ТОРЦЕВОЙ МЕТАЛЛОПОРИСТЫЙ КАТОД

Полезная модель относится к электронной технике, в частности к эмиссионной электронике, и может быть использована для создания эффективных источников электронной эмиссии - торцевых металлопористых L-катодов и импрегнированных (пропитанных) катодов, содержащих пористую вольфрамовую матрицу с эмиссионно-активным веществом.
В перечне требований, предъявляемых к торцевым металлопористым катодам, одним из основных является формирование на боковых поверхностях вольфрамовой матрицы герметичного слоя, который при работе катодов в электровакуумных приборах не только снижает паразитную эмиссию, но и повышает долговечность и электрическую прочность приборов за счет устранения паразитного испарения эмиссионно-активного вещества с боковой (не рабочей) поверхности катодов.
Известны торцевые металлопористые катоды в виде пористой вольфрамовой матрицы с эмиссионно-активным веществом, в которых на боковых поверхностях вольфрамовой матрицы герметизация пор достигается запрессовкой и последующим спеканием вольфрамового порошка в керне катода из тугоплавкого металла или приваркой предварительно спеченной пористой вольфрамовой матрицы к керну катода по всей площади их контакта. [Патент 155051 на полезную модель; заявка 2015104742/07 от 12.02.2015].
Недостатком таких катодов является не только высокая трудоемкость изготовления, но и наблюдаемая нестабильность эмиссии из-за усадки запрессованной матрицы в керн в процессе срока службы, а также возникающая эмиссионная неоднородность из-за нарушения теплового контакта между матрицей и керном при их приварке друг к другу, обнаружение и устранение которого в процессе изготовления катодов весьма проблематично.
Прототипом предлагаемой полезной модели являются торцевые металлопористые катоды в виде пористой вольфрамовой матрицы с эмиссионно-активным веществом, содержащие герметичный слой на боковых поверхностях вольфрамовой матрицы, формирование которого осуществляется путем механического уплотнения поверхности матрицы. Уплотнение достигается обкаткой поверхности матрицы роликом из тугоплавкого металла с определенным усилием прижима, при одновременном пропускании через место контакта электрического тока. [Г.А. Кудинцева, А.И. Мельников, А.В. Морозов, Б.П. Никонов «Термоэлектронные катоды», изд. «Энергия», М.Л. 1966 г. стр. 169-172]
Однако, указанные торцевые металлопористые катоды также имеют ряд существенных недостатков, особенно проявляющихся при изготовлении малогабаритных катодов, а именно, низкий процент выхода годных из-за сколов и разломов катодов в результате наличия рычага сил при обкатке, а также нестабильность качества герметичного слоя вследствие достаточно сложной зависимости оптимальных режимов обкатки (время, величина тока, усилие) от диаметра катодов. Кроме того, формирование герметичного слоя на катодах со сложной конфигурацией пористой вольфрамовой матрицы путем ее обкатки трудно реализуемо в производстве.
Задачей полезной модели является повышение технологичности и эксплуатационной надежности торцевых металлопористых катодов, выполненных из пористой вольфрамовой матрицы с эмиссионно-активным веществом, содержащих герметичный слой на боковых поверхностях вольфрамовой матрицы.
Поставленная задача решается за счет того, что в торцевом металлопористом катоде, выполненном из пористой вольфрамовой матрицы с эмиссионно-активным веществом, содержащем герметичный слой на боковых поверхностях вольфрамовой матрицы, герметичный слой сформирован в виде беспористого вольфрамового покрытия толщиной не менее двукратного размера пор вольфрамовой матрицы.
Предлагаемая полезная модель позволяет изготавливать торцевые металлопористые катоды с герметичным слоем на боковых поверхностях пористой вольфрамовой матрицы практически любой конфигурации и размеров.
Заявляемая полезная модель поясняется Фиг. 1 и 2, на которых представлены схемы конструктивного исполнения торцевых металлопористых катодов с вогнутой эмитирующей поверхностью, содержащих герметичный слой 1 на боковой поверхности вольфрамовой матрицы.
На Фиг. 1 представлена схема конструкции L-катода, а на Фиг. 2 - импрегнированного (пропитанного) катода, при этом позициями 1-5 обозначены:
1 - герметичный слой на боковой поверхности вольфрамовой матрицы;
2 - пористая вольфрамовая матрица;
3 - источник эмиссионно-активного вещества;
4 - подогреватель катода;
5 - керамический изолятор.
Пористая вольфрамовая матрица 2 в L-катоде выполнена в виде колпачка, а в импрегнированном катоде в виде штабика. Источником эмиссионно-активного вещества 3 в L-катоде является таблетка, в частности, из карбоната бария-кальция, а в импрегнированном катоде барий-кальциевый алюминат, которым предварительно пропитаны поры вольфрамовой матрицы. Нагрев катодов осуществляется подогревателем 4, установленным на керамическом изоляторе 5.
Апробация полезной модели была проведена на торцевых металлопористых катодах с различными диаметрами эмиттирующей поверхности, включая малогабаритные катоды диаметром 0,9 мм при различных плотностях тока эмиссии. Катоды прошли успешные испытания в СВЧ-приборах - клистронах с наработкой 5-7 тыс. часов в режиме многоциклового включения - выключения тока накала. Экспериментально была подтверждена высокая технологичность и эксплуатационная надежность торцевых металлопористых катодов с герметичным слоем на боковой поверхности вольфрамовой матрицы в виде беспористого вольфрамового покрытия. При этом установлено, что толщина покрытия должна быть не менее двукратного размера пор матрицы. Это объясняется механической и термоциклической прочностью вольфрамового покрытия. При меньшей толщине покрытия наблюдалось появление микротрещин. Увеличение толщины покрытия в принципе ничем не ограничено, кроме производственных затрат и размеров катодов. В случае классического импрегнированного (пропитанного) металлопористого катода, изготовленного по методу Леви, размер пор вольфрамовой матрицы находится в диапазоне 1÷3 мкм, при этом толщина герметичного слоя должна быть не менее 6 мкм.