электровакуум.приборы (Гуртовник А. Г., Точинский Е. Г., Яблонский Ф. М. - Электровакуумные приборы и основы их конструирования), страница 9

П рименение чистых сортов никелевых сплавов (не более 0,015% примесей) для изготовления керна катода и губки предотвращает образование запирающего слоя. Оксидно торцевые катоды представляют собой керн из тугоплавкого металла, на поверхности которого находится спеченная губка, как правило, из такого же материала, что и керн. В порах губки распределена окись тория и атомы свободного торна. К оксидно-ториевым катодам предъявляется ряд специальных требований, связанных с условиями нх эксплуатации в приборах СВЧ, генераторных лампах и других приборах: большие плотности тока в непрерывном и импульсном режимах, устойчивость активного слоя к электронной и ионной бомбардировке, отсутствие распьиения активного слоя при высокой рабочей температуре, устойчивость к отравлению и искрению. При изготовлении оксидно-ториевых катодов в качестве материалов керна катодов используют тугоплавкие чистые металлы: тантал (ТВЧ), молибден (МЧ), вольфрам (ВА-Зи), рений. Для улучшения сцепления активного слоя с керном катода последний покрьвают порошком тугоплавкого металла (губчатое покрытие) .

з После операции спекания в губчатое покрытие метоцом пульве нации или катафореза вводят активное вещество — окись тория. Окись Р- тория устойчива на воздухе в отличие от оксидов щелочноземельных металлов. Поэтому эти катоды первоначально обычно обезгаживаются до монтажа катода в прибор, что сокращает время откачки прибо а. Р ° Активирование оксидно-ториевого катода производится в приборе и заключается в восстановлении атомов тория из оксида при медленном повышении температуры. Максимальная температура активирования для катодов косвенного накала около 1800 К и приблизительно 2400 К для прямоканальных. П ри нагревании катода до указанных температур происходят следующие процессы: восстановление свободного тория вольфрамом Т(то + Ц1 — Т)т + троя; образование свободного торна в процессе термической диссоциации оксида тория ТЬОа~~ТЬ+ Оа.

Оксидно-ториевый катод, так же как и оксндный, является полупроводником с электронной проводимостью (рис. 3.5). Достоинством оксидно-ториевого катода является: стойкость активного вещества к 40 5) а) рнс. 3.5. Конструкция скснднс.тсрнеаых катодов: а, б — катоды кссаеннсгс накала; а — катод прямого накала отравлению, электронной и ионной бомбардировкам, отсутствие искрения. В нем отсутствует запирающий спой, вследствие чего такие катоды могут работать в импульсном режиме при больших плотностях тока катода. В непрерывном режиме эти катоды обеспечивают плотность тока до нескольких ампер на 1 сма, а в импульсном — до 20 А1сма.

Работа выхода оксидно-ториевого катода около 2,5 — 2,7 эВ, а рабочая температура 1600-1800 К. 3.6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ЭФФЕКТИВНЫХ КАТОДОВ Металлокапиллярные катоды (ь" -катоды) относятся к пленочным термокатодам, в которых одноатомная пленка бария непрерывно пополняется за счет поступления атомов бария из специальной камеры с большим запасом активного вещества (рис.

3.6). Катод состоит из молибденового корпуса 1, в камере которого содержится активное вещество 2 — карбонат бария нли двойной карбонат бария-стронция. Сверху в корпус запрессован колпачок нли цилиндр из пористого вольфрама (губки) 3, изготовленного из порошка марки ВЧДК. Толщина губки не превышает 1 мм, а размер ее пор около 0,8 — 1,2 мкм. Нагрев катода до требуемой температуры осуществляется подогревателем 4. Изготовление ь-катодов сводится к получению пористой вольфрамовой губки, формированию молибценового корпуса, сочленению его с вольфрамовым колпачком (цилиндром), термическому обезгаживанию и актнвированию.

К достоинствам Т,-катодов следует отнести высокую надежность и электрическую прочность, устойчивость к ионной бомбардировке, большую плотность тока как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Недостатками являются сложность изготовления, интенсивное испарение активного вещества и напыление его на электроцы, что приводит к нежелательной эмиссии с их поверхностей. Л-катоды используют в 41 Рис, З.б. Схема й -катода Рис. 3.7. Пропитанный катод: 1 — мопибдвновый корпус; 2 — подогреватепгч 3 — губка; 4 — донышко приборах СВЧ, некоторых типах электронно-лучевых приборов. Рабочая температура Л-катода лежит в интервале 1350 — 1420 К, долговечность достигает 5000 ч при плотности тока порядка 2 А/см .

В мегаллолористых, прессованных и пропитанных катодах в отличие от Л-катодов запас активного вещества помещается не в специальной камере, а в порах самой губки. Исходными компонентами прессованных катодов являются тугоплавкнй металлический порошок (обычно вольфрам) и активное вещество — апюминаты или вольфраматы бария и кальция. Эти компоненты после тщательного пейпемешивания спрессовывают при удельном давлении (15 + 20) 10 Н/см .

У пропитанных, или импрегнированных, катодов пористая вольфрамовая губка пропитана алюминатами, вольфраматами и силикатами щелочноземельных металлов (рис. 3.7) . Технология изготовления таких катодов заключается в следующем. Из вольфрамового порошка изготовляют штабики. Для улучшения механической обработки их меднят, после чего из них вытягивают катоды требуемой формы, вьправливают и испаряют медь. Пропнтка губки активным веществом производится в водороде при температуре 2000 — 2100 К.

После очистки губки от избытка активного вещества ее закрепляют пайкой, электронно-лучевой сваркой или другими способами. Как и /.-катоды, прессованные и пропитанные катоды обладают стойкостью к тепловым перегрузкам, ионной бомбардировке и остаточным газам, что является ценным при использовании в СВЧ-приборах. К недостаткам прессованных и пропитанных катодов следует отнести большую скорость испарения активных веществ и высокую рабочую температуру. Рабочая температура прессованных и пропитанных катодов около 1400 К, их долговечность достигает нескольких тысяч часов при удельной эмиссии 6 А/смт. Рассмотренные катоды применяются в основном в приборах СВЧ.

Катоды иа основе итгрия и рюткоземельиых элементов — разновидность оксидно-ториевых катодов. Активным веществом этих катодов 42 3 2 7 Рис. 3.8. Конструкцня матаплокерамического катода: 1 — молибденовый керн; 2 — металяокерамические шайбы; 3 — молнбденовое кольцо Рис. 3.9. Прямонакаяьный гексаборидиый катод: 1 — тантаповая лента; 2 — эмиссионное покрытие являются оксиды редкоземельных элементов группы 'лантаноидов: лантана, лютеция, гадолиния, а также иттрия. Исследования оксгщов редкоземельных элементов показали их повышенную стойкость при высоких температурах к электронной и ионной бомбардировкам и достаточно высокие эмиссионные свойства по сравнению с торием. Как и у оксидно-ториевых катодов, активное вещество вводят в губчатую поверхность катода. Рабочая температура катодов на основе оксидов лютеция и гадолиния адолиния около 1400 К лантана несколько ниже, \ а иттрия примерно 1600 — 1700 К.

Мегаллокерамические катоды (керметкатоды) изготовляют из порошков вольфрама, оксидов тория, иттрия и редкоземельных элементов методами металлокерамики, т. е. путем прессования заготовок требуемых размеров и последующего спекания в атмосфере водорода при высокой температуре (рис.

3.8) . В процессе актнвирования на поверхности катода образуется моно- атомная равном ерная пленка тория или редкоземельных металлов. 05 А смт в имУдельная эмиссия составляет в непрерывном режиме 0,5 А/см, в импульсном — до 15 А/смт. Долговечность металлокерамических катодов при температуре 1500 — 1900 К достигает нескольких тысяч часов, Эти катоды по сравнению с губчатыми имеют более гладкую по- и, еле овательно, менее подвержены искрению, Наличие большого запаса активного вещества на большой глубине увеличивает долговечность этого катода.

Керметкатодь р г п нменяют в СВЧ- приборах типа М, Гексяборидные катоды представляют собой соединения бора с редкоземельными элементами. Чаще всего применяют катоды, активная поверхность которых состоит из гексаборида л нтан . у а а. Г бчатые катоды изготовляют путем нанесения порошка гексаборид а лантана на металлическую подложку, например тантал нли молибден. ен. Эти металлы меньше 43 других взаимодействуют с гексаборидами.

Прессованные катоды получают из порошков гексаборида лантана и вольфрама. При рабочей тем, пературе 1700 — 1900 К эффективность составляет 30-50 мА/Вт. Ценным свойством гексаборидных катодов является стойкость ра. боты при повышенных давлениях остаточного газа (до 10' Па). Катоды на основе гексаборида лантана применяют в разборньзх электронно-лучевых установках, а также в манометрических датчиках. Основным недостатком гексаборидпых катодов является высокая рабочая температура (около 1920 К), обусловливающая высокую испаряемость активного вещества, из-за чего их долговечность не превышает 500 ч. Пример конструкции гексаборидного катода показан на рис.