JPH028413B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
説明の要約:
カソード表面からの一様な電子放射を生ぜしめ
るために毛穴ほどの大きさの孔の適当なパターン
をその上に有する穿孔された金属箔で電子放射物
質の蓄積を覆うことによつて、デイスペンザー・
カソードが製造される。その電子放射物質は、空
気中における酸化バリウムの化学反応を最少にす
るためワツクス又は樹脂材料で含浸された酸化バ
リウムのペレツトの形をなす。含浸された酸化バ
リウムのペレツトは穿孔された箔と支持構造との
間にサンドウイツチ状にはさまれ、その支持構造
に対して箔が溶接される。真空管のベークアウト
の間、又はそれに続くカソードの活性化の間に、
ワツクス又は樹脂材料は蒸発し、酸化バリウムは
孔を通り抜けて箔の表面を一様に覆う。箔におけ
る孔の所望のパターンは写真石版法により、又は
突出する柱体の配列を有する基板の上に箔を形成
する(例えば化学的蒸着法、スパツタリング法、
蒸着法又は焼結法などにより)ことにより、実現
される。写真石版法を用いる場合には、孔の所望
のパターンが箔の上に直接に化学的にエツチング
され、柱体の配列を有する基板の上に箔を形成す
る技術を用いる場合には、突出した柱体を持つた
基板は箔が形成された後に化学的エツチングによ
り除去される。孔を形成するために何れの技術を
用いる場合にも、カソード表面の選ばれた部分に
ジルコニウム又はグラフアイトなどのような反応
性物質の層を被着させることによつて、シヤド
ウ・グリツドもカソード表面の一体となつた部分
として形成することが出来る。この反応性物質の
層は、カソード表面上の選ばれたパターンの上に
おいて酸化バリウムの電子放射層の形成を阻止す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Summary of the Description: An electron emissive material in a perforated metal foil having a suitable pattern of pore-sized pores thereon to produce uniform electron emission from the cathode surface. By covering the buildup of
A cathode is manufactured. The emissive material is in the form of barium oxide pellets impregnated with a wax or resin material to minimize chemical reactions of the barium oxide in the air. The impregnated barium oxide pellets are sandwiched between a perforated foil and a support structure, and the foil is welded to the support structure. During tube bakeout or subsequent cathode activation,
The wax or resin material evaporates and the barium oxide passes through the pores and evenly covers the surface of the foil. The desired pattern of holes in the foil can be formed by photolithography or by forming the foil on a substrate with an array of protruding columns (e.g. chemical vapor deposition, sputtering,
This is achieved by a vapor deposition method, a sintering method, etc.). When using photolithography, the desired pattern of holes is chemically etched directly onto the foil, and when using a technique that forms the foil on a substrate with an array of columns, the desired pattern of holes is etched directly onto the foil. The substrate with columns is removed by chemical etching after the foil is formed. Whichever technique is used to form the pores, the shadow grid can also be made into a cathode by depositing a layer of a reactive material such as zirconium or graphite on selected portions of the cathode surface. It can be formed as an integral part of the surface. This layer of reactive material prevents the formation of an emissive layer of barium oxide over the selected pattern on the cathode surface.
本発明は、マイクロ波管や線状ビーム装置に一
般に応用されるデイスペンザー・カソードの製造
技術における一層の発展をなし遂げたものであ
る。 The present invention represents a further development in the art of manufacturing dispenser cathodes commonly applied to microwave tubes and linear beam devices.
従来は、デイスペンザー・カソードの電子放射
表面は、その孔に電子放射物質を充した多孔性金
属マトリツクスで作られるか、又は電子放射物質
の蓄積を覆う多孔性の金属プラグで作られた。 Traditionally, the emissive surface of a dispenser cathode has been made of a porous metal matrix whose pores are filled with emissive material, or a porous metal plug that covers the accumulation of emissive material.
従来のデイスペンザー・カソードの多孔性金属
体は、それが電子放射物質を充したマトリツクス
であるか電子放射物質の蓄積を覆う多孔性のプラ
グであるかに拘らず、首尾一貫して一様な孔の大
きさ、孔の長さ及び表面上での孔の間の間隔を持
つものではなかつた。その結果として、従来のデ
イスペンザー・カソードはその表面からの一様で
ない電子放射を示す傾向があつた。 The porous metal body of a conventional dispenser cathode, whether it is a matrix filled with emissive material or a porous plug covering an accumulation of emissive material, has consistently uniform pores. size, pore length and spacing between pores on the surface. As a result, conventional dispenser cathodes tended to exhibit uneven electron emission from their surfaces.
米国特許第4101800号(1978年7月18日許可)
は、穿孔された金属箔によつて覆われた電子放射
物質の蓄積から成るデイスペンザー・カソードを
説明している。その孔のパターンは、その表面を
一様に覆うような方法で蓄積から箔表面へ電子放
射物質を移動させるようになつており、それによ
り事実上一様な電子放射能を持つたカソード表面
を提供する。然しながら、従来の技術は、この米
国特許第4101800号に記載された種類の穿孔され
た金属箔を製造する実施可能な方法を開発しなか
つた。その結果、一様な表面多孔度を有するデイ
スペンザー・カソードの製造は、従来は商業的に
実現出来なかつた。 U.S. Patent No. 4101800 (granted July 18, 1978)
describe a dispenser cathode consisting of an accumulation of electron emissive material covered by a perforated metal foil. The pattern of pores is such that it transports emissive material from the accumulation to the foil surface in such a way that it uniformly covers the surface, thereby creating a cathode surface with virtually uniform emissivity. provide. However, the prior art has not developed a viable method for manufacturing perforated metal foils of the type described in this patent. As a result, the production of dispenser cathodes with uniform surface porosity has not heretofore been commercially viable.
本発明の一目的は、一様な表面多孔度を有しそ
れにより表面からの一様な電子放射を実現できる
処の、デイスペンザー・カソードを製造する方法
を提供することである。 One object of the present invention is to provide a method for manufacturing a dispenser cathode having uniform surface porosity, thereby achieving uniform electron emission from the surface.
本発明の附随的な一目的は、一様な電子放射を
行う表面を提供するためにデイスペンザー・カソ
ードの表面の多孔度を制御する方法を提供するこ
とである。 An additional object of the present invention is to provide a method of controlling the porosity of the surface of a dispenser cathode to provide a surface with uniform electron emission.
本発明の別の一目的は、カソード表面の浸炭及
び酸化を最小にする方法によつて一様な表面多孔
度を有するデイスペンザー・カソードを製造する
ことである。 Another object of the present invention is to produce a dispenser cathode with uniform surface porosity by a method that minimizes carburization and oxidation of the cathode surface.
本発明の詳細な一目的は、電子放射表面の浸炭
を最小にする接合技術を使用して穿孔された箔と
支持構造との間に電子放射物質の蓄積をサンドウ
イツチ状にはさむことによつて、その表面からの
電子放射の一様なパターンを有するデイスペンザ
ー・カソードを製造する方法を提供することであ
る。 One particular object of the present invention is to sandwich the accumulation of emissive material between a perforated foil and a support structure using bonding techniques that minimize carburization of the emissive surface. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a dispenser cathode having a uniform pattern of electron emission from its surface.
本発明の上述の諸目的を達成するために、低い
仕事関数を有する物質(例えば酸化バリウム)の
或る量が支持構造の上に配置され、一様な寸法を
持ち一様に分布された孔の所望のパターンを有す
る耐火性金属又は白金群金属の薄い箔がその酸化
バリウムを覆うように支持構造の上に配置され
る。接着過程のための加熱作用を局限するため
に、その箔はレーザー溶接によつて支持構造に接
着される。カソードの製造の間に酸化バリウムが
空気中の水分と化学的に反応するのを阻止するた
め、酸化バリウムの特別に処理されたペレツトが
使用される。この酸化バリウムのペレツトは、炭
酸バリウムの中実のペレツトを真空中で加熱して
二酸化炭素を放出し、それにより酸化バリウムの
多孔性ペレツトをあとに残すことにより作られ
る。酸化バリウムの多孔性ペレツトはそれからワ
ツクスで含浸されるか、又はメタクリル酸メチル
若しくはニトロセルロースなどのような樹脂材料
で含浸されて、酸化バリウムを覆つた保護被覆を
設ける。このような保護被覆が無いと、酸化バリ
ウムから水酸化バリウムへの急速な化学的還元作
用が生ずる。水酸化バリウムは電子放射物質とし
て使用することは出来ない。 To achieve the above objects of the present invention, a quantity of a material with a low work function (e.g. barium oxide) is placed on the support structure to form pores of uniform size and uniform distribution. A thin foil of refractory metal or platinum group metal having the desired pattern is placed over the support structure to cover the barium oxide. In order to limit the heating effect for the bonding process, the foil is bonded to the support structure by laser welding. Specially treated pellets of barium oxide are used to prevent the barium oxide from chemically reacting with moisture in the air during cathode manufacture. The barium oxide pellets are made by heating solid pellets of barium carbonate in a vacuum to release carbon dioxide, thereby leaving behind porous pellets of barium oxide. The porous pellets of barium oxide are then impregnated with wax or with a resinous material such as methyl methacrylate or nitrocellulose to provide a protective coating over the barium oxide. Without such a protective coating, rapid chemical reduction of barium oxide to barium hydroxide occurs. Barium hydroxide cannot be used as an electron emitting material.
本発明に依るデイスペンザー・カソードの製造
においては、空気中における急速な化学反応を防
止するためにワツクス若しくは樹脂材料を含浸さ
れた酸化バリウムのペレツトが、カソード構造の
金属支持部材の表面上に置かれる。穿孔された箔
が酸化バリウムのペレツトの上を覆つて置かれ、
それから金属支持部材に溶接される。レーザー溶
接は接近の制限された領域で行うことが可能であ
り且つ溶接過程の加熱作用を局限する効果がある
ので、レーザー溶接技術が望ましい。電子管のベ
ークアウト処理の間又はカソードの活性化の間に
発生される熱がワツクス又は樹脂性材料を酸化バ
リウムのペレツトから蒸発させる。 In manufacturing a dispenser cathode according to the invention, barium oxide pellets impregnated with a wax or resin material to prevent rapid chemical reactions in the air are placed on the surface of the metal support member of the cathode structure. . A perforated foil is placed over the barium oxide pellets,
It is then welded to the metal support member. Laser welding techniques are desirable because they can be performed in areas with limited access and are effective in localizing the heating effects of the welding process. The heat generated during the electron tube bakeout process or cathode activation causes the wax or resinous material to evaporate from the barium oxide pellets.
本発明に依る一様な孔寸法と分布とを有する穿
孔された金属箔は写真石版技術によつて得られ、
その技術においては孔のパターンがタングステン
又はモリブデンなどのような耐火性金属の箔に化
学的にエツチングされる。孔が形成された後、そ
の箔はイリジウム、オスミウム若しくはその他の
或る白金群金属で被覆される。典型的な値を示せ
ば、タングステン又はモリブデンの箔は0.0254mm
(0.001インチ)の厚さであり、その上の被覆は約
1ミクロンの厚さである。 The perforated metal foil with uniform pore size and distribution according to the invention is obtained by photolithography technology,
In that technique, a pattern of holes is chemically etched into a foil of refractory metal, such as tungsten or molybdenum. After the holes are formed, the foil is coated with iridium, osmium or some other platinum group metal. Typical values for tungsten or molybdenum foil are 0.0254mm
(0.001 inch) thick and the overlying coating is about 1 micron thick.
別の方法としては、本発明による一様な寸法を
持ち一様に分布された孔の所望のパターンを有す
る箔は、適当な寸法を持ち適当な間隔をあけてそ
れから突出する柱体の配列を有する基板の上に白
金群金属を被着させることによつて作つてもよ
い。このような基板の上にその金属層が、典型的
なものとして、0.0127mm(0.0005インチ)乃至
0.0381mm(0.0015インチ)の厚さまで被着された
後、その基板は突出する柱体と共に、化学的エツ
チング又は蒸発により除去される。基板の上への
白金群金属層の被着は、化学的蒸着法、スパツタ
リング法、電気メツキ法又は蒸着法によつて行う
ことが出来る。このような技術は当業者には周知
である。別の方法としては、金属の微粒子(直径
が1ミクロン以下の粒子)を金属の上にロール圧
着し続いてその圧着体を焼成して多孔性の層を形
成することによつて、その金属層を作つても良
い。その基板はフエトエツチング及びその後の蒸
発作用を受入れる任意の材料で作れば良く、それ
により柱体がフオトエツチング法によつて作ら
れ、又それにより突出する柱体を含む基板全体が
後に化学的エツチング又は蒸発又はその両者によ
りその上を覆つている箔から除去される。適当な
基板材料はモリブデン、アルミニウム及び銅であ
る。 Alternatively, a foil having a desired pattern of uniformly sized and uniformly distributed holes according to the present invention may be provided with an array of appropriately sized and appropriately spaced columns projecting therefrom. It may be made by depositing a platinum group metal onto a substrate having a platinum group metal. The metal layer on such a substrate typically ranges from 0.0127 mm (0.0005 inch) to
After being deposited to a thickness of 0.0015 inches, the substrate, along with the protruding columns, is removed by chemical etching or evaporation. The platinum group metal layer can be deposited onto the substrate by chemical vapor deposition, sputtering, electroplating or vapor deposition. Such techniques are well known to those skilled in the art. Another method is to roll press fine metal particles (particles with a diameter of 1 micron or less) onto the metal and then sinter the pressed body to form a porous layer. You can also make one. The substrate may be made of any material that is amenable to photoetching and subsequent evaporation, such that the columns are formed by the photoetching process and the entire substrate, including the protruding columns, is subsequently chemically etched. It is removed from the overlying foil by etching and/or evaporation. Suitable substrate materials are molybdenum, aluminum and copper.
シヤドウ・グリツドを電子放射物質を蓄積を覆
う箔の一体となつた部分として構成することは、
本発明の範囲内に入る。この事を実現するために
は、シヤドウ・グリツドとして働くように予定さ
れた箔の領域は、ジルコニウム又はグラフアイト
などのような非電子放射物質で覆われる。カソー
ド表面の特定の穿孔されない領域の上に被覆され
た非電子放射物質は、これらの領域からの電子放
射を抑制し、それにより、非衝突性グリツド付き
電子銃におけるシヤドウ・グリツドと同様に働
く。 Constructing the shadow grid as an integral part of the foil covering the emissive material deposits
It is within the scope of the invention. To accomplish this, the area of the foil intended to act as a shadow grid is coated with a non-emissive material such as zirconium or graphite. Non-emissive material coated over certain unperforated areas of the cathode surface suppresses electron emission from these areas, thereby acting similar to a shadow grid in a non-colliding gridded electron gun.
本発明の諸目的を達成するためのその他の方法
は、添附図面を参照してその実施例についての以
下の説明を熟読すれば、当業者には明らかとなる
であろう。 Other ways of achieving the objects of the invention will become apparent to those skilled in the art upon reading the following description of the embodiments thereof, with reference to the accompanying drawings.
第1図は本発明によるデイスペンザー・カソー
ド10を示す。このカソード構造は、酸化バリウ
ム又は酸化バリウムと酸化カルシウム若しくは酸
化ストロンチウム若しくはそれら両者とを組合わ
せた混合物などのような、熱電子放射物質の蓄積
12を覆う電子放射面11を具備する。 FIG. 1 shows a dispenser cathode 10 according to the present invention. The cathode structure comprises an electron emissive surface 11 covering an accumulation 12 of thermionic emissive material, such as barium oxide or a mixture of barium oxide and calcium oxide or strontium oxide or a combination of both.
電子放射面11は中空の細長い部材13の上に
支持された孔のある金属箔であり、その部材はク
ライストロン若しくは進行波管などのような電子
管の内部に取付けることが出来る。支持部材13
は耐火性物質で作られ、800゜乃至1100℃の範囲の
温度を支持構造13の内部に実現するように電力
を消費することのできるタングステンなどのよう
な物質で作られたヒーター・コイル14を包囲す
る。支持構造13は全体がタングステン若しくは
モリブデンなどのような耐火性金属で作られても
よいし、或いはそれは、その下部がアルミナ若し
くはベリリアなどのような耐火性絶縁材料で作ら
れその下部が耐火性金属で作られた複合構造を持
つていても良い。 The electron emitting surface 11 is a perforated metal foil supported on a hollow elongated member 13 which can be mounted inside an electron tube such as a klystron or traveling wave tube. Support member 13
is made of a refractory material and has a heater coil 14 made of a material such as tungsten or the like capable of dissipating electrical power to achieve a temperature within the support structure 13 in the range of 800° to 1100°C. surround. The support structure 13 may be made entirely of a refractory metal, such as tungsten or molybdenum, or it may be made of a refractory insulating material, such as alumina or beryllia, with its lower part made of a refractory metal. It may also have a composite structure made of.
第1図に示されているように、支持構造13の
上部は、タングステン、タンタル若しくは多孔性
タングステン含浸材料などのような耐火性金属の
ブロツク15を保持するような形状にされてい
る。ブロツク15は別の部である必要はなく、均
質な支持構造13の一体化された部分として作ら
れても良い。 As shown in FIG. 1, the top of the support structure 13 is shaped to hold a block 15 of refractory metal, such as tungsten, tantalum, porous tungsten impregnated material, or the like. Block 15 need not be a separate part, but may be made as an integral part of homogeneous support structure 13.
耐火性金属ブロツク15の上面には、700℃以
上の温度で熱電子放射により電子を放射する物質
の蓄積12が設けられている。蓄積12は、典型
的なものでは、酸化バリウムの層から成る。然し
ながら、先に論じたように、蓄積層12は、その
デイスペンザー・カソード10が取付けられるべ
き電子管を使用しようとする特定の用途の如何に
よつては、酸化バリウムと酸化カリウム若しくは
酸化ストロンチウム又はそれら両者との組合せの
混合物から成るものでもよい。蓄積層12の頂部
には金属箔11が配置される。その箔11は、蓄
積層12を定位置に保持するキヤツプ構造をなし
て配置される。箔11は、蓄積層12を構成する
電子放射物質の化学的分解を最小にするように接
着技術の加熱作用を局限するレーザー溶接などの
ような、適当な技術によつて支持構造13の外側
の垂直壁面に接着される。 The upper surface of the refractory metal block 15 is provided with an accumulation 12 of a substance that emits electrons by thermionic radiation at temperatures above 700°C. The reservoir 12 typically consists of a layer of barium oxide. However, as discussed above, the storage layer 12 may contain barium oxide and potassium oxide or strontium oxide, or both, depending on the particular application for which the electron tube to which the dispenser cathode 10 is to be installed is intended. It may also consist of a mixture of combinations of A metal foil 11 is placed on top of the storage layer 12 . The foil 11 is arranged in a cap structure that holds the storage layer 12 in place. The foil 11 is attached to the outside of the support structure 13 by a suitable technique, such as laser welding, which localizes the heating effect of the adhesive technique so as to minimize chemical decomposition of the emissive material that constitutes the storage layer 12. Glued to a vertical wall.
酸化バリウムは、空気にさらされる時には、空
気中の水分によつて水酸化バリウムに急速に変換
される。78℃において融解する水酸化バリウムは
熱電子放射物質としては働かない。従つてカソー
ドの表面への酸化バリウム層の添加は、従来は、
その製造が行われる周囲条件の厳しい制御を必要
とした。 When barium oxide is exposed to air, it is rapidly converted to barium hydroxide by the moisture in the air. Barium hydroxide, which melts at 78°C, does not act as a thermionic emitter. Therefore, the addition of a barium oxide layer to the surface of the cathode has traditionally been
It required tight control of the ambient conditions in which its manufacture took place.
本発明に依れば、酸化バリウム蓄積層12は、
次のような技術により耐火性金属ブロツク15の
頂面に附加される。先づ炭酸バリウムの中実のペ
レツトが真空中で加熱されて二酸化炭素を放出
し、化学反応式BaCO3→BaO+CO2に従つて酸
化バリウムを後に残す。二酸化炭素が放出された
後に残る酸化バリウムのペレツトは極めて多孔性
である。次に多孔性の酸化バリウムのペレツト
は、なお真空中にある間に、エイコサンなどのよ
うなワツクスか、又はメタクリル酸メチル若しく
はニトロセルロースなどのような樹脂材料で含浸
される。酸化バリウムのペレツトに滲透するこの
ワツクス又は樹脂の被覆は、水分を含む空気中で
水和作用を生じないようにペレツトを保護する。
このような被覆されたペレツトは、例えば真空室
をアルゴンで満たすことにより不活性雰囲気中で
作るなどの、周知の技術により所望の量だけ容易
に作ることが出来る。 According to the invention, the barium oxide storage layer 12 is
It is attached to the top surface of the refractory metal block 15 by the following technique. A solid pellet of barium carbonate is first heated in a vacuum to release carbon dioxide and leave behind barium oxide according to the chemical reaction BaCO 3 →BaO + CO 2 . The barium oxide pellets that remain after the carbon dioxide is released are extremely porous. The porous barium oxide pellets, while still in vacuum, are then impregnated with a wax such as eicosane or a resinous material such as methyl methacrylate or nitrocellulose. This wax or resin coating, which permeates the barium oxide pellets, protects them from hydration in moist air.
Such coated pellets can be readily produced in desired quantities by well-known techniques, such as in an inert atmosphere by filling a vacuum chamber with argon.
ワツクス含浸又は樹脂含浸された酸化バリウム
のペレツトはそれから、耐火性金属ブロツク15
の表面の上に置かれる。それから孔をあけられた
金属箔11が酸化バリウムのペレツトを覆うよう
に配置され、箔11の周囲はそれからレーザー溶
接によつて支持構造13の外側壁面に封着され
る。後に電子管のベークアウトの間、又はカソー
ドの活性化工程の間に、それにより発生される熱
が箔11の孔を通してワツクス又は樹脂から成る
保護物質をペレツトから蒸発させる。この技術に
よつて、酸化バリウム電子放射層12が通常の大
気中の条件下で附加できるだけでなく、その層1
2は箔11の表面の浸炭若しくは酸化を生ぜしめ
ることなく動作温度まで加熱されることが可能で
ある。 The wax-impregnated or resin-impregnated barium oxide pellets are then formed into a refractory metal block 15.
placed on the surface of A perforated metal foil 11 is then placed over the barium oxide pellet, and the perimeter of the foil 11 is then sealed to the outer wall of the support structure 13 by laser welding. Later, during the bake-out of the electron tube or during the activation step of the cathode, the heat thereby generated evaporates the protective substance consisting of wax or resin from the pellet through the pores of the foil 11. This technique not only allows the barium oxide electron emissive layer 12 to be applied under normal atmospheric conditions;
2 can be heated to operating temperature without causing carburization or oxidation of the surface of the foil 11.
従来の技術を使用すると、カソード活性化の間
の二酸化炭素ガスの放出によつて電子放射表面の
浸炭若しくは酸化が生ぜしめられることがある。
従来技術では、酸化バリウムの層をカソードの表
面に附加する通常の方法は、或る量の炭酸バリウ
ムを多孔性の箔で覆いそれからその箔を支持構造
に溶接することを含んでいた。続いて900℃まで
加熱することによりカソードを活性化すると、炭
酸バリウムが酸化バリウムに変換されるようにな
り、それにより二酸化炭素ガスを放出する。この
二酸化炭素ガスは隣接する金属表面(電子放射面
を含む)と反応してその浸炭若しくは酸化を生ぜ
しめる。その上浸炭された表面は酸化バリウムに
対する還元剤として働き、それにより、カソード
の動作温度において蒸発してしまう元素バリウム
を発生する。他方、本発明の技術を用いれば、ワ
ツクス含浸若しくは樹脂含浸された酸化バリウ
ム・ペレツトから二酸化炭素は放出されない。こ
のようにして、酸化バリウム蓄積層12の形成に
より箔11の表面が浸炭若しくは酸化される可能
性は無くなる。 Using conventional techniques, the release of carbon dioxide gas during cathode activation can cause carburization or oxidation of the emissive surface.
In the prior art, the usual method of applying a layer of barium oxide to the surface of a cathode involved covering a quantity of barium carbonate with a porous foil and then welding the foil to a support structure. Subsequent activation of the cathode by heating to 900°C causes the barium carbonate to be converted to barium oxide, thereby releasing carbon dioxide gas. This carbon dioxide gas reacts with adjacent metal surfaces (including electron emitting surfaces) causing their carburization or oxidation. Furthermore, the carburized surface acts as a reducing agent for barium oxide, thereby generating elemental barium which evaporates at the operating temperature of the cathode. On the other hand, using the technique of the present invention, no carbon dioxide is released from wax-impregnated or resin-impregnated barium oxide pellets. In this way, there is no possibility that the surface of the foil 11 will be carburized or oxidized due to the formation of the barium oxide accumulation layer 12.
箔11の表面全体にわたつて一様な電子放射密
度を生ぜしめるために、一様な寸法を持ち互に一
様に分布された孔のパターンが箔の表面に形成さ
れる。箔11のこのような一様な多孔度は、本発
明に依れば、次のような技術の内の1つの技術に
従つて箔11を作ることにより実現される。 In order to produce a uniform electron emission density over the entire surface of the foil 11, a pattern of holes of uniform dimensions and uniformly distributed with respect to each other is formed on the surface of the foil. Such uniform porosity of the foil 11 is achieved, according to the invention, by making the foil 11 according to one of the following techniques.
(1) 基板上への被着:
耐火性金属は白金群金属の層が、化学的蒸
着、スパツタリング、電気メツキ又は蒸着によ
つて基板の上に被着される。基板を構成する材
料は使用される被着技術の如何によつて定ま
る。その基板は一様な間隔をあけた柱体がそれ
から突出する平坦な表面を持つような形に作ら
れ、その柱体は通常の写真石版技術又はケミカ
ル・ミリング技術によつて作られる。突出する
柱体を除く基板の厚さは約0.254mm(0.01イン
チ)であることが望ましい。柱体は一般に、
0.0127mm(0.0005インチ)乃至0.0254mm
(0.0010インチ)の範囲の直径を持つた円筒形
であり、基板の平坦な表面から上方に約0.0254
mm(0.0010インチ)乃至0.0381mm(0.0015イン
チ)突出する。通常の実施例では、柱体は中心
間距離で約0.0508mm(0.002インチ)だけ間隔
をあけられている。(1) Deposition onto the substrate: The refractory metal is a layer of platinum group metal deposited onto the substrate by chemical vapor deposition, sputtering, electroplating, or vapor deposition. The materials that make up the substrate will depend on the deposition technique used. The substrate is shaped so that uniformly spaced columns have a flat surface projecting therefrom, and the columns are made by conventional photolithography or chemical milling techniques. Preferably, the thickness of the substrate, excluding the protruding columns, is about 0.254 mm (0.01 inch). The column is generally
0.0127mm (0.0005 inch) to 0.0254mm
(0.0010 inch) and approximately 0.0254 mm above the flat surface of the substrate.
mm (0.0010 inch) to 0.0381 mm (0.0015 inch) protruding. In a typical embodiment, the columns are spaced about 0.002 inches center-to-center.
デイスペンザー・カソードに使用するための
一様に孔をあけた金属箔を作る上述の第2の技
術は、第2図の図解的流れ図に例示されてい
る。段階Aにおいては、それから突出する柱体
の配列を有する基板が画かれている。これら柱
体互に一様な寸法に作られ一様な間隔をあけら
れており、通常の写真石版法又はケミカル・ミ
リングによつて基板上に作られる。段階Bにお
いては、段階Aの基板が耐火性金属又は白金群
金属の層で被覆された状態が図示されている。
使用される被覆工程の特定の種類は基板材料の
性質の如何によつて定まる。段階Cにおいて
は、段階Bの被覆された基板が、基板の柱体が
金属層の上面と同一平面上にそろつた一様な厚
さの金属層を実現するために研摩された後の状
態が図示されている。研摩は表面研削などのよ
うな通常の方法により行うことが出来る。段階
Dにおいては、段階Cにおいて作られた金属層
が、その基板(それから突出する柱体を含め
て)が除去された状態が図示されている。基板
は、基板材料の性質の如何によつて、化学的エ
ツチングや蒸発などのような通常の方法により
除去することが出来る。 The second technique described above for making a uniformly perforated metal foil for use in a dispenser cathode is illustrated in the schematic flow chart of FIG. In stage A, a substrate is defined having an array of columns projecting therefrom. The columns are uniformly sized and spaced apart and are fabricated on the substrate by conventional photolithography or chemical milling. In stage B, the substrate of stage A is shown coated with a layer of refractory metal or platinum group metal.
The particular type of coating process used will depend on the nature of the substrate material. In step C, the coated substrate of step B is polished to achieve a metal layer of uniform thickness with the pillars of the substrate flush with the top surface of the metal layer. Illustrated. Polishing can be performed by conventional methods such as surface grinding. In stage D, the metal layer produced in stage C is shown with its substrate (including the pillars protruding therefrom) removed. The substrate can be removed by conventional methods such as chemical etching, evaporation, etc., depending on the nature of the substrate material.
第2図の段階Dに図示されているような、基
板を除去された後に残る金属箔は、予め定めら
れた寸法と空間分布とを有する孔の配列を持つ
ている。この箔は第1図に示されているように
酸化バリウムの蓄積12を覆うために使用さ
れ、デイスペンザー・カソードの表面から所望
の電子放射パターンを生ぜしめる。カソードの
活性化の間に、酸化バリウムは箔11の孔を通
して上方の移行し、クヌーセン流として知られ
ている拡散過程によつて箔の全面を被覆する。
このようにして、箔11の孔のあいていない表
面は、事実上一様な表面電子放射能を持つた熱
電子源となる。 The metal foil remaining after the substrate is removed, as illustrated in step D of FIG. 2, has an array of holes with predetermined dimensions and spatial distribution. This foil is used to cover the barium oxide accumulation 12 as shown in FIG. 1, creating the desired electron emission pattern from the surface of the dispenser cathode. During activation of the cathode, the barium oxide migrates upward through the pores of the foil 11 and coats the entire surface of the foil by a diffusion process known as Knudsen flow.
In this way, the non-porous surface of foil 11 becomes a source of thermionic electrons with virtually uniform surface electron emission.
(3) 焼結法:
基板の表面上の金属箔の形成は、耐火性金属
又は白金群金属の微粒子を基板の表面上に焼結
することによつても遂行される。(3) Sintering method: Formation of the metal foil on the surface of the substrate is also accomplished by sintering fine particles of refractory metal or platinum group metal onto the surface of the substrate.
本発明により作られた多孔性金属箔は、箔の上
面の上に非電子放射部分のパターンを設けるよう
に処理することも出来る。このようにして、一様
な多孔度を持つ箔が第2図に関連して上に説明し
た工程に従つて作られた後に、非衝突性グリツド
付き電子銃におけるシヤドウ・グリツドと同じよ
うに働くために、非電子放射表面領域のパターン
を箔の上面の選ばれた部分の上に重ね合わせるこ
とが出来る。これらの非電子放射表面領域はジル
コニウム又はグラフアイトなどのような脱酸素物
質の被覆から成り、それはスパツタリングやその
他当業者には周知の適当な技術によつて箔の表面
に被着することが出来る。 Porous metal foils made in accordance with the present invention can also be treated to provide a pattern of non-emissive portions on the top surface of the foil. In this way, after a foil with uniform porosity has been made according to the process described above in connection with FIG. For this purpose, a pattern of non-emissive surface areas can be superimposed on selected portions of the top surface of the foil. These non-emissive surface areas consist of a coating of oxygen scavenging material such as zirconium or graphite, which can be applied to the surface of the foil by sputtering or other suitable techniques well known to those skilled in the art. .
箔のシヤドウ・グリツド部分の形状はその電子
管を使用しようとする応用面の如何によつて選ぶ
ことが出来る。第3図においてはシヤドウ・グリ
ツドは円のパターンとして形作られ、それはクラ
イストロン管に使用されるシヤドウ・グリツド・
パターンの代表的なものである。第4図において
はシヤドウ・グリツドは六角形のパターンとして
形作られ、それはクライストロンにおいても又進
行波管においても使用される他の型のシヤドウ・
グリツド・パターンを表わす。第5図においては
シヤドウ・グリツド・パターンの放射状の羽根の
形状が示され、それは熱伝導度に関して利点を持
つている。第6図においては、シヤドウ・グリツ
ドは棒状の配列から成る。 The shape of the shadow grid portion of the foil can be selected depending on the application for which the electron tube is intended. In Figure 3, the shadow grid is shaped as a circular pattern, which is similar to the shadow grid used in klystron tubes.
This is a typical pattern. In Figure 4, the shadow grid is shaped as a hexagonal pattern, which is similar to other types of shadow grids used in klystrons as well as in traveling wave tubes.
Represents a grid pattern. In FIG. 5, the radial vane configuration of the shadow grid pattern is shown, which has advantages with respect to thermal conductivity. In FIG. 6, the shadow grid consists of an array of rods.
本発明に依る熱電子放射物質の層12の製造の
諸段階は第7図の流れ図に要約されている。先づ
或る量のアルカリ土類炭酸塩材料が固められてペ
レツトを形成する。このペレツトはそれから真空
中で900℃に加熱されて、二酸化炭素を追出すこ
とにより炭酸塩を酸化物に変換する。炭酸バリウ
ムのペレツトの場合には、その加熱は炭酸バリウ
ムのペレツトを酸化バリウムの多孔性ペレツトに
変換する。この結果生ずる酸化物のペレツトはそ
れから真空中で、ワツクス又は樹脂材料で含浸さ
れる。最後にこの含浸された酸化物ペレツトがカ
ソード支持構造13の頂部においてブロツク15
の上に配置され、穿孔された箔11で覆われる。 The steps of manufacturing a layer of thermionic emissive material 12 according to the invention are summarized in the flow chart of FIG. First, a quantity of alkaline earth carbonate material is consolidated to form a pellet. The pellet is then heated to 900°C in vacuum to convert the carbonate to oxide by driving off the carbon dioxide. In the case of barium carbonate pellets, the heating converts the barium carbonate pellets into porous barium oxide pellets. The resulting oxide pellets are then impregnated with a wax or resin material under vacuum. Finally, this impregnated oxide pellet forms a block 15 on top of the cathode support structure 13.
and covered with a perforated foil 11.
本発明に依るデイスペンザー・カソードの製造
の諸段階は次のように要約される:
1) ヒーター14がカソード構造13の中に組
込まれる。 The steps of manufacturing a dispenser cathode according to the invention are summarized as follows: 1) The heater 14 is incorporated into the cathode structure 13.
2) 保護された(即ちワツクス含浸又は樹脂含
浸された)酸化物ペレツトが支持構造13の上
の定位置に挿入されて電子放射物質の蓄積12
を形成する。2) A protected (i.e., wax-impregnated or resin-impregnated) oxide pellet is inserted into position on the support structure 13 to create an accumulation 12 of electron emissive material.
form.
3) 穿孔された箔11が保護された酸化物ペレ
ツトの上を覆つて配置される。3) A perforated foil 11 is placed over the protected oxide pellet.
4) 酸化物ペレツトを箔11と支持構造13と
の間にサンドウイツチ状にはさむように、穿孔
された箔11の周囲が支持構造13にレーザー
溶接される。4) The periphery of the perforated foil 11 is laser welded to the support structure 13 such that the oxide pellet is sandwiched between the foil 11 and the support structure 13.
以上本発明を特定の実施例について説明した。
然しながら、上記の説明を読めば、デイスペンザ
ー・カソードの表面からの所望の電子放射パター
ンを最適化するその他の技術も当業者には想到さ
れるであろう。それ故、本発明は先の特許請求の
範囲の項の記載によつてのみ限定されるべきもの
である。 The invention has been described above with reference to specific embodiments.
However, other techniques for optimizing the desired electron emission pattern from the surface of the dispenser cathode will occur to those skilled in the art after reading the above description. The invention, therefore, is to be limited only by the scope of the following claims.
第1図は本発明に依るデイスペンザー・カソー
ドの断面図、第2図はデイスペンザー・カソード
の電子放射物質として使用するための一様な寸法
を持ち一様に間隔をあけられた金属箔を作るため
の工程の各段階を例示する図解的流れ図、第3図
はシヤドウ・グリツドが電子放射表面の一体化さ
れた部分として形成されている処の第2図に図示
された工程により製造されたデイスペンザー・カ
ソード電子放射表面の平面図、第4図は別の設計
のシヤドウ・グリツドを備えた第3図と同様のデ
イスペンザー・カソードの平面図、第5図は他の
設計のシヤドウ・グリツドを備えた第3図と同様
の他のデイスペンザー・カソードの平面図、第6
図は更に別のシヤドウ・グリツドを備えた第3図
と同様の更に別のデイスペンザー・カソードの平
面図、そして第7図は本発明に依る熱電子放射物
質の蓄積の製造の諸段階を要約する流れ図であ
る。
10…デイスペンザー・カソード、11…電子
放射表面、12…電子放射物質の蓄積、13…中
空の細長い部材、14…ヒーター・コイル、15
…耐火性金属ブロツク。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a dispenser cathode according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a dispenser cathode according to the present invention; FIG. FIG. 3 is a diagrammatic flowchart illustrating the steps in the process of the dispenser manufactured by the process illustrated in FIG. 4 is a plan view of a dispenser cathode similar to FIG. 3 with a shadow grid of another design; FIG. 5 is a top view of a dispenser cathode with a shadow grid of another design. Plan view of another dispenser cathode similar to Figure 3, No. 6
FIG. 7 is a plan view of yet another dispenser cathode similar to FIG. 3 with a further shadow grid, and FIG. This is a flowchart. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Dispenser cathode, 11... Electron emitting surface, 12... Accumulation of electron emitting material, 13... Hollow elongated member, 14... Heater coil, 15
…Fireproof metal block.
Claims (1)
ツチ状にはさまれた電子放射物質の蓄積を具備す
るデイスペンザー・カソードを製造する方法であ
つて、前記穿孔された箔は: a) 複数の柱体が突出する平坦な表面を有する
ように形成された基板の上に金属の被覆を被着
させる段階、 b) 前記基板の前記柱体が金属層の上面と同一
平面上にそろつた一様な厚みの金属層を得るた
めに前記被覆された基板を研摩する段階、並び
に、 c) 前記基板の突出する柱体を含めて前記基板
を除去する段階、 によつて作られるところの、方法。 2 前記基板上に被着される前記金属被覆が耐火
性金属から成るところの、第1項記載の方法。 3 前記基板上に被着される前記金属が白金群金
属から成るところの、第1項記載の方法。 4 前記金属が化学的蒸着により前記基板上に被
着されるところの、第1項記載の方法。 5 前記金属がスパツタリングにより前記基板上
に被着されるところの、第1項記載の方法。 6 前記金属が電気メツキにより前記基板上に被
着されるところ、第1項記載の方法。 7 前記金属が蒸着により前記基板上に被着され
るところの、第1項記載の方法。 8 前記柱体が写真石版法により前記基板上に形
成されるところの、第1項記載の方法。 9 前記柱体がケミカル・ミリングにより前記基
板上に形成されるところの、第1項記載の方法。 10 前記被覆された基板が表面研削によつて研
摩されるところの、第1項記載の方法。 11 前記基板がケミカル・エツチングによつて
除去されるところの、第1項記載の方法。 12 前記基板が蒸発によつて除去されるところ
の、第1項記載の方法。 13 電子放射物質の前記蓄積が酸化バリウムか
ら成るところの、第1項記載の方法。 14 電子放射物質の前記蓄積が酸化バリウムと
酸化カルシウムとの混合物から成るところの、第
1項記載の方法。 15 電子放射物質の前記蓄積が酸化バリウムと
酸化ストロンチウムとの混合物から成るところ
の、第1項記載の方法。 16 電子放射物質の前記蓄積が酸化バリウムと
酸化カルシウムと酸化ストロンチウムとの混合物
から成るところの、第1項記載の方法。 17 電子放射物質の前記蓄積が、前記電子放射
物質のある量を前記支持構造の上に配置し、前記
穿孔された箔と前記支持構造との間にサンドウイ
ツチ状にはさまれた前記電子放射物質の層を形成
するために前記ある量の電子放射物質を前記穿孔
された箔で覆うことによつて形成されるところ
の、第1項記載の方法。 18 前記支持構造の上に配置される前記ある量
の電子放射物質がペレツトの形をなすところの、
第17項記載の方法。 19 前記ペレツトがワツクスで含浸されたアル
カリ土類酸化物から成るところの、第18項記載
の方法。 20 前記ワツクスがエイコサンであるところ
の、第19項記載の方法。 21 前記ペレツトが樹脂材料で含浸されたアル
カリ土類酸化物から成るところの、第18項記載
の方法。 22 前記樹脂材料がメタクリル酸塩から成ると
ころの、第24項記載の方法。 23 前記樹脂材料がニトロセルロースから成る
ところの、第24項記載の方法。Claims: 1. A method of manufacturing a dispenser cathode comprising an accumulation of electron emissive material sandwiched between a support structure and a perforated foil, the perforated foil comprising: a) depositing a metal coating on a substrate formed with a flat surface from which a plurality of columns protrude; b) the columns of the substrate being coplanar with the top surface of the metal layer; c) polishing the coated substrate to obtain a uniform thickness of the metal layer, and c) removing the substrate, including the protruding columns of the substrate. However, the method. 2. The method of claim 1, wherein the metal coating deposited on the substrate comprises a refractory metal. 3. The method of claim 1, wherein the metal deposited on the substrate comprises a platinum group metal. 4. The method of claim 1, wherein the metal is deposited on the substrate by chemical vapor deposition. 5. The method of claim 1, wherein the metal is deposited on the substrate by sputtering. 6. The method of claim 1, wherein the metal is deposited on the substrate by electroplating. 7. The method of claim 1, wherein the metal is deposited on the substrate by vapor deposition. 8. The method according to item 1, wherein the pillars are formed on the substrate by photolithography. 9. The method of claim 1, wherein the pillars are formed on the substrate by chemical milling. 10. The method of claim 1, wherein the coated substrate is polished by surface grinding. 11. The method of claim 1, wherein the substrate is removed by chemical etching. 12. The method of claim 1, wherein the substrate is removed by evaporation. 13. The method of claim 1, wherein said store of electron-emitting material consists of barium oxide. 14. The method of claim 1, wherein said accumulation of electron-emitting material consists of a mixture of barium oxide and calcium oxide. 15. The method of claim 1, wherein said accumulation of electron-emitting material consists of a mixture of barium oxide and strontium oxide. 16. The method of claim 1, wherein the accumulation of electron-emitting material consists of a mixture of barium oxide, calcium oxide, and strontium oxide. 17. said accumulation of electron emissive material comprises disposing a quantity of said electron emissive material on said support structure, said electron emissive material being sandwiched between said perforated foil and said support structure; 2. The method of claim 1, wherein the amount of electron emissive material is covered with the perforated foil to form a layer of . 18, wherein the quantity of electron emissive material disposed on the support structure is in the form of pellets;
The method according to paragraph 17. 19. The method of claim 18, wherein said pellets consist of alkaline earth oxide impregnated with wax. 20. The method according to item 19, wherein the wax is eicosane. 21. The method of claim 18, wherein the pellets consist of an alkaline earth oxide impregnated with a resinous material. 22. The method of paragraph 24, wherein the resin material comprises a methacrylate. 23. The method of paragraph 24, wherein the resin material comprises nitrocellulose.
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