる。
【０００７】
より最近のＸ線発生管は、より高いエネルギーのＸ線を発生させることができる。これらは、ガラス製容器ではなく、アルミナセラミック高電圧絶縁体と共に導電金属材料からなる。金属材料と絶縁体とをハンダ付けで接合することにより、電子ビームが真空中で陽極と陰極との間を伝播する容器を製造することが可能である。
【０００８】
単極管と呼ばれる真空管は、陽極と陰極との間に単体のセラミック誘電絶縁体を有し、これにより、上限電圧が２０〜２５０ｋＶであるＸ線発生管を製造することができる。２５０〜６００ｋＶのより高い電圧の場合、二極方式と呼ばれる真空管が一般に用いられる。この方式では、２つの絶縁体が使用され、それぞれの１つが全上限電圧の半分を扱う。鏡像電荷、すなわちアルミナに注入された電荷の影響を抑制するために多くの解決策が用いられてきた。
【０００９】
アルミナ絶縁体と電子ビームとが可能な限り離れて配置される真空管が設計されてきた。この種の設計は、真空管のコンパクトさに悪影響を及ぼす。
【００１０】
アルミナ絶縁体と電子ビームとの間に配置された保護用電位導電遮蔽材も試されてきた。このような遮蔽材では、真空管が大型化して破壊耐性が低下する。
【００１１】
例えば、欧州特許第１５３７５９４Ｂ１号明細書に記述されるような特定の外形のセラミックが開発されてきた。このセラミックの特定の外形により、表面に蓄積された電荷によって生じる電場が電子放出効果を相殺する静電平衡効果を介して、電荷注入問題を抑制することができる。この平衡機構は、完全な絶縁体であり、真空下でいかなるわずかに導電性の堆積物も存在しない完全に非汚染のセラミックを必要とする。動作中、数回アークが発生した後、セラミック絶縁体の表面に汚染堆積物が現れ、この静電平衡効果を抑制することが分かる。更に、セラミックの特定の外形は、電子ビームとのクーロン相互作用の距離が長くなる問題に対応できず、結果的に鏡像電荷が生じる。
【００１２】
最後に、米国特許第３７２９５７５号明細書は、アルミナセラミック絶縁体表面上の導電堆積物の利用を記述している。この堆積物により、電荷が流出することができる。従来のセラミックは、純度が９９．５％程度であるアルミナを含み、この文献に記述される処理の結果、依然として制御が困難な電気特性を有する表面層が生じ、主に層内に配置され、表面層とアルミナとの間の界面における誘電率に顕著な差を生じ得る導電機構を実装する。
【００１３】
米国特許第３７２９５７５号明細書は、アルミナの表面に存在する融着抵抗膜を記述している。この膜の厚さは、表面の電荷およびアルミナに注入された高エネルギー電子に対処するのに十分な５０μｍ（すなわち０．００２インチ）程度である。この堆積物の抵抗は、３．１０８〜１．１０１３オーム毎スクエアである。
【００１４】
アルミナの表面への融着金属酸化物の堆積に基づくこの提案された解決策は、表面に融着層を生成する処理の結果、相対誘電率が異なる、すなわちアルミナでは９．６、部分的に還元された金属酸化物の融着層ではその３〜４倍の値である２層間に界面が生じるため、満足すべきものではない。完全誘電体の相対誘電率が１（真空、空気等）であることが想起される。この誘電率は、材料の導電特性に応じて無限に増大する。
【００１５】
２つの誘電媒体間の遷移を示す式は、電場Ｅに対するガウスの法則から導かれ、電場の表面に対する法線成分の界面で特異性を示す。誘電率が異なる層間の界面で電場の局所的増幅が生じる。この結果、電場Ｅの局所的増幅に起因して材料の絶縁破壊が生じる恐れがある。
【００１６】
このシナリオは、アルミナ絶縁体における電場勾配が既に局所的に特に高く、焼結アルミナの典型的な絶縁耐力２５ＭＶ／ｍに対して２０ＭＶ／ｍ程度であるＸ線発生管の場合に特に不利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】欧州特許第１５３７５９４Ｂ１号明細書
【特許文献２】米国特許第３７２９５７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、特定の外形および特定の静電遮蔽材を一切必要としない絶縁体およびその絶縁体を用いて製造される管を提供することにより、上述の問題の全てまたは一部を克服することを目的とする。本発明により、絶縁体の表面に蓄積されやすい電荷を排出することができる。本発明により、電荷を排出するために処理された絶縁体の表面と、絶縁体自体の深さとの間での誘電性の断絶を回避することが可能になる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
従来技術と異なり、本発明では、アルミナの純度が９９．５％程度と高くなければならず、かつ絶縁耐力が最高レベルでなければならないセラミックを使用しない。むしろ、本発明は、表面に堆積された電荷排出層の拡散を可能にするガラス質相不純物を有するセラミックの利用を提案する。
【００２０】
より具体的には、本発明の１つの主題は、真空管であって、それを通して荷電粒子ビームが流れる真空管の少なくとも１つの電極を絶縁する電気絶縁体であって、アルミナを主成分とするセラミックで形成される電気絶縁体において、セラミックは、多結晶材料で形成され、多結晶材料の境界間に２重量％〜８重量％のガラス質相が存在し、ガラス質相中に少なくとも１つの金属酸化物が絶縁体の面から拡散され、金属酸化物濃度は、面からの距離に応じて段階的に低下することを特徴とする電気絶縁体である。
【００２１】
従来技術では、電場が大きい、Ｘ線を生成するためのものなどの真空管の絶縁体を製造するため、最高レベルの絶縁耐力を有するアルミナ含有量が９０％〜９９．６％であり、ガラス質相がない極めて純粋なセラミックを代わりに用いる。このアルミナの低いガラス質相濃度は、表面に堆積された金属酸化物の拡散に寄与せず、米国特許第３７２９５７５号明細書に記述されるように、アルミナ中に５０〜１００μｍのみ拡散する融着相が表面に現れる。本発明では、逆に、粒間ガラス質相濃度がはるかに高いアルミナを用いて、表面に堆積された金属酸化物の深い拡散を促進する。
【００２２】
制御された雰囲気条件下において、内部の絶縁体の面の下への１つ以上の金属酸化物の拡散により、面に対する深さに応じた電気特性の勾配、特に深さの単調関数に従う電気誘電率の変化が得ることが可能になる。
【００２３】
この単調関数により、米国特許第３７２９５７５号明細書の教示による実施形態で得られた知見とは対照的にアルミナの絶縁耐力の局所的低下を回避することが可能になる。
【００２４】
より具体的には、材料は、面から、少なくとも１つの金属酸化物が粒間ガラス質相中に拡散していない絶縁体の深さまで電気抵抗の連続的な変化および誘電率の連続的な変化を示す。
【００２５】
有利には、ガラス質相は、５重量％〜７重量％、理想的には６重量％である。
【００２６】
有利には、ガラス質相は、二酸化ケイ素および二酸化ジルコニウムによって形成される群からの少なくとも１つの元素を含む充填材と混合された１つ以上のアルカリ土類化合物を含む。
【００２７】
少なくとも１つの金属酸化物は、酸化クロムおよび酸化チタンを含み得る。
【００２８】
電気絶縁体は、管状の形状であり得、および面であって、それから少なくとも１つの金属酸化物が拡散される面は、管状形状の内面である。例えば、円錐状または円筒状等、他の絶縁体形状も可能である。
【００２９】
本発明の別の主題は、本発明による電気絶縁体を製造する方法である。本方法は、溶媒中に溶解している少なくとも１つの金属酸化物を絶縁体の面に堆積させる第１のステップ、それに続いて絶縁体を熱処理し、少なくとも１つの金属酸化物がセラミックのガラス質相中に拡散することを可能にする第２のステップを含む。
【００３０】
有利には、第２のステップにおいて、金属酸化物の部分的還元を促進するために、還元雰囲気下の期間は、より酸化的な雰囲気下の期間に続いて用いられる。
【００３１】
有利には、第２の熱処理ステップ前に、アルミナは、酸素に関して不足当量である。
【００３２】
本発明の別の主題は、本発明による電気絶縁体と、その電気絶縁体によって絶縁された少なくとも１つの電極とを含む真空管である。
【００３３】
有利には、電気絶縁体が上述の方法によって製造される真空管において、電気絶縁体は、少なくとも１つの電極と電気的に接触する第１の金属部分によって部分的に覆われ、および堆積物は、第１の金属部分を部分的に覆う。
【００３４】
有利には、電気絶縁体は、堆積物によって覆われる第１の金属部分の一部の上を含め、第１の金属部分の上に配置された第２の金属部分によって部分的に覆われる。
【００３５】
真空管は、例えば、Ｘ線発生管または高周波アンプ管である。
【００３６】
本発明は、例として与えられ、添付図面に示される一実施形態の詳細な説明を読むことでよりよく理解され、更なる利点が明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によるＸ線発生器真空管の一例を示す。
【図２】本発明による真空管に用いる絶縁体の部分断面図を示す。
【図３ａ】ガラス質相濃度ならびに金属酸化物および／または還元金属の絶縁体の面からの深さに応じた濃度の２本の曲線を示す。
【図３ｂ】２つの異なる酸化物および／または還元金属の濃度分布を示す。
【図４】真空管の電極との界面における絶縁体の一部を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
明確さのため、種々の図において同一の要素に同一の符号が付与される。
【００３９】
図１は、Ｘ線発生器真空管１０を概略的に示す。本発明がＸ線発生管に限定されないことは明らかである。本発明は、例えば、進行波管またはクライストロン等の高周波信号を増幅する真空管等、他の任意の種類の真空管に用いることができる。
【００４０】
真空管１０は、軸１５に沿って配置された管状の絶縁体１４によって分離された陽極１２および陰極１３を含む。電子ビーム１６は、絶縁体１４の管状形状内に形成された空洞１７内の陽極１２と陰極１３との間を軸１５に沿って伝播する。空洞１７は、一端が陽極１２によって閉じられ、他端が陰極１３によって閉じられる。陰極１３は、電子ビーム１６からの電子のエネルギーをＸ線放射線１９に変換する目標１８を含む。２００ｋＶの電位差が陽極１２と陰極１３との間に印加される。
【００４１】
図１は、単極管構成を示し、その最大電位差は、３００ｋＶよりも小さい。同じく本発明が用いられ得る更なる構成が考えられる。例えば、二極式構成において、電位差は、４５０ｋＶまたは６００ｋＶに到達することがあり、外部容器は、金属製であり、セラミック絶縁体は、円筒状外部容器と、絶対値が等しい極性にそれぞれ保たれた陽極および陰極との間に配置される。本発明は、各々の絶縁体に用いることができる。各絶縁体は、それ自体に関連付けられた電極を金属容器から絶縁する。
【００４２】
絶縁体１４は、アルミナを主成分とするセラミックで形成される。その内面２０から金属酸化物がアルミナ中に拡散される。図１において、セラミックの領域２１は、内面２０から示されている。金属酸化物は、領域２１中に拡散される。実際には、領域２１と絶縁体１４の他の部分との間に明確な境界は存在しない。金属酸化物は、領域２１中に段階的に拡散される。金属酸化物濃度は、面２０からの距離およびセラミック２１中への深さに応じて段階的に低下する。酸化物濃度のこの連続的な勾配は、堆積し得るいかなる電荷も除去するために処理された面２０と、セラミックの内部との間で誘電率が断絶することを回避するために重要である。セラミックの強度もその面２０から連続的な勾配で増大する。
【００４３】
金属酸化物濃度の連続的な勾配を得るには、特定のセラミックが必要である。このアルミナを主成分とするセラミックは、２重量％〜８重量％のガラス質相を含む。このガラス質相中に金属酸化物が拡散される。
【００４４】
アルミナを主成分とするセラミックは、実質的に多結晶材料であり、結晶粒間の境界にガラス質相、すなわち非晶質またはアモルファス相が形成され得る。原子または分子が無秩序に分散されるガラス質相と異なり、結晶相では原子または分子が規則的に配置される。セラミックは、例えば、アルミナ粒を焼結することによって製造される。焼結動作のための焼結プロセス中、ガラス質相は、液化するかまたは少なくとも粘性を示すようになり、アルミナ粒の境界間に分散される。
【００４５】
ガラス質相は、例えば、充填材と混合された１つ以上のアルカリ土類化合物を含む。アルカリ土類化合物は、特に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）および酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）を含む。充填材は、特に二酸化ケイ素ＳｉＯ２および酸化ジルコニウムＺｒＯ２を含む。この組成は、焼結プロセス中に液体相を形成して、アルミナの焼結緻密化温度および焼結アルミナにおけるガラス質相拡散効果の両方を判定する役割を果たす。
【００４６】
２重量％〜８重量％のガラス質相を含む特定のアルミナ等級を選択することにより、金属酸化物の拡散が正しく生起する。ガラス質相が２％未満である場合、表面に堆積された酸化物の電気特性および粒間拡散深さは、不十分かつ再現困難である。ガラス質相が８％超である場合、焼結温度が次第に低下し、アルミナセラミックの特性、特に絶縁耐力が悪影響を受けるが、これは、Ｘ線発生管のための絶縁体として望ましくない。ガラス質相が５重量％〜７重量％、理想的には６％重量であるアルミナ純度について最適な拡散が得られる。
【００４７】
アルミナのガラス質相中に拡散させる目的で各種の金属酸化物を保持することができる。単体の酸化物を用い得る。複数の酸化物、例えば酸化クロムＣｒ２Ｏ３および酸化チタンＴｉＯ２を組み合わせ得る。例えば、バナジウム酸化物（ＶＯ、Ｖ２Ｏ３等）、ジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２等）等の他の酸化物も用いられ得る。
【００４８】
クロムおよびチタンの電気化学電位がアルミニウムよりも高いため、対応する酸化物は、未酸化アルミニウム原子をいくつか含む、すなわちアルミナが酸素に関して不足当量である場合、アルミナマトリクスに拡散されると部分的に還元される傾向がある。チタンおよびクロムが金属として存在することにより、絶縁体の電気特性を向上させることができる。段階的な拡散により、このように向上したアルミナマトリクスにおける電場の局所的増幅効果を回避するために、可能な限り広く拡散した金属元素の濃度勾配を得ることが可能になる。
【００４９】
図２は、絶縁体１４の領域２１の部分断面を示す。面２０において、残留膜２５は、ガラス質相で強化された金属酸化物からなる。金属酸化物を領域２１中に拡散する目的で絶縁体が熱処理された際、アルミナのガラス質相は、反対方向、すなわち面２０の方に拡散する傾向があるため、残留膜２５がガラス質相によって強化される。領域２１に結晶質アルミナ粒２６を示す。アルミナのガラス質相は、粒２６を囲んでいる。金属酸化物および潜在的には酸化物の還元後に得られる金属の拡散を、各々の粒２６を囲む陰付き領域として示す。面２０のごく近傍では、拡散は、各粒２６の周囲でほぼ完全である。面２０から遠ざかるほど拡散の程度が低下する。
【００５０】
この拡散を実現するために、２段階のステップ、すなわち溶媒中に溶解している少なくとも１つの金属酸化物を面２０に堆積させる第１のステップ、それに続いて絶縁体１４を熱処理し、１つ以上の金属酸化物がガラス質相中に拡散することを可能にする第２のステップが実行される。堆積動作は、例えば、スパッタリングによって実行される。堆積動作を容易にするために有機溶媒を用い得る。熱処理は、例えば、１４５０℃〜１５２０℃の温度で絶縁体を焼結する動作である。
【００５１】
図３ａは、面２０からの深さに対する濃度の２本の曲線を示す。深さは、μｍ単位で表され、および濃度は、重量パーセントで表される。第１の曲線３０は、金属酸化物ならびに／または還元金属、ここではクロムおよびチタンの濃度を示す。面２０のごく近傍において、クロムおよびチタンの濃度は、４％程度である。約４５０μｍの深さにおいて、クロムおよびチタン濃度は、ゼロになる。これら２つの極値間において、曲線３０は、一切断絶しておらず、深さが増すにつれた規則的に減少する。
【００５２】
第２の曲線３１は、ガラス質相濃度を示す。６００μｍの深さにおいて、ガラス質相は、濃度が７％程度である。この濃度は、面２０のごく近傍で６％をわずかに下回るまで低下する。このガラス質相濃度の低下は、拡散動作のために用いる熱処理に起因する。クロムおよびチタンが絶縁体中に拡散するにつれて、面２０に向かう逆方向へのガラス質相のわずかな拡散が生起する。
【００５３】
図３ｂは、同じく面２０からの深さに対する２つの異なる酸化物および／または還元金属の濃度分布を示す。２つの金属、すなわちクロムおよびチタンが深さに対して異なる方法で拡散する様子が見られる。
【００５４】
得られた濃度勾配により、電気特性の勾配を得ることができる。換言すれば、電気絶縁体は、面２０から、少なくとも１つの金属酸化物が拡散していない絶縁体の深さまで電気抵抗の連続的な変化を示す。クロムとチタンとを合わせた拡散によって変化したアルミナの領域の厚さに対する平均抵抗は、１．１０１１オーム毎スクエア〜１．１０１３オーム毎スクエアの範囲である。
【００５５】
同様に、絶縁体は、面２０から、少なくとも１つの金属酸化物が拡散していない絶縁体の深さまで誘電率の連続的な変化を示す。誘電率は、アルミナの場合、９．６から変化し、濃度が変化する厚さを通して抵抗勾配に沿って面２０まで２５〜３０の範囲で段階的に増大する。
【００５６】
金属酸化物は、面２０から５００μｍ程度の深さまで拡散する。金属酸化物は、それを超えて拡散しない。金属酸化物が拡散した深さにわたり、電気特性（抵抗および誘電率）が深さに対して連続的かつ滑らかに変化する。５００μｍを超えると、アルミナの固有の電気特性が戻る。金属酸化物が拡散したセラミックの領域から、金属酸化物が拡散していないセラミックの領域までの遷移にわたり、電気特性の連続的な変化が見られる。
【００５７】
曲線３ａおよび３ｂは、金属酸化物の所与の初期濃度に対して所与の熱処理時間にわたって実行される試験から得られる。他の試験は、拡散の深さの制御が、主として拡散動作に用いる熱処理の温度および時間に依存することを示す。
【００５８】
更に真空管を用いる場合、アルミナ中への電子の浸透がビーム内での電子のエネルギーに依存することが分かる。例えば、２００ｋＶの電位差で動作するＸ線発生器真空管の場合、電子は、約２００μｍの深さまで浸透し、電位差が４５０ｋＶである場合、電子は、約５００μｍの深さまで浸透する。拡散の深さは、絶縁体の面２０から浸透している電子が最適に排出されるように真空管の用途に応じて調整される。
【００５９】
熱処理に続いて厚さ内に拡散された元素クロムおよびチタンの量は、アルミナ中への電荷の流れにとって必須である。変更されたアルミナ層の平均抵抗値は、表面に堆積された金属酸化物の量に依存する。平均抵抗は、金属酸化物の部分的還元にも依存する。この還元は、わずかに不足当量である、すなわちわずかに酸素が不足しているアルミナによって少なくとも部分的に実現され得る。アルミナは、次いで、金属酸化物に属する酸素原子を取り込み、従って金属酸化物を還元する傾向がある。
【００６０】
熱処理における酸素不足当量アルミナの使用の代わりにまたはそれに加えて、例えば湿潤水素の拡散によるより酸化的な雰囲気下の期間に続いて、例えば乾燥水素の拡散による還元雰囲気下の期間を用い得る。この連続は、絶縁金属酸化物のアルミナマトリクス内の導電金属元素への部分的還元を制御することを可能にする。
【００６１】
絶縁体の導電性は、部分的に、ガラス質相全体および結晶粒界間に分散する金属元素のクロムおよびチタンの存在に起因し、部分的にイオン起源である。
【００６２】
金属特有の導電性に関して、チタンは、多くの酸化状態をとることができる。他の遷移金属と同様に、それは、一酸化チタン（ＴｉＯ）、三酸化二チタン（Ｔｉ２Ｏ３）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）等、容易に還元可能な様々な酸化の程度を有する。例えば、Ａｌ２Ｏ（３−Ｘ）等の酸素不足当量アルミナを選択することにより、金属チタンは、より低次の酸化物へのＴｉＯ２の部分的還元およびより高次の酸化物としてのアルミナの飽和を介して製造することができる。三酸化二チタン（Ｔｉ２Ｏ３）自体は、別の式に従って還元することができる。
Ａｌ２Ｏ（３−Ｘ）＋３ＴｉＯ２＝＝＞Ｔｉ＋Ｔｉ２Ｏ３＋Ａｌ２Ｏ３＋（３−ｘ）／２Ｏ２−
【００６３】
イオンの導電性に関して、四価チタンの原子半径は、三価アルミニウムの原子半径に近く、従って、チタンは、結果的にＡｌ２Ｏ３アルミナ中での１つのアルミニウム原子の置換によってＴｉＡｌＯ３＋型の陰イオンを形成することができる。
【００６４】
図１に示す真空管において、領域２１で集められた電荷は、主として陽極１２の方に流れる。絶縁体１４は、陽極１２と電気的に接触する面４０を有する。面４０は、この接触を行うために金属化される。金属部分と領域２１に拡散した堆積物４１との間の電荷の流れが完全に連続的であることを保証するために、金属部分と堆積物とが部分的に重なる。この部分的な重なりを図４に示す。より具体的には、電気絶縁体１４は、第１の金属部分４２によって部分的に覆われる。堆積物４１は、第１の金属部分４２を部分的に覆う。
【００６５】
堆積物４１によって覆われる第１の金属部分４２の部分の上を含め、第１の金属部分４２の上に配置された第２の金属部分４３を追加することができる。
【００６６】
１つの金属部分に堆積物が続き、最後に別の金属部分が続くこの一連の構成により、これらの層がサンドイッチを形成できるようにし、領域２１によって排出された電荷を問題なく除去することができる。
【図１】
2019536206.tif 000003
【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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