ОКСИДНЫЙ КАТОД С ВЫСОКОЙ ЭМИССИОННОЙ ОДНОРОДНОСТЬЮ

Полезная модель относится к электронной технике, в частности, к конструкции оксидных катодов для электровакуумных приборов.
2
Известны оксидные катоды на никелевом керне с покрытием из карбонатов щелочноземельных металлов, частицы которых металлизированы никелем до 0,5-2% вес.[1]. Также катоды имеют повышенную электропроводность оксидного слоя и могут работать с отбором плотности тока до 0,5 А/см. Однако, их свойства недостаточно воспроизводимы из-за наличия в покрытии окиси никеля и взаимодействия ее с окислами щелочноземельных металлов, поэтому эти катоды не получили широкого применения.
2
Известны также оксидные катоды на никелевом керне с покрытием из карбонатов щелочноземельных металлов Ba, Sr, Ca с добавкой соединений благородных металлов, например, хлорида платины или карбоната серебра. Свойства таких катодов более воспроизводимы, т.к. образующиеся при разложении соединений чистые благородные металлы не взаимодействуют с кислородом, катоды имеют повышенную электропроводность оксидного слоя и могут работать с отбором плотности тока до 1 А/см в течение 1000 часов [2].
Недостатков этих катодов является: значительный до 3% вес. расход благородных металлов, а в случае использования серебра, и относительно высокая скорость его испарения при рабочей температуре 800-850°C. Кроме того, имеет место нестабильность эмиссионных свойств катодов в течение длительной (более 1000 часов) эксплуатации, т.к. Pt и Ag образуют с Ba, Sr, Ca соединения-интерметалиды, что нарушает структуру пленки благородного металла на поверхности кристаллов эмиссионного вещества, приводит к ее коагуляции и к неоднородности эмиссии по поверхности катода. Неоднородность эмиссии также повышает шумы катода в приборе.
Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, заключается в повышении однородности эмиссии, увеличении долговечности и снижении уровня шумов оксидных катодов.
Указанный технический эффект достигается благодаря тому, что в оксидном катоде, выполненном в виде никелевого керна с эмиссионным покрытием из карбонатов или окислов щелочноземельных металлов Ba, Sr, Ca с добавкой благородного металла, частицы эмиссионного вещества покрыты моноатомным слоем иридия, при этом концентрация иридия в эмиссионном покрытии составляет 0,1-0,3% вес. В другом варианте только поверхность катода покрыта слоем иридия толщиной порядка одного нанометра (1 нм) при этом концентрация иридия в эмиссионном покрытии составляет 0,01-0,03% вес.
На Фиг.1 (а, б) представлены схемы различных вариантов оксидных катодов.
+
+
+
Применение иридия в качестве металлизированного покрытия частиц эмиссионного вещества или эмиссионной поверхности оксидного катода, обусловлено следующими факторами: иридий химически не взаимодействует с окислами щелочноземельных металлов; имеет высокую работу выхода электронов - 6 эВ, что обеспечивает относительно большую концентрацию адсорбированных ионов Ba, Sr, Ca на поверхности частиц и таким образом достигается увеличение эмиссионных свойств катода; тонкая структура слоя иридия от одного монослоя до 1 нм благодаря химической инертности и высокой термической стойкости сохраняется, не коагулирует в течение длительного времени, обеспечивая однородность эмиссии и стабильность параметров катода. Здесь следует отметить, что по данным наших исследований уменьшение концентрации иридия менее 0,1% вес. в случае металлизации частиц и 0,01% вес. в случае покрытия поверхности катода снижает эффект однородности эмиссии. Применение более высоких концентраций иридия соответственно 0,3% вес. и 0,03% вес. не целесообразно из-за расхода драгметалла, а применение концентраций иридия 1% вес. и более приводит к падению эмиссии катода.
3
3
2
Нами изготовлены оксидные катоды диаметром 2 мм с покрытием на основе тройного мелкозернистого карбоната (BaSrCa)CO с размером частиц 3-5 мкм. Карбонат содержал комплексную соль иридия в качестве 0,2% вес. (в пересчете на иридий). Плотность карбонатного покрытия составляли 2,8-3,0 г/см при толщине 25-30 мкм. После обезгаживания и активирования катода в экспериментальном диоде получена плотность тока 220 А/см при повышенной рабочей температуре 920-950°C в импульсном микросекундном режиме. В настоящее время готовятся испытания таких катодов в реальных приборах СВЧ.
Литература
1) Rand D Roundup, A coated-powder, long-life cathode, "Microwaves", 1966, v.5, N1, p6
Киселев А.Б., Лобова Э.В., Никонов Б.П., Способ изготовления активного покрытия оксидных катодов. Авт. свид. СССР №383109 от 13.08.1973 г. Кл. H01j 9/04
2) Пат. США №3099577, Способ изготовления оксидных катодов и катоды, изготовленные по этому способу, 1963 г.