Эмиссионный материал на основе алюминатов иттрия и лантана для металлопористых катодов мощных вакуумных электронных приборов

Авторы патента:

H01J1/144 - Электрические газоразрядные и вакуумные электронные приборы и газоразрядные осветительные лампы (искровые разрядники H01T; дуговые лампы с расходуемыми электродами H05B; ускорители элементарных частиц H05H)

Владельцы патента RU 2759154:

Акционерное общество "НПО "НИИТАЛ" (RU)

Изобретение относится к электронной технике, в частности к производству мощных вакуумных электронных приборов СВЧ-диапазона. Согласно изобретению, эмиссионный материал представляет собой эвтектический сплав, полученный методом твердофазного синтеза или плавления смеси оксидов алюминия, иттрия и лантана в определенном соотношении по весу. Техническим результатом является снижение температуры пропитки, однородность химического и фазового состава на всю глубину пропитки катода, а следовательно, и стабильность эмиссионных характеристик. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к материалам электронной техники, в частности к эмиссионным материалам металлопористых пропитанных катодов мощных вакуумных электронных приборов.

В качестве эмиссионного материала для пропитки вольфрамовой матрицы металлопористого катода используется тройная эвтектика на основе алюминатов иттрия и лантана, предварительно синтезированная из смеси оксидов алюминия, иттрия и лантана определенного состава. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих температур катода, возможность снижения температуры пропитки и обеспечение однородности химического фазового состава эмиссионного вещества по всей глубине пропитки.

Изобретение относится к материалам электронной техники, в частности к эмиссионным материалам металлопористых пропитанных катодов мощных вакуумных электронных приборов СВЧ-диапазона.

Известны металлопористые катоды (например, /1, 2/), у которых вольфрамовая матрица пропитана смешанными алюминатами бария-кальция. Состав этих алюминатов разнообразен, но наиболее широко используются эвтектические смеси алюминатов, получаемых в результате твердофазного синтеза или плавления смесей оксидов бария, кальция и алюминия, химического состава (в мольном соотношении) 3ВаО⋅0,5СаО⋅Al₂O₃ и 5ВаО⋅3СаО⋅2Al₂O₃. Пропитка вольфрамовой матрицы этими алюминатами осуществляют при температурах (1750-1800°С). Конгруэнтное плавление эвтектической смеси алюминатов обеспечивает однородность химического и фазового состава эмиссионного вещества на всю глубину пропитки. Недостатками таких катодов является узкий диапазон рабочих температур 1000-1150°С. В случае использования катодов в магнетронах за счет обратной бомбардировки электронами температура катода может значительно повышаться, при этом происходит ускорение испарения эмиссионного вещества, падение электропрочности промежутка катод-анод и резкое сокращение срока службы катода и магнетрона.

Для устранения этих недостатков в мощных ЭВП для пропитки металлопористых катодов вместо алюминатов щелочноземельных металлов используют соединения редкоземельных металлов, например, смешанных алюминатов иттрия, лантана, лютеция и др. /3/. Состав смешанных алюминатов должен удовлетворять двум требованиям: иметь возможно более низкую температуру плавления для пропитки вольфрамовой матрицы и обладать достаточными эмиссионными и вторично-эмиссионными свойствами.

Целью изобретения является получение эмиссионного материала эвтектического состава на основе алюминатов иттрия и лантана с наиболее низкой температурой плавления для пропитки металлопористых катодов мощных вакуумных электронных приборов.

Сущность изобретения заключается в получении эмиссионного материала эвтектического состава на основе алюминатов иттрия и лантана из смеси оксидов алюминия, иттрия и лантана определенного состава методами твердофазного синтеза или плавления, при этом используемая в качестве материала для его синтеза смесь оксидов имеет состав, вес. %:

Y₂O₃ - 33;

La₂O₃ -16;

Al₂O₃ - остальное.

Использование этого материала для пропитки металлопористых катодов мощных вакуумных электронных приборов позволит снизить температуру пропитки, обеспечить однородность химического и фазового состава эмиссионно-активного вещества на всю глубины пропитки катода, а, следовательно, и стабильность эмиссионных характеристик.

Диаграмма состояния тройной системы Y₂O₃-Al₂O₃-La₂O₃ полностью не построена. Из справочных данных /4/ известно, что в бинарных системах, образующих тройную систему Y₂O₃-Al₂O₃-La₂O₃, имеет место образование алюминатов иттрия (Y₃Al₅O₁₂) и лантана (AlLaO₃) и двойных эвтектик Е₁ (1780°С) и Е₂ (1760°С) (рис. 1). На основе анализа имеющихся данных о фазовых соотношениях в исследуемой тройной системе можно предположить наличие области тройной эвтектики с более низкой температурой плавления.

По данным авторов /3/ более низкой температурой плавления (1650°С ± 25°С) обладает материал, содержащий смешанные бинарные алюминаты иттрия и лантана, состава (в пересчете на оксиды) Y₂O₃:La₂O₃:Al₂O₃ - 20:25:55 вес. %. Отклонение от указанных составов, по мнению авторов, нецелесообразно, так как приводит к резкому увеличению температуры плавления смешанных алюминатов и соответственно к увеличению температуры пропитки вольфрамовой матрицы. Эмиссионные характеристики материала: работа выхода - 3,4÷3,5 эВ, максимальный коэффициент вторичной электронной эмиссии - 2,2÷2,3.

Этот эмиссионный материал, наиболее близкий по химическому составу и назначению к заявляемому изобретению, был выбран нами в качестве прототипа и исходного образца для проведения физико-химических исследований (состава, структуры, свойств) для уточнения состава и температуры тройной эвтектики.

Результаты исследований.

Эмиссионный материал для пропитки пористой вольфрамовой матрицы и экспериментального подтверждения заявляемого технического результата был синтезирован из смеси порошков оксидов исходного состава (точка Р на рис. 1) с использованием различных технологий (твердофазного синтеза и плавления). Для проведения комплекса физико-химических исследований материала (состава, структуры, свойств) на различных этапах был изготовлен ряд образцов в виде порошков и спрессованных таблеток (табл. 1).

Контроль химического и фазового состава синтезированных образцов осуществляли методами растровой электронной микроскопии (РЭМ), рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) и рентгенофазового анализа (РФА). Измерение интервала температур плавления образцов (температур солидус и ликвидус) проводили методом дифференциального термического анализа (ДТА).

Анализ результатов исследования образцов прототипа показал:

- при плавлении и твердофазном синтезе химический состав образцов не изменяется: усредненный химический состав (в пересчете на оксиды) соответствует исходному;

- плавление смеси оксидов алюминия, иттрия, лантана исходного состава приводит к изменению фазового состава - образованию тройных алюминатов; при твердофазном синтезе также наблюдается изменение фазового состава, однако, система не находится в равновесном состоянии (присутствуют непрореагировавшие исходные оксиды);

- синтезированные образцы плавятся при более низких (по сравнению с температурами плавления двойных эвтектик E₁ и Е₂) температурах; их плавление по данным ДТА происходит в интервале температур солидус - ликвидус (~ 1550÷1650°С (± 50°С)). Это свидетельствует о том, что синтезированный материал не является строго эвтектическим и изменение химического состава расплава в процессе пропитки пористой вольфрамовой матрицы катода может приводить к изменению химического состава эмиссионного вещества катода по глубине.

Этот факт был подтвержден при исследовании образцов группы D.

Пропитка вольфрамовой матрицы активным веществом проводилась по стандартной технологии изготовления металлопористых катодов. Вольфрамовая матрица (полученная прессованием и высокотемпературным спеканием вольфрамового порошка) пористостью ~20% в виде таблетки диаметром 10 мм, высотой 6 мм и с насыпанным на верхнюю поверхность порошком измельченного образца группы С нагревалась в водородной печи до 1800°С с 5-минутной выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением до комнатной температуры. Анализ однородности пропитки матрицы выполняли на поперечном шлифе методами РЭМ и РСМА.

Локальный анализ химического состава эмиссионного вещества в порах вольфрамовой матрицы показал его изменение по глубине катода (область составов Р₁ на рис. 1). Полученные результаты позволили предположить, что эмиссионное вещество состава Е, заполнившее наиболее удаленные от поверхности поры, является эвтектическим и обладает наименьшей температурой плавления.

Для проверки этого предположения были изготовлены группы образцов Е, F, G с использованием смеси оксидов алюминия, иттрия, лантана состава Е (Y₂O₃:La₂O₃:Al₂O₃ - 33:16:51 вес. %). Проведенные исследования образцов подтвердили, что синтезированное из этой смеси оксидов вещество является тройной эвтектикой с температурой плавления 1530°С (± 15°С), и его использование позволяет снизить температуру пропитки катода до 1700°С и обеспечивает однородность химического и фазового состава эмиссионного вещества на всю глубины пропитки металлопористого катода.

Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки.

1. Кудинцева Л.А. и др. Термоэлектронные катоды, изд. «Энергия», М.П. 1966 г. стр. 205.,

2. Тагути Тадакори и др. Патент Японии 52-185339, H01J 1/20, 29/04 от 30.01.84 г.),

3. Смирнов В.А. и др., Патент RU 2342732 С1 от Металлопористый пропитанный катод для магнетрона

4. Торопов Н.А. и др. Диаграммы состояния силикатных систем. Справочник. - М.: Наука, 1965.

Эмиссионный материал на основе алюминатов иттрия и лантана для металлопористых пропитанных катодов мощных вакуумных электронных приборов, получаемый методом твердофазного синтеза или плавления из смеси оксидов алюминия, иттрия и лантана, отличающийся тем, что используемая в качестве материала для его синтеза смесь оксидов имеет состав, вес.%:

Y₂O₃	3
La₂O₃	16
Al₂O₃	остальное

Изобретение относится к способам формирования структурированного рентгеновского экрана, с помощью которого изображение, переданное в рентгеновских или гамма-лучах, становится контрастным в оптическом диапазоне спектра, и предназначенного для регистрации рентгеновского или гамма-излучения. Технический результат - повышение однородности свечения по площади структурированного экрана.

Катодно-подогревательный узел для электронно-лучевой пушки // 2756845

Изобретение относится к электротехнике, в частности к приборам и устройствам для термообработки материалов и изделий в вакууме и может быть использовано в конструкции электронно-лучевой пушки для плавки тугоплавких металлов. Технический результат - повышение надежности и увеличение ресурса работы катодно-подогревательного узла, повышение степени равномерности плотности электронного пучка с основного катода электронного накала.

Газоразрядное устройство для обработки плазмой при атмосферном давлении поверхности биосовместимых полимеров // 2751547

Изобретение относится к области генерации низкотемпературной неравновесной аргоновой плазмы при атмосферном давлении и может быть использовано при создании источников холодной плазмы на основе слаботочного поверхностного разряда в аргоне атмосферного давления с диэлектрическим барьером на аноде, как одного из эффективных способов модификации поверхностных свойств биосовместимых полимеров, в частности, политетрафторэтилена, методом плазменной обработки.

Молекулярно-напыленный оксидный катод // 2747505

Изобретение относится к прямонакальным молекулярно-напыленным оксидным катодам (МНОК), применяемым в электронной технике в электровакуумных приборах СВЧ, а именно в циклотронных защитных устройствах (ЦЗУ). 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 снабжен выводами-держателями.

Способ изготовления автоэмиссионного катода на основе микроканальных пластин // 2743786

Изобретение относится к области электротехники, приборам вакуумной электроники, а именно к способу изготовления автоэмиссионных катодов на основе сборки из двух (шеврон) или трех (Z-сборка) микроканальных пластин (МКП). Способ изготовления катода на основе микроканальных пластин включает формирование катодной структуры нанесением углеродного слоя на поверхность первой МКП сборки, содержащей большое число микроструктур с каналами.

Способ получения мелкодисперсного порошка интерметаллида pd5ba // 2741940

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению мелкодисперсного порошка интерметаллида Рd5Ва. Может использоваться для изготовления катодов.

Полупрозрачный фотокатод // 2738459

Изобретение относится к области фотоэлектронных приборов и может быть использовано для изготовления полупрозрачных фотокатодов для быстродействующих фотоэлектронных умножителей, электронно-оптических преобразователей с функцией запирания фотокатода, работающих в импульсном режиме в видимой, и/или в ближней ультрафиолетовой, и/или в ближней инфракрасной областях спектра оптического излучения.

Плазменная антенна // 2736811

Изобретение относится к физике плазмы и антенной технике. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств, используемых в качестве приемо-передающих антенн.

Способ изготовления холодного катода // 2717526

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении электронных приборов, а также для инжекции зарядов в объём конденсированных сред при криогенных температурах. Слой углеродных нанотрубок наносят на металлическую подложку осаждением в дуговом разряде.

Способ получения электрического тока // 2716266

Способ получения электрического тока относится к области электротехники и может быть использован для промышленного производства электроэнергии. Электроэнергию получают путем создания между эмиттером и анодом электровакуумного прибора, содержащего эмиттер, коллектор и анод, электростатического поля, с помощью которого совместно вызывают автоэлектронную эмиссию и перемещают образовавшийся поток электронов от эмиттера к коллектору, а возникающую при этом разность потенциалов между коллектором и эмиттером используют для получения постоянного тока в подключенной к ним цепи полезной нагрузки.

Взрывоэмиссионный катод электронной пушки // 2760980

Изобретение относится к сверхвысокочастотной технике и может быть использовано при разработке катодов электронных пушек в интересах создания мощных генераторов сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения. Технический результат - повышение степени однородности создаваемой при взрывной эмиссии плазмы, обеспечение технологичности сборки и экономия расходного материала. На катододержателе установлено два защитных электрода, сборка, составленная из чередующихся элементов с эмитирующими и не эмитирующими поверхностями, размещена между защитными электродами. В сборке элементы с эмитирующей поверхностью образуют общую радиально симметричную поверхность, характеризующуюся способностью к возникновению взрывной эмиссии. Общая радиально симметричная поверхность сформирована из чередующихся в сборке элементов с эмитирующими поверхностями, выполненных в форме круговых колец, причем эти элементы сложены в сборку таким образом, что их кромки в сборке образуют поверхность в форме тела вращения, в сборке эти элементы чередуются с элементами с неэмитирующими поверхностями в форме дистанционных колец. При этом во взрывоэмиссионном катоде круговые кольца с эмитирующей поверхностью могут быть выполнены из вольфрама. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.