Молекулярно-напыленный оксидный катод
MOLECULAR-SPRAYED OXIDE CATHODE

Изобретение относится к прямонакальным молекулярно-напыленным оксидным катодам (МНОК), применяемым в электронной технике в электровакуумных приборах СВЧ, а именно в циклотронных защитных устройствах (ЦЗУ).
Известен прямонакальный термокатод с эмиттером из монокристалла гексаборида лантана, укрепленного с помощью сварки на петле из кристаллического гексаборида лантана, к концам которой может подаваться электрический ток до 10 А для нагрева эмиттера [патент GB 1210007 H 1 D 5/07].
Недостатками такого катода являются:
- высокая температура термоэмиттера,
- большой ток накала.
Известны прямонакальные катоды фирмы «К.К. Хитати Сейсакусе», в которых термокатод находится на П-образной пластине из никелевого сплава, по которой проходит ток для нагрева эмиттера [заявки JP51-113105 от 22.09.1976 г. и JP 56-50378, МПК H01J 1/15,1/14].
Недостатком такого катода является низкая формоустойчивость никелевого сплава при изготовлении миниатюрного термокатода с керном микронных размеров для формирования ленточного электронного луча.
Известен катод торцевого типа с эмиттирующей поверхностью на керне из никеля. Эмиссионный слой имеет толщину 3-5 мкм [Эмиссионные свойства молекулярно-напыленного оксидного катода / Ю.А. Кондрашенков, З.Н. Галанина, А.В. Дружинин // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ. - 1974. - Вып. 6. - С. 55-62].
Недостатками такого катода являются:
2
- низкая плотность тока (100-150 мА/см),
- низкая скорость активирования и малая долговечность.
Кроме того, катод формирует круглую форму электронного луча, что не подходит для применения в ЦЗУ.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является молекулярно-напыленный оксидный катод, состоящий из подогревателя и соединенного с ним одним концом керна, изготовленных из вольфрам-рениевой проволоки диаметром 50 мкм. Керн покрывается пленкой иридия перед нанесением эмиссионного покрытия. [Влияние повышенного отбора тока на состав эмиссионной поверхности молекулярно-напыленного оксидного катода / Г.А. Жабин, Д.Ю. Архипов, О.В. Пелипец // Электронная техника. Сер. 1. СВЧ - техника. - 2019. - Вып. 4 (543). - С. 45-49].
Недостатками такого катода являются:
- недостаточные жесткость и виброустойчивость конструкции,
- низкая технологичность и производительность изготовления из-за необходимости применения большого количества прецизионных оправок.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении высокой долговечности катода при повышенной жесткости и виброустойчивости конструкции и стабильной работы в непрерывном режиме с рабочей температурой до 600°С при равномерном нагреве керна.
Предлагаемый молекулярно-напыленный оксидный катод содержит керн из тугоплавкого металла или его сплава, покрытый пленкой, выполненной из металла платиновой группы или его сплава, с нанесенным на нее термоэмиссионным покрытием, причем керн одним концом соединен с подогревателем, выполненным из тугоплавкого металла или его сплава, и выводы-держатели. Пленка имеет толщину 0,1-0,4 мкм, а подогреватель выполнен в форме меандра.
Керн и подогреватель могут быть выполнены из фольги тугоплавкого металла или его сплава.
Керн может иметь прямоугольное или круглое сечение.
Керн и подогреватель могут быть выполнены из фольги в виде цельной детали.
2
Подогреватель выполнен из тугоплавкого металла или его сплава в форме меандра, который придает жесткость конструкции и обеспечивает равномерную теплопередачу к керну. Общая длина меандра рассчитывается в зависимости от необходимого сопротивления подогревателя по формуле: R=ρ×L/S, где R - сопротивление подогревателя, Ом; ρ - удельное сопротивление материала, Ом×м; L - длина проводника в форме меандра, мм; S - площадь сечения проводника меандра, мм.
На керн нанесена пленка толщиной 0,1-0,4 мкм из металла платиновой группы или его сплава, с последующим напылением на нее термоэмиссионного покрытия.
При уменьшении толщины пленки менее 0,1 мкм долговечность катода уменьшается из-за ускоренной температурной диффузии через нее материала керна и последующего взаимодействия с элементами эмиссионного покрытия.
При увеличении толщины пленки более 0,4 мкм возрастает время активирования катода и уменьшается его эмиссионная активность.
Термоэмиссионное покрытие может быть нанесено на пленку керна ионно-плазменным, магнетронным или иным способом напыления.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами.
На Фиг. 1 представлен предлагаемый катод с керном прямоугольного сечения, где:
- керн 1,
- пленка из металла платиновой группы 2,
- термоэмиссионное покрытие 3,
- подогреватель 4,
- место соединения 5,
- выводы-держатели 6.
На Фиг. 2 представлен предлагаемый катод с керном круглого сечения.
На Фиг. 3 керн и подогреватель выполнены из фольги тугоплавкого металла или сплава в виде цельной детали.
Пример 1
3
Молекулярно-напыленный оксидный катод для циклотронного защитного устройства (ЦЗУ) имеет керн 1 и подогреватель 4, выполненные из фольги толщиной 0,05 мм сплава ВР-27 в виде цельной детали с помощью лазерной резки. Керн 1 эмиттрирующего тела имеет прямоугольное сечение и размеры 0,02×0,05×0,9 мм. Подогреватель 4 имеет форму ортогонального меандра сечением 0,05×0,04 мм и общей длиной 5 мм. На поверхность керна 1 нанесена пленка иридия 2 толщиной 0,35 мкм. Термоэмиссионное покрытие 3 состава (BaSrCa)CO нанесено на пленку 2 методом ионно-плазменного напыления толщиной 1,5 мкм.
Предлагаемый молекулярно-напыленный оксидный катод работает следующим образом.
-8
После установки катода в катодно-подогревательный узел циклотронного защитного устройства (ЦЗУ), прибор откачивают до уровня вакуума 10 мм рт.ст. На выводы-держатели 6 подают ток накала 240-250 мА для нагрева подогревателя 4 и керна 1 с термоэмиссионным покрытием.
Испытания предлагаемой конструкции молекулярно-напыленного оксидного катода показали его повышенную жесткость и виброустойчивость в диапазоне внешних воздействующих частот ЦЗУ.
2
Предлагаемый молекулярно-напыленный оксидный катод с ленточным электронным лучом стабильно работал в непрерывном режиме с рабочей температурой около 600°С при токоотборе 3…5 А/см в течение более 5000 часов, обеспечивая равномерное распределение температуры по керну эмиттера.