металлопористый пропитанный катод для магнетрона

Классы МПК:H01J1/15 катоды прямого канала 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Федеральное Государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Торий" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2007-10-24
публикация патента:

Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкции металлопористых пропитанных катодов для СВЧ-приборов М-типа. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих температур, увеличение электропрочности и срока службы катодов в условиях электронной бомбардировки. В металлопористом пропитанном катоде для магнетрона в виде цилиндрического керна из тугоплавкого металла, например молибдена, на поверхности которого сформирована пористая вольфрамовая матрица, пропитанная соединениями редкоземельных металлов, в качестве материала пропитки использованы смешанные бинарные алюминаты иттрия, лантана и лютеция. 2 з.п. ф-лы.

Формула изобретения

1. Металлопористый пропитанный катод для магнетрона в виде цилиндрического керна из тугоплавкого металла, например молибдена, на поверхности которого сформирована пористая вольфрамовая матрица, пропитанная соединениями редкоземельных металлов, отличающийся тем, что в качестве материала пропитки использованы смешанные бинарные алюминаты иттрия, лантана и лютеция.

2. Катод по п.1, отличающийся тем, что пропитанная вольфрамовая матрица имеет состав, вес.%:

Y2O3 0,8-1,6
La 2О31,0-2,0
Al2O 32,2-4,4
WОстальное

3. Катод по п.1, отличающийся тем, что пропитанная вольфрамовая матрица имеет состав, вес.%:

La2О 31,0-2,0
Lu2O3 1,4-2,8
Al2 О31,6-3,2
WОстальное

Описание изобретения к патенту

Область техники:

Изобретение относится к электронной технике, в частности к конструкции металлопористых катодов для СВЧ-приборов М-типа (магнетронов).

Уровень техники:

Известны металлопористые катоды, например, (Кудинцева Л.А. и др. Термоэлектронные катоды, изд. «Энергия», М.П. 1966 г. стр.205. Тагути Тадакори и др. Патент Японии 52-185339, H01J 1/20, 29/04 от 30.01.84 г.), у которых вольфрамовая матрица пропитана смешанными алюминатами бария-кальция. 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.

Ближайшим прототипом является металлопористый пропитанный катод в виде цилиндрического керна из тугоплавкого материала, на поверхности которого сформирована пористая вольфрамовая матрица, пропитанная вольфраматами редкоземельных металлов (Белоконева Г.В. и др. Исследование влияния фазового состава активного материала на эмиссионные свойства пропитанного редкоземельного катода. Электронная техника, серия 14 материалы, 1970 г., выпуск 3, стр.85), например, состава 5La 2O3·Y2 O3·6WО3. Такие катоды предназначены для работы при более высоких температурах, чем металлопористые катоды на основе алюминатов бария-кальция за счет низкой скорости испарения редкоземельных окислов. Однако при обработке катодов в водороде в процессе технологии для перевода малоэмиссионных вольфраматов в более эмиссионно-активные окислы образуется мелкодисперсная смесь вольфрама и окислов, которая при работе катодов в вакууме снова быстро превращается в эмиссионно-инертные вольфраматы. По этой причине срок службы этих катодов ограничен и обычно не превышает 100 часов, и они в настоящее время не используются в производстве.

Решаемая техническая задача направлена на расширение диапазона рабочих температур, увеличение электропрочности и срока службы катодов в условиях электронной бомбардировки. Сущность изобретения заключается в том, что на поверхности металлопористого катода в виде цилиндрического керна из тугоплавкого металла, например молибдена, сформирована пористая вольфрамовая матрица, пропитанная соединениями редкоземельных металлов, при этом в качестве материала пропитки использованы смешанные бинарные алюминаты иттрия, лантана и лютеция. 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.

По данным наших исследований таким требованиям удовлетворяют составы Y 2О3:La2O 3:Al2O3 - 20:25:55 вес.% с температурой плавления 1650°С±25°С, работой выхода 3,4-3,5 эВ и максимальным коэффициентом вторичной электронной эмиссии (КВЭЭ) 2,2-2,3; или La2O 3:Lu2O7:Al 2О3 - 25:35:40 вес.% с температурой плавления 1750°С±25°С, работой выхода 3,4-3,5 эВ и КВЭЭ 3,0-3,1. Отклонение от указанных составов нецелесообразно, так как приводит к резкому увеличению температуры плавления смешанных алюминатов и соответственно к увеличению температуры пропитки вольфрамовой матрицы. Следует также отметить, что использование смешанных алюминатов иттрия и лютеция не имеет смысла, так как их эмиссионные и вторично-эмиссионные свойства уступают приведенным выше составам.

Пористость вольфрамовой матрицы должна обеспечить запас эмиссионного вещества 4-8 вес.%. Большое содержание нежелательно из-за распыления эмиссионного вещества под действием электронной бомбардировки, что способствует ухудшению электропрочности прибора. Меньшее содержание сокращает срок службы катода.

Таким образом, учитывая состав смешанных алюминатов иттрия-лантана и весовые соотношения алюминатов и вольфрамовой губки, получим после пропитки катоды, у которых состав вольфрамовой матрицы будет в пределах:

Y2O 3 - 0,8-1,6 вес.%

La2O 3 - 1,0-2,0 вес.%

Al2О 3 - 2,2-4,4 вес.%

W - остальное,

Аналогично при использовании смешанных алюминатов лантана-лютеция состав матрицы катодов будет в пределах:

La2 O3 - 1,0-2,0 вес.%

Lu 2O3 - 1,4-2,8 вес.%

Al 2O3 - 1,6-3,2 вес.%

W - остальное.

Оптимальное содержание эмиссионного вещества в вольфрамовой губке 5-6 вес.%. Нами изготовлены катоды двух типоразмеров: диаметром 14 мм и длиной 210 мм с составом пористой вольфрамовой матрицы:

Y2O3 - 1,2 вес.%

La2O3 - 1,25 вес.%

Al2О3 - 2,75-3,3 вес.%

W - остальное,

а также диаметром 17 мм и длиной 60 мм с составом пористой вольфрамовой матрицы:

La 2O3 - 1,25-1,5 вес.%

Lu 2О3 - 1,75-2,1 вес.%

Al 2O3 - 2,0-2,4 вес.%

W - остальное.

Температура пропитки эмиссионным веществом в водороде составляла 1850°С±25°С.

Катоды прошли успешные испытания в реальных приборах. Рабочая температура катодов изменялась в диапазоне 1200-1500°С, электропрочность промежутка катод-анод составляла 6-8·103 В/см, срок службы катодов в процессе испытаний был более 750 часов, испытания продолжаются.

Класс H01J1/15 катоды прямого канала 

Наверх