МЕТАЛЛОПОРИСТЫЙ КАТОД

Полезная модель относится к электронной техники, в частности, к конструкции катодов для электровакуумных приборов.
Известны торцевые металлопористые катоды косвенного накала, в которых пористая вольфрамовая матрица, например виде таблетки, пропитанная эмиссионным веществом на основе алюмината бария-кальция, закреплена в держателе с подогревателем (Кудинцева Г.А. и др. «Термоэлектронные катоды», изд. «Энергия», М-Л, 1966 г. Стр.203).
Недостатком такой конструкции является испарение эмиссионного вещества из матрицы во все стороны, что приводит к сокращению срока службы катода. Кроме того, имеет место паразитная эмиссия с боковой поверхности матрицы (таблетки).
Ближайшим прототипом полезной модели является металлопористый катод в виде керна из тугоплавкого металла, в полости которого сформирована пористая вольфрамовая матрица, пропитанная алюминатом бария-кальция (Патент Нидерландов...№7500248 от 09.01.75 г.)
В этом катоде испарение эмиссионного вещества и эмиссия электронов происходит только с рабочей поверхности катода. Однако недостатком таких конструкций является усадка пористой матрицы во время работы катода. Это приводит к отслаиванию матрицы от керна, нарушению теплообмена матрицы с керном и, как следствие, к сокращению срока службы катода. Работа таких конструкций особенно критична в циклическом режиме работы цепи накала катода (режим включения-выключения напряжения накала).
Решаемая техническая задача заключается в увеличении долговечности катода.
Технический результат применения полезной модели заключается в улучшении теплового контакта вольфрамовой матрицы с молибденовым керном и уменьшении усадки матрицы.
Сущность полезной модели заключается в том, что в металлопористом катоде в виде керна из тугоплавкого металла, в полости которого сформирована пористая вольфрамовая матрица, пропитанная алюминатом бария-кальция, матрица выполнена в
виде щелевой структуры из оплавленных частиц, расположенных рядами вдоль керна и сваренных между собой и с керном, причем ширина щелей h между частицами с размером d находится в пределах 0,01d≤h≤0,1d.
На чертеже схематично представлено поперечное сечение части катода. Металлопористый катод включает керн 1, частицы 2 вольфрама, щели 3, поверхность полости 4 керна, эмитирующую поверхность 5 катода.
Керн 1 из тугоплавкого металла, например, молибдена содержит полость 4, заполненную частицами 2 вольфрама, разделенными щелями 3, заполненными алюминатом бария-кальция. На эмитирующую поверхность 5 катода выходят только торцы щелей 3. Частицы 2 вольфрама оплавлены и сварены между собой и с керном 1 в его полости 4, что обеспечивает низкое термическое сопротивление на поверхности полости 4 между частицами 2 и керном 1. Кроме того, использование оплавленных частиц создает эффект «старения» матрицы, что наряду с упорядоченной слоистой структурой препятствует усадке матрицы в процессе срока службы катода.
При ширине щелей меньше 0,01d запас эмиссионного вещества в пористой матрице не обеспечивает необходимого срока службы катода, а при ширине щелей более 0,1d повышенное испарение эмиссионного вещества приводит к уменьшению электропрочности прибора.
Нами были изготовлены торцевые диаметром 5-:-50 мм и цилиндрические диаметром 10-:-20 мм и длиной до 200 мм металлопористые катоды. Глубина полости в молибденовом керне и толщина вольфрамовой матрицы были равны и находились в пределах 400-:-600 мкм. Матрица формировалась из оплавленных частиц слоями толщиной 10-20 мкм. Плотность матрицы составляет 79-81% от плотности вольфрама, а запас эмиссионного вещества в ней был 4-6% вес. Катоды испытывались в ускоренном режиме термоциклов. После более 10 тыс. включений накала отслоения и разрушения матриц не наблюдалось.
Кроме того, катоды предложенной конструкции диаметром 30 мм проработали в мощном клистроне более 6000 часов, в течение которых было осуществлено 1200 циклов включения-выключения накала. Работа прибора продолжается.
Долговечность известных катодов в циклическом режиме существенно ниже.
Таким образом, предложенная конструкция катода позволяет улучшить тепловой контакт вольфрамовой матрицы с молибденовым керном, уменьшить усадку матрицы и за счет этого повысить долговечность катода.