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JPH0821308B2 - Electron tube cathode - Google Patents
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JPH0821308B2 - Electron tube cathode - Google Patents

Electron tube cathode

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JPH0821308B2
JPH0821308B2 JP14664487A JP14664487A JPH0821308B2 JP H0821308 B2 JPH0821308 B2 JP H0821308B2 JP 14664487 A JP14664487 A JP 14664487A JP 14664487 A JP14664487 A JP 14664487A JP H0821308 B2 JPH0821308 B2 JP H0821308B2
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cathode
electron tube
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emitting material
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、受像管などに用いられる電子管陰極に関す
るもので、陰極から放出される電子の放射特性の向上が
図られたものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electron tube cathode used in a picture tube or the like, and is intended to improve the emission characteristics of electrons emitted from the cathode.

[従来の技術] 従来、受像管などに用いられる電子管陰極には、ニッ
ケル(Ni)を主成分としてマグネシウム(Mg)、シリコ
ン(Si)などの還元剤を微量含有させた基体金属上に、
バリウム(Ba)を含むアルカリ土類金属の酸化物層を被
着形成したいわゆる酸化物陰極が多用されている。
[Prior Art] Conventionally, an electron tube cathode used for a picture tube or the like has a base metal containing nickel (Ni) as a main component and a small amount of a reducing agent such as magnesium (Mg) and silicon (Si).
A so-called oxide cathode in which an oxide layer of an alkaline earth metal containing barium (Ba) is deposited is often used.

この酸化物陰極はアルカリ土類金属の炭酸塩を熱分解
して酸化物に変換せしめたもので、のちに還元剤と酸化
物とを反応させて酸化物から遊離原子を生成させ、この
遊離原子を電子放射のドナー(源)として電子を放射せ
しめるようにしたものである。前記炭酸塩には炭酸バリ
ウム(BaCO3)の単元のものと(Ba,Sr,Ca)CO3などの複
元のものとがあるが、活性化してドナーを形成する基本
的な機構は同じであるから、理解を容易にするために単
元炭酸塩を例にとって詳細に説明する。
This oxide cathode is obtained by thermally decomposing an alkaline earth metal carbonate and converting it into an oxide.After that, a reducing agent is reacted with an oxide to generate a free atom from the oxide. Is used as an electron emission donor (source) to emit electrons. There are two types of carbonates, one is barium carbonate (BaCO 3 ) and the other is (Ba, Sr, Ca) CO 3 , but the basic mechanism of activation to form donors is the same. Therefore, in order to facilitate understanding, a unitary carbonate will be described in detail as an example.

第4図は従来の酸化物陰極の一例を示す概略断面図で
あって、基体金属(1)からなる陰極帽体と筒(2)と
で構成される陰極筒内部にはヒーター(3)が配備さ
れ、加熱昇温される構造になっており、基体金属(1)
の表面には酸化バリウム(BaO)からなる電子放射物質
層(55)が形成されている。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional oxide cathode, in which a heater (3) is provided inside the cathode cylinder composed of a cathode cap body made of a base metal (1) and a cylinder (2). It has a structure that is deployed and heated and heated. Base metal (1)
An electron emitting material layer (55) made of barium oxide (BaO) is formed on the surface of the.

この電子放射物質層(55)は、つぎのような工程によ
って形成される。すなわち、有機溶剤に溶解したニトロ
セルロースなどの樹脂溶液にBaCO3を混合せしめたの
ち、吹き付け、電着、塗布などの方法で基体金属(1)
上に被着形成させる。
The electron emitting material layer (55) is formed by the following steps. That is, BaCO 3 is mixed with a resin solution such as nitrocellulose dissolved in an organic solvent, and then the base metal (1) is applied by a method such as spraying, electrodeposition or coating.
Deposit on top.

このようにして形成された陰極はついで電子管内に組
込まれ、電子管内を真空にするための排気工程でヒータ
ー(3)によって約1000℃に加熱昇温せしめられ、BaCO
3を次式で示されるように熱分解せしめられ、BaOに変換
せしめられる。
The cathode thus formed is then incorporated into an electron tube and heated to about 1000 ° C. by a heater (3) in an evacuation process for evacuating the inside of the electron tube.
3 is pyrolyzed as shown by the following equation and converted to BaO.

BaCO3→BaO+CO2 (I) この反応によって生成した炭酸ガス(CO2)は、ニト
ロセルロースの熱分解によって生じた気体とともに電子
管外に排出される。
BaCO 3 → BaO + CO 2 (I) Carbon dioxide gas (CO 2 ) generated by this reaction is discharged outside the electron tube together with the gas generated by the thermal decomposition of nitrocellulose.

第5図は基体金属(1)と電子放射物質層(55)の界
面近傍を詳細に説明するための、該界面近傍の断面の一
部分を拡大した模式図である。一般に電子放射物質層
(55)を構成するBaOは棒状の微小な結晶(8)が凝集
して数μm〜数十μmの大きさの結晶粒(9)となる。
電子放射物質層(55)を構成する結晶粒(9)間には適
度の間隙(10)があり、多孔質となっている。このBaO
は基体金属(1)と接触する界面(11)において、前記
還元剤のSiやMgと反応し、遊離のBaが生成する。これら
の還元剤は基体金属(1)のNiの結晶粒(6)の間の結
晶粒界(7)を拡散移動し、界面(11)近傍でつぎのよ
うな還元反応がおこる。
FIG. 5 is an enlarged schematic view of a part of the cross section in the vicinity of the interface for detailed description of the vicinity of the interface between the base metal (1) and the electron emitting material layer (55). In general, BaO forming the electron emitting material layer (55) is formed by agglomeration of rod-shaped minute crystals (8) to form crystal grains (9) having a size of several μm to several tens of μm.
There is an appropriate gap (10) between the crystal grains (9) forming the electron-emitting substance layer (55), which is porous. This BaO
Reacts with the reducing agent Si or Mg at the interface (11) in contact with the base metal (1) to generate free Ba. These reducing agents diffuse and move in the crystal grain boundaries (7) between the Ni crystal grains (6) of the base metal (1), and the following reduction reaction occurs near the interface (11).

2BaO+Si→2Ba+SiO2 (II) BaO+Mg→Ba+MgO (III) この遊離Baが電子放射のドナーとして作用する。ま
た、この際式(IV): SiO2+2BaO→Ba2SiO4 (IV) で示される反応も同時おこる。
2BaO + Si → 2Ba + SiO 2 (II) BaO + Mg → Ba + MgO (III) This free Ba acts as a donor of electron emission. At this time, the reaction represented by the formula (IV): SiO 2 + 2BaO → Ba 2 SiO 4 (IV) also occurs at the same time.

以上のようにドナーとして作用する遊離Baは電子放射
物質層(55)と基体金属(1)との界面で生成し、電子
放射物質層(55)の間隙(10)を移動し、その表面に出
て電子放射するという役割を担うが、該ドナーは蒸発し
たり、電子管内に残留するガスのCO、CO2、O2、H2Oなど
のガスと反応して消滅したりするので、絶えず上記のよ
うな反応を行なわせてドナーを補給する必要があり、陰
極では、作動中常にこの還元反応が行なわれている必要
がある。この補給と消滅のバランスをとるため、この種
の陰極は一般に約800℃の高温で使用される。
As described above, free Ba that acts as a donor is generated at the interface between the electron-emitting substance layer (55) and the base metal (1), moves in the gap (10) of the electron-emitting substance layer (55), and then reaches the surface. Although it plays a role of emitting electrons and emitting electrons, the donor constantly evaporates and disappears by reacting with gases such as CO, CO 2 , O 2 and H 2 O that remain in the electron tube. It is necessary to replenish the donor by carrying out the reaction as described above, and it is necessary for the cathode to carry out this reduction reaction at all times during operation. To balance this replenishment and extinction, this type of cathode is generally used at high temperatures of about 800 ° C.

しかしながら、陰極の作動中に、式(II)または(I
V)に示されるSiO2、Ba2SiO4などの反応生成物(12)が
電子放射物質層(55)と基体金属(1)との接合面であ
る界面(11)において生成するので、この反応生成物
(12)が界面(11)や結晶粒界(7)にどんどん蓄積し
て結晶粒界(7)を移動するSiなどの障壁(一般に、こ
れを中間層という)となり、反応は次第に遅くなり、ド
ナーであるBaの生成が困難となる。また、この中間層が
高抵抗値を有し、放射電子電流の流れを妨げるという問
題も生じる。
However, during operation of the cathode, the formula (II) or (I
Since reaction products (12) such as SiO 2 and Ba 2 SiO 4 shown in V) are generated at the interface (11) which is the bonding surface between the electron emitting material layer (55) and the base metal (1), The reaction product (12) accumulates at the interface (11) and the grain boundaries (7) and becomes a barrier (generally referred to as an intermediate layer) such as Si that moves through the grain boundaries (7), and the reaction gradually proceeds. It becomes slow and it becomes difficult to generate Ba as a donor. Further, there is a problem that this intermediate layer has a high resistance value and hinders the flow of the emitted electron current.

このような問題点を解決するために、特開昭61−2698
28号公報や特開昭61−271732号公報などには酸化スカン
ジウム(Sc2O3)の粉末が分散した電子放射物質層を形
成することにより、 Sc2O3とアルカリ土類金属酸化物との反応で生成する
複合酸化物(たとえばBa3Sc4O9)が陰極の動作中に熱分
解をおこしてドナーである遊離Baを生成し、補給する。
In order to solve such a problem, Japanese Patent Laid-Open No. 61-2698
No. 28 and Japanese Patent Laid-Open No. 61-271732 disclose that Sc 2 O 3 and alkaline earth metal oxides are formed by forming an electron emitting material layer in which a powder of scandium oxide (Sc 2 O 3 ) is dispersed. The complex oxide (for example, Ba 3 Sc 4 O 9 ) generated in the reaction of (1) causes thermal decomposition during the operation of the cathode to generate free Ba that is a donor and replenish it.

遊離した金属スカンジウム(Sc)が電子放射物質層の
導電性を高める 界面に生成するBa2SiO4などの反応生成物を解離させ
る ことなどが開示されている。
It is disclosed that the released metal scandium (Sc) enhances the conductivity of the electron-emitting substance layer and dissociates reaction products such as Ba 2 SiO 4 generated at the interface.

[発明が解決しようとする問題点] このように、Sc2O3の粉末を分散させた電子放射物質
層を設けることにより、高電流密度で作動させうる電子
管陰極が開示されているが、かかるSc2O3として、通常
の製法、すなわちScを含む塩酸溶液からシュウ酸により
沈澱させてシュウ酸スカンジウムとし、ばい焼して製造
されたSc2O3を用いたばあい、このようなSc2O3は不純物
として塩素を含みやすく、式(V): Ba+2Cl→BaCl2 (V) で示される反応がおこり、ドナーを消滅させるという問
題がある。このドナーの消滅が大きいばあいには、電気
放射電流が大きく減少するスランプ現象となる。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, an electron tube cathode that can be operated at a high current density is disclosed by providing an electron emissive material layer in which Sc 2 O 3 powder is dispersed. As Sc 2 O 3 , when using a conventional method, that is, Sc 2 O 3 produced by roasting to prepare scandium oxalate by precipitating from a hydrochloric acid solution containing Sc with oxalic acid, such Sc 2 O 3 tends to contain chlorine as an impurity, and there is a problem that the reaction represented by the formula (V): Ba + 2Cl → BaCl 2 (V) occurs and the donor is eliminated. When the annihilation of the donor is large, the slump phenomenon in which the electric emission current is greatly reduced is brought about.

本発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、柱状多面体結晶構造を有し、かつ塩素原子を
含有しないSc2O3を含有する電子放射物質層を設けるこ
とによって、長時間にわたって安定した電子放射特性が
えられる電子管陰極をうることを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and has a columnar polyhedral crystal structure, and by providing an electron emitting material layer containing Sc 2 O 3 containing no chlorine atom, long The purpose is to obtain an electron tube cathode that can obtain stable electron emission characteristics over time.

[問題点を解決するための手段] 本発明は、Niを主成分とし、少なくともSiを含有した
陰極基体金属と、Baを含有したアルカリ土類金属酸化物
およびSc2O3からなる電子放射物質層とから構成された
電子管陰極であって、該Sc2O3は柱状多面体の結晶形を
有するとともに、塩素原子の含有率が100ppmを超えない
もので、該電子放射物質層中に0.1〜20重量%分散して
いる電子管陰極に関する。
[Means for Solving the Problems] The present invention relates to an electron emitting material comprising a cathode base metal containing Ni as a main component and containing at least Si, an alkaline earth metal oxide containing Ba and Sc 2 O 3. An electron tube cathode composed of a layer, wherein the Sc 2 O 3 has a columnar polyhedron crystal form, the content of chlorine atoms does not exceed 100 ppm, 0.1 to 20 in the electron emitting material layer. It relates to an electron tube cathode which is dispersed by weight%.

[作 用] 本発明の電子管陰極における電子放射物質層に分散し
た柱状多面体の結晶構造を有するSc2O3は、不純物の塩
素原子の含有率が100ppmを超えないので、遊離原子のBa
などのドナーを消滅させることがなく安定した電子放射
電流をうることができる。また還元剤の複合酸化物から
なる中間層が基体金属と電子放射物質層との界面近傍に
集中して形成されることが防止される。
[Operation] Sc 2 O 3 having a columnar polyhedral crystal structure dispersed in the electron emitting material layer in the electron tube cathode of the present invention has a chlorine atom content of impurities not exceeding 100 ppm.
It is possible to obtain a stable electron emission current without erasing the donor such as. Further, it is possible to prevent the intermediate layer made of the composite oxide of the reducing agent from being concentrated and formed in the vicinity of the interface between the base metal and the electron emitting material layer.

[実施例] 本発明の一実施例を第1〜3図に基づいて説明する。[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

第1図は、本発明の電子管陰極の一実施例を示す概略
断面図であって、基体金属(1)からなる陰極帽体と筒
(2)とで構成される陰極筒の内部にはヒーター(3)
が配備され、加熱昇温される構成となっている。陰極帽
体の表面には、電子放射物質層(5)が被着形成されて
いる。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the electron tube cathode of the present invention, in which a heater is provided inside a cathode tube composed of a cathode cap body made of a base metal (1) and a tube (2). (3)
Is installed and is configured to heat and raise the temperature. An electron emitting material layer (5) is formed on the surface of the cathode cap body.

本発明に用いられる基体金属としては、Niを主成分と
し、すくなとくもSiを含有したものであればいずれのも
のであってもよく、従来から陰極基体金属として用いら
れているものが使用されうる。陰極基体金属の具体例と
しては、たとえばSiを含有し、要すればMg、W、Zr、Al
などを含有したNiやニクロム(Ni−Cr)などがあげられ
る。かかるSiの含有率は、基体金属中0.01〜1.0%(重
量%、以下同様)であるのが好ましい。
The base metal used in the present invention may be any as long as it contains Ni as a main component and contains at least Si, and those conventionally used as the cathode base metal are used. sell. Specific examples of the cathode base metal include, for example, Si, and if necessary Mg, W, Zr, Al
Ni, Nichrome (Ni-Cr), etc., containing the above are listed. The Si content is preferably 0.01 to 1.0% (weight%, the same applies hereinafter) in the base metal.

本発明に用いられる筒にはとくに限定はなく、従来か
ら陰極筒に用いられているものが使用でき、たとえばニ
クロム(Ni−Cr)からなるものがあげられる。
The cylinder used in the present invention is not particularly limited, and those conventionally used for cathode cylinders can be used, and examples thereof include those made of nichrome (Ni-Cr).

電子放射物質層はBaを含有したアルカリ土類金属酸化
物を主体とする層であって、柱状多面体の結晶形を有
し、かつ不純物である塩素原子を含有していないSc2O3
(やむなく砕けたものが含まれていてもよく、好ましく
は柱状多面体結晶が50%以上、さらに好ましくは70%以
上、とくに好ましくは90%以上のものである)が該層中
に0.1〜20%、好ましくは3〜10%分散したものであ
る。該層の厚さは50〜200μmであるのが好ましい。
The electron emitting material layer is a layer mainly composed of Ba-containing alkaline earth metal oxide, has a columnar polyhedral crystal form, and does not contain an impurity chlorine atom Sc 2 O 3
0.1% to 20% in the layer (may include unavoidably crushed particles, preferably 50% or more of columnar polyhedral crystals, more preferably 70% or more, particularly preferably 90% or more) , Preferably 3 to 10% dispersed. The thickness of the layer is preferably 50 to 200 μm.

なお、本明細書において塩素原子の含有率が100ppmを
超えないSc2O3とは、電子管陰極の電子の放射性能には
悪影響を及ぼさない程度の量であれば塩素原子を含有し
たものであってもよく、この量が通常Sc2O3に対し、塩
素原子の含有率が100ppmを超えないものであることを表
わしている。
In the present specification, the content of chlorine atoms in which Sc 2 O 3 does not exceed 100 ppm means that chlorine atoms are contained in an amount that does not adversely affect the electron emission performance of the electron tube cathode. However, this amount usually means that the content of chlorine atoms with respect to Sc 2 O 3 does not exceed 100 ppm.

前記アルカリ土類金属酸化物としては、たとえばBaCO
3、(Ba,Sr)CO3、(Ba,Sr,Ca)CO3などを熱分解して酸
化物に変換せしめたものなどがあげられる。また、Baの
含有率が該層中40%以上のものが好ましい。
Examples of the alkaline earth metal oxide include BaCO
3 and (Ba, Sr) CO 3 and (Ba, Sr, Ca) CO 3 are thermally decomposed and converted into oxides. Further, the Ba content is preferably 40% or more in the layer.

柱状多面体の結晶形を有するSc2O3は第2図(倍率800
倍の電子顕微鏡写真)に示されるような結晶である。前
記Sc2O3の平均粒径は5〜50μmであるのが好ましい。
平均粒径が5μm未満のばあい、電子放射物質層中の間
隔を埋めやすくなり、また50μmをこえるばあい、電子
放射物質層を吹き付け法によって形成すると吹き付け時
にSc2O3の結晶が沈澱しやすく、該層内の分散状態がわ
るくなりやすい。
Sc 2 O 3 having a columnar polyhedral crystal form is shown in Fig. 2 (magnification 800
It is a crystal as shown in a double electron micrograph). The average particle size of Sc 2 O 3 is preferably 5 to 50 μm.
When the average particle size is less than 5 μm, it becomes easy to fill the space in the electron emitting material layer, and when it exceeds 50 μm, when the electron emitting material layer is formed by the spraying method, Sc 2 O 3 crystals precipitate during spraying. It is easy and the dispersed state in the layer is likely to become poor.

また、前記Sc2O3が電子管陰極の電子の放射性能に悪
影響を及ぼす程度の量の塩素原子を含有しているばあい
はドナーを消滅させやすく、スランプ現象をひきおこす
原因となる。
Further, when the Sc 2 O 3 contains chlorine atoms in an amount that adversely affects the electron emission performance of the electron tube cathode, the donor is easily extinguished, which causes a slump phenomenon.

柱状多面体の結晶形を有し、かつ塩素原子を含有しな
いSc2O3は、Scを含有する硝酸(HNO3)の溶液からシュ
ウ酸(C2O4H2)により沈澱させて製造することができ
る。従来から一般に用いられているSc2O3は、Sc2O3を塩
酸(HCl)に溶解し、シュウ酸(C2O4H2)により沈澱さ
せて製造しているが、えられるSc2O3は不純物として塩
素を含みやすく、この不純物を除去するために洗浄、焼
成などの特別な処理が必要なことがわかった。
Sc 2 O 3 having a columnar polyhedron crystal form and containing no chlorine atom is produced by precipitating Sc 2 O 3 from a solution of nitric acid (HNO 3 ) containing Sc with oxalic acid (C 2 O 4 H 2 ). You can The Sc 2 O 3 which has been conventionally used in general, the Sc 2 O 3 was dissolved in hydrochloric acid (HCl), although produced precipitated by oxalic acid (C 2 O 4 H 2) , Erareru Sc 2 It was found that O 3 tends to contain chlorine as an impurity, and special treatment such as cleaning and baking is required to remove this impurity.

前記Sc2O3の含有率が、電子放射物質中0.1%未満のば
あい、高電流作動下での電子放射の劣化を防止する効果
が充分でなく、また20%をこえると電子管陰極の活性化
工程を終了した段階(初期特性)で充分な電子放射電流
をとることができず、実用的ではない。
If the content of Sc 2 O 3 is less than 0.1% in the electron emitting material, the effect of preventing the deterioration of electron emission under high current operation is not sufficient, and if it exceeds 20%, the activity of the electron tube cathode is deteriorated. It is not practical because a sufficient electron emission current cannot be obtained at the stage (initial characteristics) when the conversion process is completed.

電子放射物質層の形成方法にはとくに限定はなく、電
着、塗布、吹き付けなどの方法によってもよいが、良好
な電子放射性能をうるためには多孔質の層膜に形成する
ことが重要であるので吹き付け法が好ましい。たとえば
有機溶剤に溶解したニトロセルロースの溶液にBaCO3とS
c2O3を所望の割合で混合して懸濁液とし、吹き付け法に
よって被着形成するのが好ましい。
The method for forming the electron-emitting substance layer is not particularly limited and may be a method such as electrodeposition, coating or spraying, but it is important to form a porous layer film in order to obtain good electron emission performance. The spraying method is preferred because it exists. For example, in a solution of nitrocellulose dissolved in an organic solvent, BaCO 3 and S
It is preferable that c 2 O 3 is mixed in a desired ratio to form a suspension, and the suspension is formed by spraying.

以上のようにして製作された排気工程や活性化工程に
より電子管陰極になるものは、電子放射源であるドナー
を生成させるための従来と同様の排気工程、活性化工程
により電子管陰極となる。
The electron tube cathode manufactured by the above-described exhausting and activating steps becomes the electron tube cathode by the same exhausting and activating steps as the conventional one for producing the donor as the electron emission source.

このようにして製造された電子管陰極の作用効果をド
ナーの出発物質としてBaCO3を例にあげて説明する。
The action and effect of the electron tube cathode manufactured in this manner will be described by taking BaCO 3 as an example of a starting material of a donor.

上記のようにして作製された排気工程・活性化工程に
よって電子管陰極となるものは電子管内に組込まれ、電
子管内を真空にするための排気工程でヒーター(3)に
よって約1000℃に昇温加熱されてBaCO3が次式のように
熱分解される。
The electron tube cathode produced by the evacuation process / activation process manufactured as described above is incorporated into the electron tube, and heated to about 1000 ° C. by the heater (3) in the evacuation process for evacuating the electron tube. Then BaCO 3 is pyrolyzed as shown in the following equation.

BaCO3→BaO+CO2 (I) この反応時に生じたCO2は電子管外に排出される。電
子放射物質層の形成時にニトロセルロースの懸濁液を用
いたばあいは、同時にニトロセルロースも熱分解されて
気体となり、CO2とともに管外に排出される。この反応
によって、BaCO3は電子放射物質層(5)を形成するBaO
に変換する。
BaCO 3 → BaO + CO 2 (I) CO 2 produced during this reaction is discharged outside the electron tube. When a suspension of nitrocellulose is used during the formation of the electron-emitting substance layer, the nitrocellulose is also thermally decomposed into a gas at the same time and is discharged out of the tube together with CO 2 . By this reaction, BaCO 3 forms an electron-emitting substance layer (5), BaO 3.
Convert to.

第3図は、基体金属(1)と電子放射物質層(5)と
の界面近傍を詳細に説明するための、該界面近傍の断面
の一部分を拡大した模式図である。電子放射物質層
(5)を構成するBaOは棒状の微小な結晶(8)が凝集
して数μm〜数十μmの大きさの結晶粒(9)となる。
電子放射物質層(5)は、結晶粒間に適度の間隙(10)
を有する多孔質であることが電子放射性能の点から望ま
しい。このような特性は、BaCO3を被着形成する際にほ
ぼ決定される。電子放射物質層(5)内には、柱状多面
体の結晶形を有するSc2O3(4)が分散している。
FIG. 3 is an enlarged schematic view of a part of the cross section near the interface between the base metal (1) and the electron-emitting substance layer (5) in detail. The BaO forming the electron emitting material layer (5) is agglomerated with rod-shaped minute crystals (8) to form crystal grains (9) having a size of several μm to several tens of μm.
The electron emitting material layer (5) has an appropriate gap (10) between crystal grains.
From the viewpoint of electron emission performance, it is preferable that the porous material has a porous structure. Such properties are mostly determined during deposition of BaCO 3 . Sc 2 O 3 (4) having a columnar polyhedral crystal form is dispersed in the electron emitting material layer (5).

還元剤のSiやMgは、基体金属(1)のNiを主成分とす
る結晶粒(6)の間の結晶粒界(7)を拡散移動し、式
(I)に示されるような反応で生成したBaOは、このBaO
を還元させる活性化工程中に界面(11)において、基体
金属(1)から拡散してくる酸化性金属たとえば式(I
I): 2BaO+Si→2Ba+SiO2 (II) に示される反応を行なう。この遊離Baが電子放射のドナ
ーとして電子を放射する。
The reducing agents Si and Mg diffuse and move in the crystal grain boundaries (7) between the crystal grains (6) containing Ni as the main component of the base metal (1), and undergo a reaction as shown in formula (I). The generated BaO is this BaO
At the interface (11) during the activation step of reducing the oxidizable metal, an oxidizing metal such as the formula (I
I): The reaction shown in 2BaO + Si → 2Ba + SiO 2 (II) is performed. The free Ba emits electrons as a donor of electron emission.

また、この際式(IV): SiO2+2BaO→Ba2SiO4 (IV) で示される反応もおこる。At this time, the reaction represented by the formula (IV): SiO 2 + 2BaO → Ba 2 SiO 4 (IV) also occurs.

以上のように、ドナーとなるBaは電子放射物質層
(5)と基体金属(1)との界面(11)で生成され、電
子放射物質層(5)の結晶粒(9)の間隙(10)を移動
し、その表面に出て電子放射の役割を担うが、蒸発した
り電子管内に残留するCO、CO2、O2などのガスと反応し
て消滅したりするので、絶えず上記のような反応を行な
って補給する必要があり、陰極では作動中常にこの還元
反応が行なわれている。この補給と消滅のバランスをと
るために、作動中、陰極を約800℃に保持することが望
ましい。
As described above, Ba that serves as a donor is generated at the interface (11) between the electron-emitting substance layer (5) and the base metal (1), and becomes a gap (10) between the crystal grains (9) of the electron-emitting substance layer (5). ), And is emitted to the surface to play a role of electron emission, but it evaporates or disappears by reacting with gases such as CO, CO 2 and O 2 remaining in the electron tube. It is necessary to replenish it by carrying out various reactions, and the reduction reaction is always carried out at the cathode during operation. To balance this replenishment and extinction, it is desirable to keep the cathode at about 800 ° C during operation.

本発明の電子管陰極では、分散したSc2O3は柱状多面
体の結晶形を有しているので、BaOの結晶形状と類似の
ため、電子放射物質層(5)に分散しやすいという特徴
を有している。したがって、前記式(IV)で示される反
応生成物であるBa2SiO4は、式(VI): Sc2O3+10Ni→2ScNi5+30 (VI) で示される反応によって生成したScNi5と式(VII): 9Ba2SiO4+16ScNi5→4Ba3Sc4O9+6Ba+9Si+80Ni (VI
I) で示されるように反応し、Sc2O3とNiとにより分解され
るので、電子放射物質層(5)と基体金属(1)との界
面(11)に蓄積されにくくなる。
In the electron tube cathode of the present invention, the dispersed Sc 2 O 3 has a columnar polyhedral crystal form, and therefore has a characteristic that it is easily dispersed in the electron emitting material layer (5) because it is similar to the BaO crystal form. are doing. Therefore, Ba 2 SiO 4 which is a reaction product represented by the formula (IV) has the formula (VI): Sc 2 O 3 + 10Ni → 2ScNi 5 +30 (VI) and SCNi 5 produced by the reaction of the formula ( VII): 9Ba 2 SiO 4 + 16ScNi 5 → 4Ba 3 Sc 4 O 9 + 6Ba + 9Si + 80Ni (VI
Since it reacts as shown in I) and is decomposed by Sc 2 O 3 and Ni, it is hard to be accumulated at the interface (11) between the electron-emitting substance layer (5) and the base metal (1).

したがって、従来の陰極のようにBa2SiO4などの反応
生成物が基体金属と電子放射物質層との界面に蓄積して
Siなどの還元剤の通る障壁となり、還元反応が次第に遅
くなり、ドナーとなる遊離Baの生成が困難になることは
ない。そのうえ、高抵抗値の中間層がないので、電子放
射電流を妨げることもなく、電子管陰極を高い電流密度
で作動させることができる。また、塩酸溶液よりシュウ
酸により沈澱生成させてえられるようなSc2O3を分散さ
せたばあいと異なり、該Sc2O3に含有されているハロゲ
ンによる電子放射物質層(5)中の遊離原子の消滅がな
いので、充分な電子放射電流をうることができる。さら
に、本発明の電子管陰極は電子放射物質の分解活性化工
程が従来のものと同じでよいので、電子管の製造工程が
従来と同じでよいという利点がある。
Therefore, reaction products such as Ba 2 SiO 4 accumulate at the interface between the base metal and the electron-emitting material layer as in the conventional cathode.
It becomes a barrier through which a reducing agent such as Si passes, the reduction reaction gradually slows down, and the generation of free Ba serving as a donor does not become difficult. Moreover, since there is no high resistance intermediate layer, the electron tube cathode can be operated at a high current density without disturbing the electron emission current. Further, unlike the case of dispersing Sc 2 O 3 which can be obtained by precipitation of oxalic acid from a hydrochloric acid solution, the halogen in the electron emitting substance layer (5) due to the halogen contained in the Sc 2 O 3 Since there is no annihilation of free atoms, a sufficient electron emission current can be obtained. Further, the electron tube cathode of the present invention has the same advantage that the manufacturing process of the electron tube can be the same as the conventional one because the decomposition activation process of the electron emitting material can be the same as the conventional one.

実施例1 水酸化スカンジウムを硝酸(HNO3)に溶解し、シュウ
酸(C2O4H2)によりSc2O3を沈澱させ、塩素原子を含有
していない柱状多面体の結晶形を有するものが90%以上
のもので、平均粒径10μmのSc2O3をえた。
Example 1 Scandium hydroxide dissolved in nitric acid (HNO 3 ) and Sc 2 O 3 was precipitated with oxalic acid (C 2 O 4 H 2 ) to have a columnar polyhedral crystal form containing no chlorine atom. Was 90% or more, and Sc 2 O 3 having an average particle size of 10 μm was obtained.

有機溶剤に溶解したニトロセルロースの溶液に電子放
射物質層中のSc2O3の含有率が5%になるようにBaCO3
Sc2O3を混合して懸濁液とした。
The solution of nitrocellulose dissolved in organic solvent was mixed with BaCO 3 so that the content of Sc 2 O 3 in the electron emitting material layer became 5%.
Sc 2 O 3 was mixed into a suspension.

この懸濁液をSiを0.03%含有し、Mgを0.05%含有した
Niからなる陰極基体金属の表面に、厚さが約100μmと
なるように吹き付け法によって吹き付けて電子放電物質
層になる層を形成し、排気工程や活性化工程により第1
図に示されるような電子管陰極になるものを作製した。
This suspension contained 0.03% Si and 0.05% Mg.
On the surface of the cathode base metal made of Ni, a layer to be an electron discharge material layer is formed by spraying by a spraying method so as to have a thickness of about 100 μm.
An electron tube cathode as shown in the figure was produced.

えられた電子管陰極になるものを、3原色を有するカ
ラーブラウン管の3個の陰極に従来の電子管陰極になる
もの(比較例1:電子放射物質層としてSc2O3を含有して
いないものが設けられているほかは、実施例1と同じも
の)と組合わせて組込み、通常の排気工程および活性化
工程により電子管を製造した。
The obtained electron tube cathode was used as a conventional electron tube cathode in three cathodes of a color cathode ray tube having three primary colors (Comparative Example 1: one not containing Sc 2 O 3 as an electron emitting material layer. (Except for being provided, it is the same as that of Example 1) and incorporated, and an electron tube was manufactured by a normal exhausting step and an activating step.

検査工程で所定の放射電子流量に達するカラーブラウ
ン管の歩留は98%以上であった。また、カラーブラウン
管の使用中の電子放射電流劣化状態を調べるために、電
流密度3A/cm2の強制加速条件で、6000時間の寿命試験を
行なった結果、Sc2O3を分散させていない従来の陰極は6
000時間で初期値の50%以下に劣化する特性を示した
が、本発明の電子管陰極では6000時間で初期値の70%に
保たれ、寿命時間で表わせば約2.5倍の長寿命がえられ
た。
In the inspection process, the yield of the color cathode ray tube that reached the prescribed radiated electron flow rate was 98% or more. In addition, as a result of conducting a life test for 6000 hours under a forced acceleration condition of a current density of 3 A / cm 2 , in order to investigate the state of electron emission current deterioration during use of a color cathode ray tube, it was found that Sc 2 O 3 was not dispersed. The cathode is 6
Although it showed a characteristic of deteriorating to 50% or less of the initial value at 000 hours, it was maintained at 70% of the initial value at 6000 hours in the electron tube cathode of the present invention, and a long life of about 2.5 times was obtained in terms of life time. It was

[発明の効果] 以上のように本発明の電子管陰極は、少なくともSiを
還元剤として含有する基体金属表面に、柱状多面体の結
晶形を有するとともに、塩素原子の含有率が100ppmを超
えないSc2O3が分散したアルカリ土類金属酸化物からな
る電子放射物質層を形成したものであり、長時間にわた
って安定した電子放射特性がえられるという効果を奏す
る。また、常に安定した電子放射電流がえられる電子管
陰極をうることができる。
[Advantages of the Invention] As described above, the electron tube cathode of the present invention has a columnar polyhedral crystal form on the surface of the base metal containing at least Si as a reducing agent, and the content of chlorine atoms does not exceed 100 ppm Sc 2 The electron emitting material layer is formed of an alkaline earth metal oxide in which O 3 is dispersed, and has an effect that stable electron emitting characteristics can be obtained for a long time. Further, it is possible to obtain an electron tube cathode which can always obtain a stable electron emission current.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の電子管陰極の一実施例の概略断面図、
第2図は本発明の電子管陰極に用いる酸化スカンジウム
の結晶構造を示す電子顕微鏡写真(倍率は800倍)、第
3図は本発明の電子管陰極における基体金属と電子放射
物質層との界面近傍を示す該界面近傍の断面の一部分を
拡大した模式図、第4図は従来の電子管陰極の概略断面
図、第5図は従来の電子管陰極における基体金属と電子
放射物質層との界面近傍を示す該界面近傍の断面の一部
分を拡大した模式図である。 (図面の主要符号) (1):基体金属 (4):柱状多面体の結晶構造を有する酸化スカンジウ
ムの結晶 (5):電子放射物質層
FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of an electron tube cathode of the present invention,
FIG. 2 is an electron micrograph showing the crystal structure of scandium oxide used in the electron tube cathode of the present invention (magnification is 800 times), and FIG. 3 shows the vicinity of the interface between the base metal and the electron-emitting substance layer in the electron tube cathode of the present invention. FIG. 4 is a schematic enlarged view of a part of the cross section near the interface shown in FIG. 4, FIG. 4 is a schematic cross sectional view of a conventional electron tube cathode, and FIG. 5 shows the vicinity of the interface between a base metal and an electron emitting material layer in the conventional electron tube cathode. It is the schematic diagram which expanded a part of cross section near the interface. (Main symbols in the drawings) (1): Base metal (4): Scandium oxide crystal having columnar polyhedral crystal structure (5): Electron emitting material layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−22347(JP,A) 実開 昭55−60648(JP,U) 実公 昭47−16994(JP,Y1) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP 62-22347 (JP, A) Actual development 55-60648 (JP, U) Actual public 47-16994 (JP, Y1)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ニッケルを主成分とし、少なくともシリコ
ンを含有した陰極基体金属と、バリウムを含有したアル
カリ土類金属酸化物および酸化スカンジウムからなる電
子放射物質層とから構成された電子管陰極であって、該
酸化スカンジウムは柱状多面体の結晶形を有するととも
に、塩素原子の含有率が100ppmを超えないもので、該電
子放射物質層中に0.1〜20重量%分散している電子管陰
極。
1. An electron tube cathode comprising nickel as a main component, a cathode base metal containing at least silicon, and an electron emitting material layer containing scandium oxide and an alkaline earth metal oxide containing barium. An electron tube cathode in which the scandium oxide has a columnar polyhedral crystal form and a chlorine atom content of not more than 100 ppm and is dispersed in the electron emitting material layer in an amount of 0.1 to 20% by weight.
【請求項2】柱状多面体の結晶形を有する酸化スカンジ
ウムが、水酸化スカンジウムを硝酸に溶解し、シュウ酸
による沈澱によって合成されたものである特許請求の範
囲第(1)項記載の電子管陰極。
2. The electron tube cathode according to claim 1, wherein scandium oxide having a columnar polyhedral crystal form is synthesized by dissolving scandium hydroxide in nitric acid and precipitating with oxalic acid.
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