浸渍型阴极组件及所用的阴极基体、采用这种组件的电子枪组件和电子管

摘要

一种以浸渍电子发射物使用浸渍型阴极基体的浸渍型阴极组件,它包括:大粒径低孔隙率区域;和小粒径高孔隙率区域,其平均粒径小于大粒径低孔隙率区域的平均粒径、其孔隙率大于大粒径低孔隙率区域的孔隙率。

说明书

本发明涉及彩色显象管、速调管、行波管和回旋管等电子管。

近年来，速调管等微波电子管出现了高输出化倾向。具体地说，在核聚变和微粒加速器的等离子体装置中使用的微波电子管的输出达到兆瓦级，并要求越来越高的输出。此外，还有增加扫描线改进清晰度的彩色显象管和对应超高频显象管的开发的要求，和提高其亮度的要求。再有，对投影管等也有提高亮度的要求。为了满足这些要求，就需要相对现有技术大幅度地增大从阴极发出的电流密度。

以往，在电子管例如彩色电视机中使用的彩色显象管中，除阳极电压以外，还必须对会聚电极和聚焦电极提供高电压。这种情况下，如果由彩色显象管的芯柱部提供高电压，由于存在耐压方面的问题，所以把在彩色显象管内作为电子枪组件分压用的电阻器作为电子管内装电阻器装入，采用通过该电阻器分压阳极电压，分别对电极提供高电压的方式。

从1939年开始研究，在从UHF频带至毫米波的区域中，将速调管作为大范围的放大管、振荡管进行过开发。在六十年代，开始对卫星通信地球局使用的速调管进行开发，并且在进入七十年代后，有关速调管的高效率工作的研究取得进展，以UHF-TV广播为代表，使效率超过50％的产品实用化。最近，正在开发效率为50～70％的连续波输出1MW、脉冲输出150MW的超大功率速调管，用于超大型加速器和核聚变研究的等离子体加热装置。由于速调管能够以高效率产生大功率，所以特别在大功率领域今后还会有广泛的应用。

行波管发明于1943年，其后被完成。依据使用慢波电路的种类，行波管分为螺旋形、空腔耦合形、交叉指形、梯形等多种类型。螺旋形行波管，其频域宽，以微波中继线为代表，能够广泛地用作在飞机和人造卫星中装配的发射管。空腔耦合形行波管是以弥补螺旋管的耐功率容量为目的开发的，主要是使用于卫星通信地球局的发射管实用化。行波管的效率一般在几％～20％左右，但正在开发用于卫星的用低电位形式的收集器使效率达到50％的行波管等。

此外，还有回旋管。众所周知，在以自旋微波量子放大器作用为工作原理的电子管中，要采用产生数十～数百GHz频带的大功率毫米波的高频率大电源。

可是，由于浸渍型阴极可获得比氧化物阴极大的发射电流密度，所以能够用于上述那样的阴极射线管、行波管、速调管和回旋管等电子管中。浸渍型阴极的使用虽仅限于彩色显象管领域中的HD-TV管、ED-TV管等特殊用途，但由于近年来对大型CRT使用等要求的提高，其应用正在迅速扩大。

例如，在速调管和彩色显象管等使用的浸渍型阴极组件中，其阴极基体由例如孔隙率为15～20％的多孔质钨(W)构成，在其阴极基体的孔隙部分，浸渍例如氧化钡(BaO)、氧化钙(CaO)和氧化铝(Al₂O₃)等电子发射物。而且，在该阴极基体的电子发射物上，用溅射法等薄膜形成方法设置铱薄膜层(Ir)，从而使用含铱的浸渍型阴极组件。

在这种阴极组件中，利用将阴极组件装配在电子管中后的老炼工艺，使阴极组件内浸渍的例如钡(Ba)或氧(O₂)等扩散，在阴极组件表面的电子发射面上形成电偶极层(dipole)，使高发射电流成为可能。

老炼工艺中的老炼时间，按电子管使用时的各种外加电压以此为对象进行设定，但在低电压条件下工作的电子管，例如工作在外加电压为10kV左右的电子管中，经50小时左右，可获得电偶极层。

因此，在需要大电流、高电压工作条件下使用的电子管，例如工作在70kV外加电压的超大功率速调管的情况下，在比如其脉冲宽度为5μs、1秒内往返500次的情况下，可用数十小时的较短时间的老炼取出充足电流密度的电流，但在取出电流为直流的情况下，就需要500小时以上的老炼才能取出相同电流密度的电流。

在超大功率速调管等工作于高电压下的电子管中，在利用老炼形成电偶极层的同时，从收集极放出的大量气体因与发射电子碰撞而电离。再有，因高电压这些离子与电子发射面碰撞，于是破坏电偶极层。其中，电离气体具有高能量，因而，与电子发射面碰撞的气体量增加越多，电子发射面的电偶极层就被破坏得越严重。因此，在工作于高电压的电子管中，就必须进行长时间的老炼。

此外，为节电的目的，用于阴极射线管的浸渍型阴极组件形成为紧凑型结构。由此，用于阴极射线管的浸渍型阴极组件的厚度及直径尺寸必然受到限制，就难以浸渍足够的电子发射物。一般来说，浸渍型阴极的寿命特性由为电子发射物主要成分的钡的蒸发量决定。如果消耗由蒸发产生的钡，阴极基体的单原子覆盖密度就降低，即使增加功函数电子发射能力也会降低，其结果，不能获得期望的长寿命特性。这样，在实用上就存在大问题。从这些观点来说，期望采用可低温工作的浸渍型阴极组件。

作为用于这样的阴极射线管的阴极组件，近年来，钪系(Sc)浸型阴极组件引人注目。

与涂敷金属的浸型阴极组件相比，上述钪系浸渍型阴极组件具有非常良好的低占空率脉冲发射特性，有实现低温工作的可能。

但是，即使这种可低温工作的钪系浸渍型阴极组件，如果在高频条件下阴极受到离子轰击，仍存在消失的Sc的恢复缓慢和降低低温工作性的缺点，在实用上有较多的缺点。

例如，在阴极基体表面上覆盖钪化合物的某些类型的情况下，其表面在阴极制造中会发生变质。此外，如果长时间工作，会消耗钪，导致电子发射特性劣化。再有，因离子轰击使基体表面被局部破坏，该部分的功函数变高，电子发射分布会变得不均匀。

由钪系浸渍型阴极表面分析结果判断：如果钪系浸渍型阴极受到离子轰击，从表面的钪消失至恢复电子发射的良好浓度所需的时间。

作为现有的阴极基体，具体列举如下。

例如，在特开昭56-52835号和特开昭58-133739号公报中，披露了在多孔质基体上，设有比该多孔质基体孔隙率低的、例如孔隙率为17至30％的覆盖层的阴极基体。可是，在这样的阴极基体中，由于覆盖层的孔隙率低，所以使电子发射物的蒸发被抑制得较低，可延长阴极寿命。可是，对于工作于高电流密度的电子管，在离子轰击较强的工作条件下，阴极基体表面结构的复原缓慢，不能获得良好的结果。此外，在特开昭58-177484号公报中，披露了含有钪的阴极基体，但离子轰击后的钪复原并不充分。因此，低温工作性不好。在特开昭59-79934号公报中，披露了在高熔点金属层上，形成含有高熔点金属和钪层的阴极基体，但离子轰击后的钪复原并不足够，低温工作性不够好。

在特开昭59-203343号公报中，披露了在多孔质基体上形成包含0.1μm至2μm微细的钨、钪氧化物和电子发射物的阴极基体。可是，由于包含钪，这种阴极基体可低温工作。但是，其中如果工作在离子轰击较强的条件下，那么阴极基体表面的结构复原缓慢，不能获得良好的结果。在特开昭61-91821号公报中，披露了设有由钨和钪氧化物构成覆盖层的阴极组件。由于包含钪，这种阴极基体可低温工作。可是，其中如果工作在离子轰击较强的条件下，那么阴极基体表面的结构复原缓慢，不能获得良好的结果。在特开昭64-21843号公报中，披露了在有例如20至150μm大小平均粉末粒度的第1成形体上设有比其第1成形体平均粉末粒度小的顶部的阴极组件。可是，这样的阴极组件虽然使电子发射物的蒸发抑制得较低，但如果工作于离子轰击较强的条件下，那么阴极基体表面的结构复原缓慢，不能获得良好的结果。

再有，在特开平1-161638号公报中，披露了在高熔点金属构成的多孔质基体上设有钪化合物或钪合金层的阴极基体。在特开平3-105827号公报和特开平3-25824号公报中，披露了在多孔质基体上形成钨和钪氧化物混合层、钪供给源例如Sc和Re、Ni、Os、Ru、Pt、W、Ta或Mo等组合物的层积体的阴极基体，或形成由这些混合物构成的阴极基体。此外，在特开平3-173034号公报中，披露了在高熔点金属多孔质基体的上层带有包含钡和钪层的阴极基体。在特开昭5-266786号公报中，披露了在高熔点金属多孔质基体上，形成包含例如钨层、钪层、铼层等高熔点金属层积体的阴极基体。可是，在这些阴极基体中，离子轰击后的钪复原不充分，低温工作性不够好，所以不能获得足够的耐离子轰击性。

如上所述，在现有的浸渍型阴极组件中，在高电压、高频条件下不能获得足够的耐离子轰击性。因此，不能充分地防止因离子轰击造成的浸渍型阴极组件电子发射特性劣化，防碍了使用这种组件的电子管的高输出化和显象管亮度的提高。

并且，即使在可低温工作的钪系浸渍型阴极组件中，如果其阴极在高频条件下受到离子轰击，那么就存在消失的Sc的复原缓慢和降低低温工作性的缺点，在实用上有较多的不足之处。

鉴于如上所述的现有技术的问题，本发明的第1目的在于提供即使工作于高电压、高频条件下也具有足够的耐离子轰击性、良好的电子发射特性、高性能和长寿命的改进的浸渍型阴极基体。

本发明的第2目的是提供使用改进的浸渍型阴极基体的优良的浸渍型阴极组件。

本发明的第3目的是提供使用改进的浸渍型阴极基体的优良的电子枪组件。

本发明的第4目的是提供使用改进的浸渍型阴极基体的优良的电子管。

本发明的第5目的是提供本发明这样的浸渍型阴极基体的较好制造方法。

本发明的第1方案在于提供浸渍电子发射物的浸渍型阴极基体，它包括：大粒径低孔隙率区域；和小粒径高孔隙率区域，它设置在该大粒径低孔隙率区域的电子发射面侧，具有比该大粒径低孔隙率区域平均粒径小的平均粒径，并且具有比该大粒径低孔隙率区域的孔隙率大的孔隙率。

本发明的第2方案在于提供浸渍型阴极的制造方法，它是制造第1方案那样的浸渍型阴极基体的方法，其特征在于包括：

形成作为大粒径低孔隙率的多孔质烧结体的步骤；

在该多孔质烧结体的电子发射面侧，形成平均粒径小于该大粒径低孔隙率区域平均粒径、孔隙率大于该大粒径低孔隙率区域的孔隙率的小粒径高孔隙率区域，获得多孔质阴极部件的步骤；

切断该多孔质部件，形成多孔质阴极基体的步骤；和

在该多孔质阴极基体上浸渍电子发射物的步骤。

本发明的第3方案在于提供浸渍型阴极基体的制造方法，它是制造第1方案那样的浸渍型阴极基体的方法，其特征在于包括：

形成作为大粒径低孔隙率的多孔质烧结体的步骤；

在该多孔质烧结体的电子发射面侧，形成平均粒径小于该大粒径低孔隙率区域平均粒径，孔隙率大于该大粒径低孔隙率区域的孔隙率的小粒径高孔隙率区域，获得多孔质阴极部件的步骤；

在该多孔质阴极部件的电子发射面上，配置选自由具有1200℃以下熔点的金属和合成树脂构成的组中的填充材料的步骤；

用熔化该填充材料获得的温度加热所述填充材料配置的多孔质阴极部件，在该多孔质阴极部件内浸渍该填充材料的步骤；

按预定的大小切断或冲切所述多孔质阴极部件，形成多孔质阴极基体的步骤；

对该多孔质阴极基体进行抛光处理，除去毛边和污物的步骤；

由该抛光处理的多孔质阴极基体除去所述填充材料的步骤；和

在除去填充材料的该多孔质阴极基体中，浸渍电子发射物的步骤。

本发明的第4方案在于提供浸渍型阴极基体的制造方法，它是制造第1方案那样的浸渍型阴极基体的方法，其特征在于包括：

形成作为大粒径低孔隙率的高熔点金属的多孔质烧结体的步骤；

包括从用比该大粒径低孔隙率区域平均粒径小的并具有1200℃以下熔点的金属的粉末金属及合成树脂构成的填充剂中至少选择其中一种膏的步骤；

在作为所述大粒径低孔隙率区域的高熔点金属的多孔质烧结体的电子发射面涂敷该膏的步骤；

用熔化所述填充剂获得的温度加热涂敷该膏的大粒径低孔隙率区域的高熔点金属的多孔质烧结体，在该高熔点金属的多孔质烧结体上，形成具有比该大粒径低孔隙率区域的平均粒径小的平均粒径、并且具有比该大粒径低孔隙率区域的孔隙率大的孔隙率的小粒径高孔隙率区域，获得多孔质阴极部件的步骤；

对该多孔质阴极基体进行抛光处理，除去毛边和污物的步骤；

由该抛光处理的多孔质阴极基体除去所述填充材料的步骤；和

在除去填充材料的该多孔质阴极基体中，浸渍电子发射物的步骤。

本发明的第5方案在于提供浸渍型阴极组件，其特征在于带有第1方案那样的浸渍型阴极基体。

本发明的第6方案在于提供电子枪组件，其特征在于包括带有第1方案那样的浸渍型阴极基体设有浸渍型阴极组件的电子枪组件。

本发明的第7方案在于提供电子管，其特征在于使用包括带有第1方案那样的浸渍型阴极基体设有浸渍型阴极组件电子枪组件的电子枪组件。

通过采用改进的阴极基体，即使在高电压、高频条件下，本发明这样的浸渍型阴极组件也具有足够的耐离子轰击性和良好的电子发射特性。

此外，通过在浸型阴极的电子发射面上设置特定的物质层，还可使其低温工作性得以提高。

再有，利用本发明的制造方法，由于能够获得表面和孔隙部分状态良好的浸渍型阴极，所以能够提供具有足够耐离子轰击性、良好电子发射特性的浸渍型阴极组件。

此外还有，利用本发明的浸渍型阴极组件，即使在高电压、高频条件下，也可获得可良好工作的优良的电子枪组件和电子管。

图1是说明本发明用于阴极射线管的电子枪组件的一实施例的概略剖视图。

图2是说明本发明用于速调管的电子枪组件的一实施例的主要部分的概略剖视图。

图3是说明本发明用作阴极射线管的电子管一实施例的概略剖视图。

图4是说明本发明用作速调管的电子管一实施例的主要部分的概略剖视图。

图5是说明本发明的用作行波管的电子管一实施例的概略剖视图。

图6是说明本发明的用作回旋管的电子管一实施例的概略剖视图。

图7是表示本发明浸渍型阴极组件第1实施例的局部剖切的概略图。

图8是表示图7的浸渍型阴极结构的模式图。

图9是表示图7的浸渍型阴极组件的电子发射特性的曲线图。

图10是表示第2实施例中采用的阴极组件结构的概略图。

图11是表示第3实施例中采用的阴极组件结构的模式图。

图12是表示实施例5的发射电子特性的曲线图。

图13是表示第6实施例中采用的阴极组件结构的模式图。

图14是表示实施例6的发射电子特性的曲线图。

图15是说明本发明使用的阴极组件制造工艺的图。

图16是说明本发明使用的阴极基体制造工艺的图。

图17是说明本发明使用的阴极基体制造工艺的图。

图18是说明本发明使用的阴极基体制造工艺的图。    

图19是说明本发明使用的阴极基体制造工艺的图。

图20是说明本发明使用的阴极基体制造工艺的图。

图21是说明本发明使用的阴极基体制造工艺的图。

图22是表示第7实施例中阴极墓体结构的模式图。

图23是表示第7实施例中阴极基体结构的模式图。

图24是说明本发明使用的阴极墓体的另一制造工艺的图。

图25是说明本发明使用的阴极基体的另一制造工艺的图。

本发明者们为获得在高电压、高频率下的足够的耐离子轰击性，以比电偶极层因离子轰击导致破坏或飞散的速度还快的速度对浸渍型阴极组件的电子发射面中的电偶极层的形成速度进行过试验。

多孔质阴极基体中浸渍的电子发射物，沿基体金属微粒的表面，从基体金属内部向电子发射面扩散，形成电子发射面中的电偶极层。为缩短电子发射物扩散至电子发射面、形成电偶极层的时间，可考虑缩短扩散距离。作为缩短扩散距离的方法，使基体金属的粒径变小是有效的。形成基体金属例如W微粒的平均粒径一般为3至5μm。烧结该W微粒，在其微粒之间就形成多个0.3μm左右的孔隙部分。电子发射物通过该孔隙部分扩散，由此到达发射面，形成电偶极层。在电偶极层因离子轰击受到破坏的情况下，就必须从该孔隙部分扩散至整个发射面提供新的电子发射物。这种情况下，如果电子发射物通过孔隙部分间的距离缩短，就能促进扩散，即使因离子轰击使电偶极层受到破坏，也可立即补充新的电子发射物，获得充分的电子发射特性，使发射复原。

本发明是基于上述理论的发明，其第1方案提供作为浸渍电子发射物的浸渍型阴极基体，它包括：大粒径低孔隙率区域；和小粒径高孔隙率区域，它设置在该大粒径低孔隙率区域的电子发射面侧，其平均粒径小于该大粒径低孔隙率区域的平均粒径，其孔隙率大于该大粒径低孔隙率区域的孔隙率。

而且，详细地说，这个第1方案的浸渍型阴极基体实际上至少由两层结构构成，包括：第1区域，它由有第1平均粒径的烧结微粒构成，并有第1孔隙率；和第2区域，设置在电子发射面的至少其中一部分上，具有比第1平均粒径小的第2平均粒径和比第1孔隙率大的第2孔隙率。其中，把第1区域称为大微粒低孔隙率区域，把第2区域称为小粒径高孔隙率区域。

本发明使用的多孔质阴极基体是通过烧结高熔点金属、例如烧结W、钼(Mo)和铼(Re)等高熔点金属粉末得到的烧结体。

把构成这样得到的烧结体的微粒的平均粒径称为平均粒径。

最好把电子发射物浸渍多孔质阴极组件的整体，也可以除去一部分区域、例如除去电子发射面附近区域进行浸渍。

依据本方案第1优选实施例，最好使大微粒低孔隙率区域的平均粒径为2至10μm，并且孔隙率为15至25％。

更具体地说，第1方案的第1优选实施例中这样的浸渍型阴极基体实际上至少由两层结构构成，包括：大微粒低孔隙率区域，它由平均粒径为2至10μm的微粒烧结构成，并且孔隙率为15％至25％；和小粒径高孔隙率区域，它设置在电子发射面的至少一部分上，具有比该大粒径低孔隙率区域平均粒径小的平均粒径和比该大粒径低孔隙率区域的孔隙率大的孔隙率。

此外，依据第1方案的第2优选实施例，小粒径高孔隙率区域的平均粒径最好在0.1μm至2μm，并且孔隙率为25％至40％。

更具体地说，第1方案的第2优选实施例中这样的浸渍型阴极基体实际上至少由两层结构构成，包括：大微粒低孔隙率区域；和小粒径高孔隙率区域，它设置在电子发射面的至少一部分上，构成其烧结体的微粒平均粒径为0.1μm至2μm，并且其孔隙率为25％至40％。

依据本发明的第1方案的第3优选实施例，小粒径高孔隙率区域的厚度最好在30μm以下。

更具体地说，第1方案的第3优选实施例中这样的浸渍型阴极基体实际上至少由两层结构构成，包括：大微粒低孔隙率区域；和小粒径高孔隙率区域，它设置在其电子发射面的至少一部分上，其厚度在30μm以下。

依据本发明的第1方案的第4优选实施例，在大微粒低孔隙率区域的电子发射面侧最好以线状或点状设置小粒径高孔隙率区域。

更具体地说，第1方案的第4优选实施例中这样的浸渍型阴极基体实际上包括这样的结构：大微粒低孔隙率区域；和小粒径高孔隙率区域，它以线状或点状设置于电子发射面侧。

依据本发明的第1方案的第5优选实施例，从大微粒低孔隙率区域至所述小粒径高孔隙率区域上的平均粒径和孔隙率最好阶段性地变化。

更具体地说，第1方案的第5优选实施例中这样的浸渍型阴极基体实际上具有这样的阶段变化的结构，即：在厚度方向上越靠近电子发射面其平均粒径就越减小，并且越靠近电子发射面其孔隙率就越大。

依据第1方案的第6优选实施例，在其电子发射面上，最好还形成包含选自由铱(Ir)、锇(Os)、铼(Re)、钌(Ru)、铑(Rh)和钪(Sc)构成的组中的至少一种金属的层。

更具体地说，第1方案的第6优选实施例这样的浸渍型阴极基体实际上包含至少三层的层积结构，即：大微粒低孔隙率区域；和小粒径高孔隙率区域，设置在电子发射面；包含下列组中至少一种金属的层，它设置在该小粒径高孔隙率区域的电子发射面上，该组由铱、锇、铼、钌、铑和钪构成。

在第1方案中，最好把电子发射物浸渍多孔质阴极基体的整体，也可以除去其一部分区域、例如除去靠近电子发射面附近的区域进行浸渍，或也可以仅浸渍大微粒低孔隙率区域。

第2方案提供了浸渍型阴极基体的制造方法，它是制造第1方案那样的浸渍型阴极基体的较好方法之一，其特征在于包括：

(1)形成作为大粒径低孔隙率的多孔质烧结体的步骤；

(2)在该多孔质烧结体的电子发射面侧，形成平均粒径小于该大粒径低孔隙率区域的平均粒径，并且孔隙率大于该大粒径低孔隙率区域的孔隙率的小粒径高孔隙率区域，从而获得多孔质阴极部件的步骤；

(3)切断该多孔质部件，形成多孔质阴极基体的步骤；和

(4)在该多孔质阴极基体上浸渍电子发射物的步骤。

最好采用选自印刷法、旋涂法、喷涂法、电解沉淀法和溶射法中的方法形成小粒径高孔隙率区域。

第3方案提供了浸渍型阴极基体的制造方法，它是第2方案那样的方法的改进例之一，其特征在于包括：

(1)形成作为大粒径低孔隙率的多孔质烧结体的步骤；

(2)在该多孔质烧结体的电子发射面侧，形成平均粒径小于该大粒径低孔隙率区域平均粒径，并且孔隙率大于该大粒径低孔隙率区域的孔隙率的小粒径高孔隙率区域，从而获得多孔质阴极部件的步骤；

(3)在该多孔质阴极部件的电子发射面上，配置由具有1200℃以下熔点的金属和合成树脂构成的组中选出的填充材料的步骤；

(4)用熔化该填充材料获得的温度加热配置了所述填充材料的多孔质阴极部件，在该多孔质阴极部件内浸渍该填充材料的步骤；

(5)按预定的大小切断或冲切所述多孔质阴极部件，形成多孔质阴极基体的步骤；

对该多孔质阴极基体进行抛光处理，除去毛边和污物的步骤；

(6)从该抛光处理后的多孔质阴极基体除去所述填充材料的步骤；和

(7)在除去填充材料的该多孔质阴极基体中，浸渍电子发射物的步骤。

其中，可把在预定形状的多孔质阴极基体切断或冲切加工前的多孔质阴极基体称为多孔质阴极部件。

依据第4方案，提供了浸渍型阴极基体的制造方法，它是第2方案那样的方法的改进例之一，其特征在于包括：

(1)形成作为大粒径低孔隙率的高熔点金属的多孔质烧结体的步骤；

(2)在该多孔质烧结体的电子发射面上，涂敷选自由包括平均粒径小于该大粒径低孔隙率区域平均粒径、熔点低于1200℃以下的金属的金属粉末，和合成树脂构成的组中的至少一种填充材料的膏，用熔化所述填充材料得到的温度烧制，在形成作为小粒径高孔隙率区域的多孔质烧结体的同时，还在该多孔质烧结体内熔化该填充材料，形成多孔质阴极部件的步骤；

(3)按预定大小切断或冲切加工多孔质烧结体，形成多孔质阴极基体的步骤；

(4)对该多孔质阴极基体进行抛光处理，除去毛边和污物的步骤；

(5)从该抛光处理的多孔质阴极基体除去所述填充材料的步骤；和

(6)在多孔质阴极基体中，浸渍电子发射物的步骤。

此外，能够形成使用这样得到的多孔质阴极基体的浸渍型阴极组件。再有，还能够形成采用这种浸渍型阴极组件的电子管。

第5方案是提供使用第1方案那样的多孔质阴极基体、例如用于阴极射线管的多孔质阴极组件，用于速调管的多孔质阴极组件，用于行波管的多孔质阴极组件，和用于回旋管的多孔质阴极组件。

更详细地说，这种第5方案的浸渍型阴极组件是多孔质阴极组件，包括：浸渍电子发射物、由高熔点金属粉末的烧结体构成的多孔质阴极基体；支撑该多孔质阴极基体的支撑部件；和配有在该支撑部件内的灯丝，所述多孔质阴极基体实际上这样构成：大粒径低孔隙率区域，由具有第1平均粒径的烧结微粒构成，并具有第1孔隙率；和小粒径高孔隙率区域，它设置在电子发射面的至少一部分上，具有比第1平均粒径小的第2平均粒径和比第1孔隙率大的第2孔隙率。

第5方案的第1优选实施例那样的浸渍型阴极组件是这样的阴极组件，包括：浸渍电子发射物、由高熔点金属粉末的烧结体构成多孔质阴极基体；支撑该多孔质阴极基体的支撑部件；和配有在该支撑部件内的灯丝；所述多孔质阴极基体实际上构成至少两层结构，即：大粒径低孔隙率区域，由平均粒径为2至10μm的烧结微粒构成，并且孔隙率为15％至25％；和小粒径高孔隙率区域，它设置在电子发射面的至少一部分上，具有比大粒径低孔隙率区域平均粒径小的平均粒径和比大粒径低孔隙率区域孔隙率大的孔隙率。

第5方案的第2优选实施例那样的浸渍型阴极组件是这样的阴极组件，包括：浸渍电子发射物、由高熔点金属粉末的烧结体构成多孔质阴极基体；支撑该多孔质阴极基体的支撑部件；和配有在该支撑部件内的灯丝；该多孔质阴极基体实际上构成至少两层结构，即：大粒径低孔隙率区域；和小粒径高孔隙率区域，它设置在电子发射面的至少一部分上，构成烧结体的微粒的平均粒径为0.1μm至2μm，并且其孔隙率为25％至40％。

第5方案的第3优选实施例那样的浸渍型阴极组件包括：实际上构成至少两层结构的阴极基体，即：大粒径低孔隙率区域；和小粒径高孔隙率区域，它设置在电子发射面的至少一部分上，其厚度为30μm以下；支撑该多孔质阴极基体的支撑部件；和在该支撑部件内设置的灯丝。

第5方案的第4优选实施例那样的浸渍型阴极组件包括：实际上构成至少两层结构的阴极基体，即：大粒径低孔隙率区域；和小粒径高孔隙率区域，它在电子发射面以线状或点状设置；支撑该多孔质阴极基体的支撑部件；和在该支撑部件内设置的灯丝。

第5方案的第5优选实施例那样的浸渍型阴极组件包括：实际上具有阶段变化结构的多孔质阴极基体，即在其厚度方向上越靠近电子发射面其平均粒径就越小，并且越靠近其电子发射面其孔隙率就越大；支撑该多孔质阴极基体的支撑部件；和在该支撑部件内设置的灯丝。

第5方案的第6优选实施例那样的浸渍型阴极组件包括：实际上包含至少三层层积结构的多孔质阴极基体，即：大粒径低孔隙率区域；和小粒径高孔隙率区域，它设置在电子发射面上；包含选自下列组中的至少一种金属的层，该组由铱、锇、铼、钌、铑和钪构成；支撑该多孔质阴极基体的支撑部件；和在该支撑部件内设置的灯丝。

把第5方案这样的阴极组件用于阴极射线管的情况下，就有：例如筒状的阴极套筒；在该阴极套筒一端部内面固定的浸渍型阴极基体固定部件；在该浸渍型阴极基体固定部件中固定的第1方案那样的浸渍型阴极基体；在所述阴极套筒外侧同轴配置的包围该阴极套筒的筒状托架；一端部固定在该阴极套筒的外侧，另一端部固定在该套筒托架内侧的多个搭接片；和在该阴极套筒内侧配置的灯丝。

把第5方案这样的阴极组件用于速调管的情况下，就有例如：第1方案那样的浸渍型阴极基体；支撑该浸渍型阴极基体的支撑筒；内装在该支撑筒内，并且埋入绝缘物中的灯丝。

第6方案提供电子枪组件，它把第1方案那样的多孔质阴极基体用于例如阴极射线管的电子枪组件、用于速调管的电子枪组件、用于行波管的电子枪组件、和用于回旋管的电子枪组件等。

把第6方案这样的电子枪组件用于阴极射线管的电子枪组件的情况下，就有例如：第5方案那样的浸渍型阴极组件；在该浸渍型阴极组件的电子发射面侧同轴地配置的多个栅电极；在多个栅电极前面，带有同轴配置的会聚电极的电子枪组件；和与所述电子枪组件连接的分压电阻器。

图1表示作为第6方案那样的用于阴极射线管的电子枪组件的一例、在其内组装了电子管内装电阻器的彩色显象管的概略剖视图。

图1中，61是真空容器，在该真空容器61中形成的管颈部分61a内部，配置着电子枪组件A。在该电子枪组件A中，对应于三个阴极，依次同轴配置着共用的第1栅电极G1、第2栅电极G2、第3栅电极G3、第4栅电极G4、第5栅电极G5、第6栅电极G6、第7栅电极G7和第8栅电极G8。在栅电极G8的后面，配置会聚电极62。

各栅电极G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7和G8维持相互预定的位置关系，利用支杆玻璃3机械地保持这种关系。此外，第3栅电极G3和第5栅电极G5利用导线64电气连接，而且，会聚电极62通过与第8栅电极G8焊接进行连接。

在这样的电子枪细件A中，安装内装电子管的电阻器65。该电阻器65配有绝缘基板65A。在该绝缘基板65A中，形成预定图形的电阻层(图中未示)和与该电阻层连接的电极层。在该电阻器65的绝缘基板65A中，设有与电极层连接的高压电极取出端子66a、66b、66c，各端子66a、66b、66c与第7栅电极G7、第6栅电极G6、第5栅电极G5连接。此外，在电阻器65的绝缘基板65A中设置的与电极层连接的端子67与会聚电极62连接，再有，在绝缘基板65A中设置的与电极层连接的接地侧的取出端子68与接地电极引线69连接。

另一方面，在真空容器61中形成的锥体部分61b的内壁上，覆盖有延伸至所述管颈部分61a内壁的石墨导电膜70，在锥体部分61b中设有通过提供高电压帽(图中未示出的阳极帽)，提供阳极电压。

而且，在会聚电极62中，设有导电弹簧79，利用导电弹簧79与石墨导电膜70接触，对会聚电极62中的第8栅电极G8和电子管内装电阻器65的会聚端子67提供阳极电压，由高压的66a、66b、66c产生的分压电压提供给第7栅电极G7、第6栅电极G6和第5栅电极G5。

把第6方案这样的电子枪组件用于速调管电子枪组件的情况下，就有：第5方案那样的浸渍型阴极组件；内装该浸渍型阴极组件的阴极部分；和与该浸渍型阴极组件的电子发射面同轴配置的阳极部分。

图2是说明第6方案那样的速调管使用的电子枪组件一例的主要部分的概略剖视图。

如图2所示，在速调管使用的电子枪组件一例的主要部分中，配置阴极组件81。利用大致沿轴向方向与锥体嵌合的薄壁金属环构成的焊接凸缘180、181前端的弧形焊接封闭部分184封闭阴极部分181和绝缘部分93。此外还有，同样利用大致沿轴向方向与锥体嵌合的薄壁金属环构成的焊接凸缘182、183前端的弧形焊接封闭部分185封闭绝缘部分93和阳极部分95。再有，由于一边决定对于阳极部分95的电极间隔一边组装，最后进行嵌合，所以利用两者的焊接封闭部分98中的紧密封闭组装电子枪组件。

一般来说，在速调管工作中致命之处很可能是电子枪组件出现的问题，可列举出与电极间的设计尺寸不同的误差。这种误差主要由零件精度和组装精度引起。因此，电极间隔进行如下那样的调整。也就是说，对于轴向方向的误差，就在阴极部的芯柱板84和芯柱端板86之间插入适当的导体衬套，用弹簧固定。或者在用于支撑的陶瓷环92与焊接弹簧180或183之间插入衬套。此外，对于半径方向的误差，在用旋转台模具相对于控制极82和焊接弹簧180进行同轴调整后，用弹簧85固定阴极部83。此外，对于绝缘部分93，采用适当的组装模具钎焊，获得焊接弹簧181、182的同轴度。

此外，第7方案提供浸渍型阴极基体，它把第1方案那样的浸渍型阴极基体用于例如阴极射线管使用的电子管、速调管使用的电子管、行波管使用的电子管和回旋管使用的电子管等中。

在用于阴极射线管的情况下，第7方案那样的电子管有：例如带有荧光屏部分的真空外壳；在该荧光屏内面的荧光体层；与该真空外壳的荧光屏部分相对置配的第6方案那样的电子枪组件；和在所述荧光体层与该电子枪细件之间配置的荫罩。

图3是说明本发明的用于阴极射线管电子管一例的概略剖视图。

如图3所示，这种阴极射线管用电子管有由矩形状的屏盘31和漏斗状的锥体32及管颈33构成的外壳。在屏盘31内面，设有带状的红、绿、蓝各种发光的荧光体层34，在管颈33中，设有电子枪36，它由沿屏盘31的水平轴一字形排列如图1所示的电子枪组件组成，对应红、绿、蓝发射电子束35。此外，在与荧光体34接近的相对位置，带有多个细微孔的荫罩7支撑固定在荫罩框架37上。用偏转线圈38使电子束偏转扫描，再现图象。

在用于速调管的情况下，第7方案那样的电子管有：例如第6方案那样的电子枪组件；在该电子枪组件的电子发射面同轴配置的多个共振腔在漂移期间连接的高频作用部分和收集器部分；和在该高频作用部分的外周部分配置的磁场发生装置。

图4是说明本发明的为速调管的电子管一例的主要部分的概略剖视图。

如图4所示，在为该速调管的电子管的主要部分中，符号191是电子枪组件部分，192是阴极组件。在有如图2所示结构的电子枪组件191中，多个共振腔193经漂移管194依次连接高频作用部分195和收集器部分196。而且，在高频作用部分195的外侧，配置有磁场发生装置，比如电磁线圈197。再有，198是电子束。此外，图中省略了输出波导管部分。

在使用行波管的情况下，第7方案那样的电子管有：例如使用本发明的浸渍型阴极组件的电子枪组件；在该浸渍型阴极组件的电子发射面同轴配置的放大信号的慢波电路和捕捉电子束的收集器部分。

图5是说明为本发明行波管的电子管一例的概略剖视图。

如图5所示，该行波管包括：使用本发明的浸渍型阴极基体的电子枪组件171，放大信号的慢波电路172和捕捉电子束的收集器部分173。而且，构成慢波电路172，使管状真空外壳174内的螺旋线175由三个电感应支撑棒176支撑固定，在该慢波电路172的两端，分别突出设置着输入栓177和输出栓178。

在为回旋管的情况下，第7方案那样的电子管有：使用例如本发明的浸渍型阴极组件的电子枪组件；在该浸渍型阴极组件的电子发射面中配置的第2直径变小的管状电子束压缩部分；与该锥状电子束压缩部分连接配置的空腔共振部；与所述空腔共振部连接配置的第2直径变大的锥状电磁波引导部分；捕捉电子束的收集器部分；和在空腔共振部外周部配置的磁场发生装置。

图6是说明为本发明的回旋管的电子管一例的概略剖视图。

图6中，符号230表示回旋管本体；231表示采用组装本发明的浸渍型阴极组件、产生空心电子束的电子枪组件部分；232表示配置在电子束下流、第2直径变小的锥状电子束压缩部分；233表示配置在电子束下流、第2直径变大的锥状电磁波引导部分；235表示配置在其后、捕捉相互作用后的电子束的收集器部分；236表示配置在其下流有陶瓷气密窗的输出窗；237表示波导管耦合凸缘；239表示磁场发生装置的螺线管。

下面，说明第1方案。

在第1方案中，至少从浸渍型阴极组件电子发射面开始，顺序设置小粒径、高孔隙率的多孔质区域，和大粒径、低孔隙率的多孔质区域。

在大粒径低孔隙率区域加热时，能够固定地维持浸渍电子发射物的供给。

此外，在大粒径低孔隙率区域上，利用设置小粒径高孔隙率区域，在电子发射面的小粒径高孔隙率区域，由于构成阴极基体的微粒间距离较短，所以缩短了电子发射物的扩散距离。由此，由电子发射物对电子发射面的覆盖就更快、更均匀地进行，能够实现电子发射物的充分供给，获得电子发射面充分的被履盖率。如果提高被覆盖率，就能获得更好的耐离子轰击性。此外，由此能够缩短高电压操作的浸渍型阴极组件的发射时间。再有，比如说，即使在包含扩散速度慢的电子发射物的情况下，也能够防止因离子轰击造成的浸渍型阴极组件电子发射特性的劣化。

此外，本发明使用的孔隙率为在一定体积物体(固体)中存在的空间的比例，用下式(1)表示。

P1-W/Vd                        …(1)

式中，w是被测定物的重量(g)，V是被测定物的体积(cm³)，d是被测定物的密度(钨的情况下为19.3g/cm³)，P表示孔隙率(％)。但是，本发明要求的小粒径大孔隙率区域作为期望的层，而且，该层最好在30μm以下的厚度。因此，在实际中不可能测定上式的w、V，不能算出孔隙率。这样，为确实控制孔隙率，就利用下面的方法进行孔隙率的测定。

首先，假设浸渍后的阴极基体，完全除去空孔内的电子发射物后，在这些空孔内，熔化浸渍着色树脂。然后，为露出阴极表面中的垂直剖面，用金属研磨机等进行研磨。在阴极基体尺寸较大的情况下，也可以经预先切断，露出粗剖面。如果得到平滑的剖面，就对该剖面的剖面象用光学显微镜或电子显微镜摄影。对该剖面象用图象处理装置比如KEYENCE公司制造的CV-100进行图象处理，求出本剖面中的高熔点金属露出部分的面积S_base。和着色树脂露出部分的面积。如果这样做，就可求出作为孔隙率的P＝S_base/(S_pore+S_base)×100(％)。此时，区域S_pore与阴极基体外部区域的界限为在阴极基体最外周存在的高熔点金属微粒的阴极基体最外部中突出点相互间连接的线段。面积S_base和面积S_pore的计算最好对整个阴极基体进行，但进行这样的处理实际上很困难。因此，至少选择5个阴极基体的剖面内任意的点，求出其附近1000μm²以上区域的面积S_base和面积S_pore，能够计算出平均P作为孔隙率。

再有，在第1方案的第1优选实施例中，如果大微粒低孔隙率区域的粒径不足2μm，那么在制造时进行烧结时，就不能够无视空隙关闭的情况，即使能够确保孔隙率，也有未完成电子发射物浸渍的趋势；此外，如果超过10μm，就不能得到期望的孔隙率，向小粒径高孔隙率区域的电子发射物的供给不充分，同时，为获得期望的孔隙率，就有使烧结温度变得非常高的趋势，因而有工业制造变得困难的趋势。大粒径低孔隙率区域的较好平均粒径为2～7μm，平均粒径为2～5μm就更好。此外，如果其孔隙率不足15％，就有向小粒径高孔隙率区域的电子发射物的供给不充分的趋势，如果孔隙率超过25％，在不能获得必要强度的同时，还有使电子发射物的消耗增加寿命变短的趋势。大粒径低孔隙率区域的孔隙率为15～22％较好，孔隙率为17～21％就更好。

在第1方案的第2优选实施例中，如果小粒径高孔隙率区域的平均粒径不足0.1μm，由于其粒径过小，使阴极基体中易产生裂纹，所以存在降低强度的趋势。此外，作为原料的高熔点金属粉末的粒径如果过小，烧结时容易形成二次微粒、三次微粒等，使烧结进度提前，不能得到期望的粒径。在这种情况下，要使密度升高，就有不能获得期望的孔隙率的趋势。

此外，粒径如果在2μm以上，由于电子发射物的扩散距离变大，就会改变向电子发射面充分供给电子发射物所需要的时间。而且，如果扩散距离变大，电子发射面中的均匀扩散也变得困难。因此，粒径如果在2μm以上，就有电子发射面的电子发射物的覆盖率降低的趋势。如上所述，如果覆盖率降低，就不能获得充分的耐离子轰击性。

多孔质阴极基体的小粒轻高孔隙率区域的平均粒径为0.8～1.5μm较好。

此外，如果多孔质阴极基体的小粒径高孔隙率区域的平均粒径在0.1μm至2.0μm的范围内，孔隙率不足25％，那么电子发射物对电子发射面的供给就变得不充分，有电子发射面的电子发射物的覆盖率降低的趋势。如果覆盖率降低，就不能获得充分的耐离子轰击性。

再有，如果多孔质阴极基体的小粒径高孔隙率区域的平均粒径在0.1μm至2.0μm的范围内，孔隙率超过40％，那么就有阴极基体的机械强度降低的趋势。小粒径高孔隙率区域的较好孔隙率为25～35％。

此外，如第1方案第3优选实施例所示，在至少有两层以上层积结构的浸渍型阴极基体的情况下，在大粒径低孔隙率区域层的电子发射面设置的小粒径高孔隙率区域层的层厚最好在30μm以下。该层厚为3～30μm较好，若为3～20μm就更好。

如第2方案所示，至少有两层结构的浸渍型阴极组件可如下制连

首先，按一般方法，形成为平均粒径为2至10μm、并且孔隙率为15％至25％的大粒径低孔隙率区域的多孔质烧结体。

接着，在该多孔质烧结体的电子发射面上，把平均粒径小于大粒径低孔隙率区域的多孔质烧结体平均粒径的W粉末的高熔点金属粉末用有机溶剂调制成膏状，按例如丝网印刷法涂敷，形成期望的膜厚。然后，干燥，在真空或氢气(H₂)等还原气氛中，在1700～2200℃范围内进行烧结。由此，在大粒径低孔隙率区域上形成小粒径高孔隙率区域。这种情况下，应适当设定膏的浓度、印刷条件、烧结时间等，以获得构成烧结体微粒的期望平均粒径和孔隙率。

此外，作为第1方案那样的阴极基体的另一结构，如第4优选实施例所示，在构成大粒径低孔隙率区域基质的至少电子发射面侧中，还可举出存在多个小粒径高孔隙率区域点的结构。作为例子，可列举出在大粒径低孔隙率区域的电子发射面上存在沟状或孔状的凹部，在其凹部存在小粒径高孔隙率区域的结构。为形成这样结构的阴极基体，例如，利用在作为大粒径低孔隙率区域的多孔质烧结体的电子发射面上的机械加工等，形成沟或孔状的凹部，在其凹部填充膏，进行烧结，就能够形成小粒径高孔隙率区域。

再有，作为阴极基体结构的其他变形，如第1方案的第5优选实施例所示，可列举出在其厚度方向，随着靠近电子发射面第2孔隙率增加、并且粒径变小的结构。

该小粒径高孔隙率区域的形成并不限于上述印刷法，也可采用旋涂法、喷涂法、电解沉淀法或溶射法等获得多孔质层，并不显定使用哪种方法。此外，在采用溶射法的情况下，能够省去烧结工艺。

在有上述结构的阴极组件的阴极基体中，然后与常规方法一样，例如在H₂等气氛中熔化浸渍例如由摩尔比为4∶1∶1的BaO∶CaO∶Al₂O₃的混合物构成的电子发射物。

再有，下面说明第1方案的第6优选实施例。

在第1方案的第6优选实施例中，使用包含选自由铱(Ir)、锇(Os)、铼(Re)、钌(Ru)、铑(Rh)和钪(Sc)构成的组中的至少一种元素、单体和含有其元素的物质，或使用含有其他元素或与含有其他元素物质组合成的物质。

这种组合，有各种各样的情况，例如包括合金、化合物等形式的情况。

依据第6优选实施例，利用形成包含这些元素的层，阴极组件的电子发射面的电偶极层即使因离子轰击受到破坏，电子发射特性也能立即复原，能够进行发射，并且使足够低的低温工作成为可能。再有，由于能够低温工作，能够降低电子发射物例如钡等蒸发量，所以按薄于现有技术的厚度设定阴极组件厚度成为可能。

单独使用的元素最好为铱、钪。

包含元素使用的物质最好为氧化钪(Sc₂O₃)、氢化钪(ScH₂)等。

组合使用的物质最好为Ir-W、Os-Ru、Sc₂O₃-W、ScH₂-W、Sc-Re等合金。

Os虽可单独使用，但因其氧化物有毒性，考虑到作业者的安全性，与单独使用相比，最好采用不易氧化的合金形式。

此外，能够把Sc与从铪(Hf)、铼、和钌(Ru)等高熔点金属中至少选择的一种组合使用。在阴极组件工作时，这些高熔点金属用作使Sc与氧分离的分离剂。

再有，在第1方案中，按需要，在除去多孔质阴极基体表面的多余电子发射物后，能够用例如喷涂法等薄膜形成方法形成使用的元素成分层。

下面，说明第3方案和第4方案。

在多孔质阴极组件的制造方法中，第3方案和第4方案改进了从其多孔质体切出预定形状的阴极基体的步骤。在切断阴极基体中，会产生毛边。因此，利用对阴极基体进行抛光处理，除去毛边是必要的。一般来说，把切断的阴极基体放在装有由铝和二氧化硅构成的小球体的容器内进行振动，使小球体与阴极基体摩擦，从而进行抛光处理。此时，阴极基体的电子发射面也同样进行摩擦，使多孔质体的孔隙部分被阻塞。该孔隙部分作为电子发射物的供给路径，如果孔隙部分被堵塞，就会产生防碍电子发射物浸渍的问题。此外，多孔质体表面的外观表面积增大，会产生在表面中的电子发射物的扩散距离增大的问题。具体地说，在有小粒径高孔隙率区域的阴极基体中，由于这些问题，使电子物质的扩散距离缩短和供给路径的增大受到损害，就不能获得耐离子轰击特性的改进效果。

此外，如果发生阴极基体表面的剥离，发生电子发射物的喷出，就会产生电子发射面的变质。电子发射面的变质会导致发射电流密度劣化等不良影响。

依据第3方案，在切断加工阴极基体前的多孔质体的电子发射面上，采用从由具有1200℃以下熔点的金属和合成树脂构成的组中选择的填充材料，用熔化填充材料获得的温度加热处理，通过在该多孔质形成体内熔化填充材料，在电子发射面上的孔隙部分中的多孔质体内熔化填充材料。由此，进行孔内的保护和多孔质体的强化，即使在抛光时电子发射面受到摩擦，也能够使孔隙部分不堵塞。

此外，依据第4方案，用熔化填充材料获得的温度烧制高熔点金属和含有从具有1200℃以下熔点的金属及合成树脂构成的组中选择的至少一种填充材料的膏，在形成以高熔点金属为主要成分的多孔质体的同时，在多孔质体的孔内熔化该填充材料。由此，进行孔内的保护和多孔质体的强化，即使在抛光时电子发射面受到摩擦，也能够使孔隙部分不堵塞。

此外，作为本发明的阴极基体应用例，例如在阴极基体的电子发射面区域，能够形成更高熔点金属微粉末和氧化钪的混合物层。由此，即使阴极组件的电子发射面的电偶极层因离子轰击受到破坏，电子发射特性也可立即复原，使发射和充分的低温工作成为可能。此外，由于能够低温工作，能够降低电子发射物例如钡等蒸发量，所以把阴极组件厚度设定为薄于现有技术的厚度成为可能。除此之外，还意味着可大幅度地改进因电子发射物的浸渍量不足变得不充分的现有的节电型浸渍阴极的寿命特性。

再有，作为高熔点金属微粒粉末，最好能够采用钨和钼的合金或其混合物。由此，即使较低的烧结温度，也能够获得十分坚固的烧结层。作为合成树脂，最好能够采用甲基丙烯酸甲基。

得到的微细烧结层最好有0.8至1.5μm的平均粒径，并最好有20％至40％的孔隙率。

下面，参照附图，具体说明本发明。

实施例1

图7是表示使用本发明的浸渍型阴极组件的第1实施例的电子管的的局部剖切的概略图。该阴极组件为用于速调管的浸渍型阴极组件，在高输出、高电压下使用。

如图所示，该电子管的主要结构有：由多孔质W构成的基体金属层3；支撑该多孔质阴极基体3的用Mo等构成的钎焊的支撑筒11；和内装在支撑筒11中的灯丝18；该灯丝18埋入由Al₂O₃等构成的埋入材料中并进行烧结来固定。在该多孔质阴极基体3的孔隙部分中，浸渍例如由摩尔比为4∶1∶1的BaO∶CaO∶Al₂O₃的混合物构成的电子发射物。在多孔质阴极基体3的电子发射面，用真空喷涂设置Ir的薄膜层，通过合金化处理，形成Ir和W的合金化层(图中未示)。此外，该阴极组件在用于集束的电子发射面上有例如半径为53mm的曲率。

图8表示该阴极组件的多孔质阴极基体3的结构模式图。如图8所示，多孔质阴极基体3具有由大粒径低孔隙率层22和在其上形成的小粒径高孔隙率23构成的两层结构。具有这种结构的多孔质阴极基体3能够按以下方法，例如按喷涂法形成。

首先，作为大粒径低孔隙率层，预备由比如平均粒径为3μm的W微粒构成的孔隙率约为17％的多孔质W基体。例如，该基体有70mm的直径，电子发射面的曲率为53mm。

在该多孔质W基体中装有掩模模具的状态下，在基体的电子发射面上用喷枪垂直地喷涂W微粒和醋酸丁酯及甲醇的混合物。

喷涂距离为10cm，空气压力为1.2kgf/cm₂，喷涂流量为0.35cc/秒，喷涂时间为5秒，在保持曲率的电子发射面上形成厚度为20μm均匀的薄膜层。

然后，为进行薄膜层的烧结和薄膜层与基体金属的粘接，在还原气氛中进行1小时温度为1700～2200℃的热处理，例如，在氢气气氛下，进行1小时温度为2000℃的热处理。

这样得到的小粒径高孔隙率W薄膜层，外观上无裂纹，并保持足够的强度，平均粒径为0.8μm，孔隙率为30％，有约10μm的均匀厚度。

接着，在该多孔质基体3的孔隙部分中，在H₂气氛中、1700℃下，加热约10分钟，熔化浸渍由摩尔比为4∶1∶1的BaO∶CaO∶Al₂O₃的混合物构成的电子发射物。

在速调管的电子管内安装具有这样得到的两层结构的阴极组件，在阴极温度为1000℃b(℃b为亮度温度)的条件下可进行发射。

图9是表示进行100小时发射后的电子发射特性的曲线图。该电子发射特性表示发射电流与阴极温度的关系，它以阴极温度为1100℃b时与发射电流的比率作为100％。图中实线31、32分别表示现有的浸渍型阴极组件和实施例1的浸渍型阴极组件的特性。从该曲线可明显看出，在低温部分，可以认为用实线表示的实施例1的浸渍型阴极细件处于优势。在高温部分，因扩散速度快虽不能确认特性上的优势，但在低温部分，由于扩散速度较慢，所以本发明的浸渍型阴极组件的一方具有显著的优势。此外，从该曲线可明显看出，如果使用本发明的浸渍型阴极组件，就能够缩短发射时间。

实施例2

图10是表示本发明的用于另一电子管的浸渍型阴极组件的第2实施例的概略图。这种阴极组件是用于阴极射线管的阴极组件，该阴极基体与实施例1的用于速调管的阴极基体不同，基本上不具有曲率。

如图所示，使用浸渍型阴极组件的电子管例如有以下结构：阴极套筒1；在该阴极套筒1的一端部内侧，使与其一端部开口缘基本同一面固定的帽状固定部件2；多孔质阴极基体3，它固定在该帽状固定部件2内，浸渍有电子发射物；以包围阴极套筒1的方式与内侧同轴地配置的筒状托架4；多个薄长方形状搭接片5，一端部安装在阴极套筒1的另一端外侧面，另一端部安装在筒状托架4的一端部上形成的内突部分上，在筒状托架4的内侧同轴支撑阴极套筒1；屏蔽筒7，设置在阴极套筒1与多个搭接片5之间，由在筒状托架4一端形成的内突部分上的支撑片6安装固定；和灯丝8，插入阴极套筒1内侧进行加热。

所述多孔质阴极基体3的材料为W。在该基体的孔隙部分分，浸渍例如由摩尔比为4∶1∶1的BaO∶CaO∶Al₂O₃的混合物和1wt％的Sc₂O₃构成的电子发射物。

再有，例如，通过在筒状托架4的外表面安装的搭接片9，在阴极组件上依次以预定间隔配置多个电极(图中仅示出第1栅极G1)的同时，该阴极组件固定在绝缘支撑体10上。

多孔质阴极基体3有与图8同样的结构，如下所示，可利用例如丝网印刷法形成。

首先，混合W微粒、作为粘合制的乙基纤维素、树脂和表面活性剂的混合物、溶剂，获得涂敷液。

作为大粒径低孔隙率层，预备由粒径约为3μm的W微粒构成孔隙率为17％的多孔质钨基体。例如，该基体的直径为1.1mm，厚度为0.32mm。

在该基体上，采用不锈钢网眼筛，用上述涂敷液进行丝网印刷，形成小粒径高孔隙率的钨薄膜层。

然后，为进行薄膜层的烧结和薄膜层与大粒径低孔隙率层的粘接和烧结，在氢气气氛下，进行1小时温度为2000℃的烧结。

这样得到的小粒径高孔隙率W薄膜层，外观上无裂纹，并具有足够的强度，平均粒径为1μm，孔隙率约为30％，并有约10μm的均匀厚度。此外，得到的阴极基体有与图8所示的相同两层结构。

采用如上所述的方法，制成改变小粒径高孔隙率区域的粒径、孔隙率和大粒径低孔隙率区域的粒径、孔隙率的阴极射线管使用的阴极基体，进行其发射特性评价和强制寿命实验。制成的阴极基体的材料采用钨，半径为1.1mm，厚度为0.32mm。浸渍的电子发射物为BaO∶CaO∶Al₂O₃＝4∶1∶1。采用丝网印刷法，形成厚度为10μm的小粒径高孔隙率区域。

在该阴极基体中，采用安装灯丝、阳极等组装的二极管，在阳极电压200V，灯丝电压为6.3V的条件下进行依据占空率的发射特性评价。

把使用该阴极基体组装的阴极组件装配在图象对角尺寸为760mm的电视机显象管中，在灯丝电压为8.5V，阴极电流为600μA的条件下进行强制寿命实验。作为发射测定，是在灯丝电压为6.3V，第1栅极为200V，施加占空率为0.25％的脉冲时进行阴极电流测定。

其结果用表1和表2表示。

                              表1

  样品    大粒径低孔隙率区域    小粒径高孔隙率区域  粒径(μm)  孔隙率(％)  粒径(μm)  孔隙率(％)    1    2    3    4    5    6    7    8    9    10    11    12    13    14    15    16    17    18    3    3    3    3    3    3    3    3    3    3    3    3    3    1    1.5    2    10    15    20    20    20    20    20    20    20    20    20    10    15    25    30    20    20    20    20    20    1    1    1    1    0.05    0.1    1    1.5    3    1    1    1    1    1    1    1    1    1    20    25    40    45    30    30    30    30    30    30    30    30    30    30    30    30    30    30

                     表2

 样品 占空率0.1％ 时的发射(％) 占空率4.0％时的   发射(％)  强制寿命    (％)  其他问题 综合评   价  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18    88    103    103    102    60    100    105    102    93    101    100    102    120    82    82    93    92    68    88    128    125    107    70    120    166    120    75    132    129    150    173    121    118    105    102    88    120    103    102    100    120    107    101    101    100    69    93    90    40    66    79    100    100    91小粒径高孔隙率区域有剥落含浸难    含浸难       基体烧结难   ×   ○   ○   △     △   ○   ◎   ○   ×   △   ○   ○   ×   ×   △   ○   ○   △

表中，在使用没有粒径为3μm、孔隙率为20％的小粒径高孔隙率区域的阴极组件的电子管中，占空率0.1％时的发射(％)是以进行占空率0.1％的脉冲工作时得到的发射量为100，用百分率表示的各个实验值。此外，同样地，在使用没有粒径为3μm、孔隙率为20％的小粒径高孔隙率区域的阴极组件的电子管中，占空率4.0％时的发射(％)是以进行占空率4.0％的脉冲工作时得到的发射量为100，用百分率表示的各个实验值。再有，强制寿命(％)用下式表示：

(I_life/I₀)/(I_life^ref/I₀^ref)×100(％)                    …(2)

其中，以使用没有粒轻为3μm、孔隙率为20％的小粒径高孔隙率区域的阴极组件的电子管强制寿命实验前的发射值为I₀^ref，以强制寿命实验3000小时后的发射值为I_life^ref，相应地，以使用表中所示结构的阴极组件的电子管的强制寿命实验前的发射值为I₀，以强制寿命实验3000小时后的发射值为I_life。

一般是把电子管的灯丝电压从6.3V提高到8.5V，在使阴极温度上升的状态下进行强制实验。

从表1和表2可明显看出，在小粒径高孔隙率区域的孔隙率为25％至40％的情况下，耐离子轰击性提高；但孔隙率如果不足25％，那么发射特性就劣化；此外，孔隙率如果超过40％，就会出现不能获得足够的小粒径高孔隙率区域强度的趋势。在小粒径高孔隙率区域的粒径在0.1至2μm的情况下，耐离子轰击性提高；但粒径如果不到0.1μm，在阴极表面的开口孔隙数就会显著减少，使浸渍变得困难；此外，粒径如果超过2μm，就会出现不能获得足够的耐离子轰击性的趋势。

此外，在大粒径低孔隙率区域的孔隙率为15％至25％的情况下，可获得良好的阴极特性；但孔隙率如果不到15％，浸渍的电子发射物量就会显著减少，寿命会变短；此外，孔隙率如果超过25％，就会使电子发射物中的蒸发速度提高，出现寿命缩短的趋势。再有，在大粒径低孔隙率区域的粒径在2μm至10μm的情况下，会获得良好的阴极特性；但粒径如果不到2μm，就会出现闭塞气孔，浸渍量减少，寿命变短，以及发射特性也劣化的趋势。此外，大粒径低孔隙率区域的粒径如果超过10μm，由于要获得利用烧结的预定孔隙率，就会出现需要巨大能量或时间的趋势。

实施例3

本实施例表示本发明的浸渍型阴极组件的第3实施例。

首先，作为大粒径低孔隙率层，预备与实施例1同样的大粒径低孔隙率层的多孔质W基体。在该多孔质W基体的发射面，以20～50μm的加工深度和相同程度的20～50μm的节距，通过研磨等机械加工，形成多个加工槽。然后，把平均粒径为0.5～1μm的W粉末填充在得到的加工槽中。

之后，进行与实施例1同样的热处理。图11表示这样得到的阴极基体的模式图。如图11所示，该阴极基体为：以粒径约3μm的W微粒构成的孔隙率约为17％的多孔质W基体42的基质，和在其基体表面按点状设置的平均粒径为0.5～1μm、孔隙率为30％的小粒径高孔隙率的W区域41。

实施例4

本实施例表示本发明的浸渍型阴极组件的第4实施例。其中，采用喷涂法形成与实施例2相同类型的在阴极组件中使用的阴极基体。

首先，作为大粒径低孔隙率层，预备与实施例2同样形状的粒径为3μm、孔隙率为20％的多孔质W基体。

接着，作为涂敷液，调制W微粒、醋酸丁酯和甲醇的混合物。按喷涂距离为10cm、空气压力为1.2kg/cm²、喷涂流量为0.35cc/秒、喷涂时间为5秒的条件，使用空气喷枪在该基体表面上垂直地喷涂该涂敷。然后干燥得到的涂敷膜，为进行涂敷膜的烧结和与基体的粘接，在氢气气氛中和1900℃的温度下进行10分钟的热处理。这样形成的小粒径高孔隙率的W薄膜层，外观上无裂纹，并保持足够的强度，膜厚为20μm，平均粒径为1μm，孔隙率为30％。此外，得到的阴极基体结构与图8所示的模式相同。

如图8所示，在有这种两层结构的阴极基体23上，采用由摩尔比为BaO∶CaO∶Al₂O₃＝4∶1∶1的电子发射物，在氢气气氛中和1700℃的温度下进行10分钟的热处理，熔化浸渍图中用24表示的电子发射物。

把这样制成的阴极组件用于如图10所示的浸渍型阴极组件，装配阳极，制成形成二极管的电子管，测定该电子管的电子发射特性。结果，按照本发明，与现有的浸渍型阴极相比，改进了高占空率区域的电子发射特性。

实施例5

本实施例表示本发明的浸渍型阴极组件的第5实施例。

其中，小粒径高孔隙率的W薄膜层的形成方法如下。

作为涂敷液，调制碳酸二乙基和硝化棉的混合液，用1000rpm的转速旋转该涂敷液，除把该涂敷液用旋转涂敷法形成在与实施例4相同的多孔质W基体上之外，形成与实施例4同样的各种层厚的小粒径高孔隙率的W薄膜层，得到阴极基体。得到的薄膜层的平均粒径为1μm，孔隙率为30％。此外，得到的阴极基体有如图8所示的两层结构。

在该阴极基体中，熔化浸渍与实施例4同样的电子发射物。

接着，在浸渍电子发射物的阴极基体的电子发射面上，采用喷涂法形成Ir薄膜层。为使得到的Ir薄膜层与阴极基体W合金化，把形成Ir薄膜层的阴极基体在高纯度的氢气气氛和1290℃的温度下进行10分钟加热处理。

对于这样得到的浸渍型阴极，进行与实施例4同样的电子发射特性评价。用图12的曲线表示这时的外加脉冲的占空率与发射变化率的关系。

图12表示在两层结构中没有小粒径高孔隙率层的情况下和在改变小粒径高孔隙率层层厚的情况下，其占空率与发射变化率的关系。图中，实线100表示没有小粒径高孔隙率层的情况；103表示膜厚3μm的情况；110表示膜厚10μm的情况；120表示膜厚20μm的情况；130表示膜厚30μm的情况。此例中，作为大粒径低孔隙率层，其粒径为3μm，孔隙率为20％；作为小粒径高孔隙率层，其粒径为1μm，孔隙率为30％。此外，发射变化率以占空率为0.1％时的发射作为100％。其测定条件是：灯丝电压为6.3V，阳极电压为200V。

从该图可明显看出，按照本发明，与现有的浸渍型阴极相比，在改进了高占空率区域的电子发射特性的同时，在该膜厚为3～30μm的范围内，还获得在高占空率区域中的良好电子发射特性。

实施例6

本实施例表示本发明的浸渍型阴极组件的第6实施例。

首先，作为大粒径低孔隙率层，预备粒径为3μm、孔隙率为20％的多孔质W基体。该阴极基体适用于图10所示的阴极射线管的阴极组件中。在其电子发射表面上层，把W粉末与有机溶剂同时调成膏状，用丝网印刷涂敷，以形成厚度20μm的混合物层。然后，干燥涂敷的膏，在氢气气氛和1900℃下进行10分钟的热处理，形成小粒径高孔隙率的W薄膜层。再有，调节W膏的浓度、印刷条件和所述烧结时的烧结时间和温度，使烧结后的多孔质层的平均粒径为1μm，孔隙率为30％。

这样制成的阴极基体有图8所示的两层结构。

在该阴极基体中，采用由摩尔比为BaO∶CaO∶Al₂O₃＝4∶1∶1的电子发射物，在氢气气氛中和1700℃的温度下进行10分钟的熔化浸渍。

用喷涂法在这样制成的阴极基体表面，相互交替地形成为Sc化合物薄膜层的ScH₂层和为高熔点金属薄膜层的Re层的两层。

如图13所示，得到的阴极基体结构为：在大粒径低孔隙率层22上层积小粒径高孔隙率层23；在其孔隙内浸渍电子发射物的层积体上，相互交替地层积ScH₂层25、27和作为高熔点金属Re的薄膜层26、28。ScH₂薄膜层和Re薄膜层的厚度都为20nm，在这些各两层上交替地喷涂。具体地说，在喷涂ScH₂薄膜层时，为防止H₂的分离，在作为喷涂气体的Ar气体中加入1％容量的H₂气体。

把这样制成的阴极组件用于如图10所示的浸渍型阴极组件，装配阳极，制成形成二极管的电子管。按下面那样评价该电子管的电子发射特性。首先，外加6.3V的灯丝电压，在阴极和阳极之间外加200V的脉冲。其中，使外加脉冲的占空率从0.1％变化到9.0％，测定其发射电流密度。

作为本实施例的浸渍型阴极的电子发射特性，用图14表示其占空率与发射电流密度关系的曲线图。图中，71表示现有的氧化钪系浸渍型阴极的测定结果；72表示本发明的钪系浸渍型阴极的测定结果；73表示现有的金属涂敷的浸渍型阴极的测定结果。本发明的钪系浸渍型阴极比现有的浸渍型阴极在低和高占空率区域中都具有良好的发射电流特性。

作为其他的例子，也可以在所述高熔点金属薄膜层中以Re代替Ru，也可以在钪化合物薄膜层中以H2代替Sc，得到与上述相同的特性。

实施例7

图15至图21是说明本发明使用的阴极基体的制造工艺图。

首先，使用平均粒径为3μm的钨微粒，采用常规方法得到孔隙率为20％的大粒径低孔隙率层的多孔质体。

然后，在得到的大粒径低孔隙率层上，采用丝网印刷法成膜包含钨的膏。接着，利用在氢气气氛中和1800℃下烧制成膜的膏30分钟，在大粒径低孔隙率层上，形成平均粒径为1μm、孔隙率为30％的小粒径高孔隙率层的多孔质体，得到阴极基体。

图15表示该阴极基体的剖面结构模式图。如图15所示，由大粒径低孔隙率层121和在其上形成的小粒径高孔隙率层122构成得到的阴极基体123。

接着，在大粒径低孔隙率层121上使用铜微粒，形成铜微粒层131。作为铜微粒层131的形成方式，例如，可使用含有铜微粒的膏进行丝网印刷的方法，在小粒径高孔隙率122表面直接涂敷铜微粒的方法等。这里，采用直接涂敷的方法。

图16表示该阴极基体的剖面结构模式图。如图16所示，采用铜微粒的阴极基体133在阴极基体123上有铜微粒层131。

然后，把阴极基体133放入例如钼制杯中，利用在氢气气氛中加热至1080℃，熔化铜微粒131，用铜覆盖小粒径高孔隙率层122表面。此时，加热温度最好最高为铜的熔化温度1083℃，但应按充分被覆铜的温度范围进行设定。

图17表示用铜覆盖层覆盖的阴极基体143的剖面结构的模式图。如图17所示，阴极基体143上由熔化的铜覆盖层141覆盖。

图18表示说明阴极基体切断工艺的概略图。如图18所示，然后，利用来自激光源150的激光151切断得到的阴极基体143，如图19所示，切出预定大小的各个阴极基体160。

图20表示切出的阴极基体的形状，图21表示抛光处理后的阴极基体式样的模式图。如图20所示，在切出的阴极基体160中存在毛边161，此外，还粘有因氧化、蒸发物带来的污物162等。

再有，把切出的阴极基体160放入装有由铝和陶瓷构成的小球体的密闭容器中，使用滚筒研磨机进行抛光处理。如图21所示，通过这种处理，除去毛边161和污物162等，得到由大粒径低孔隙率层121和小粒径高孔隙率层122及铜覆盖层141构成的阴极基体180。

把得到的阴极基体180放入硝酸∶水的体积比为1∶1的溶液中，浸渍约12小时后，进行水洗、干燥。然后，放入钼制杯中，在氢气气氛中和1500℃下加热直至没有铜的焰光，除去铜。图22表示除去铜的阴极基体式样的模式图。如图22所示，除去铜后的小粒径高孔隙率层122表面良好，看不到因切断、抛光造成的表面形状的恶化。此外，在小粒径高孔隙率层122的孔隙部分也看不到堵塞。

接着，在小粒径高孔隙率层122表面上使用按氧化钡∶氧化钙∶氧化铝的摩尔比为4∶1∶1进行混合得到的电子发射物，在氢气气氛中和1650℃下加热3分钟，使其熔化浸渍在阴极基体180内。图23表示这样得到的浸渍型阴极结构的模式图。如图23所示，使用的电子发射物208通过小粒径高孔隙率层122的孔隙部分，浸渍在大粒径低孔隙率层121的孔隙部分内部。

如上所述，按照实施例7，采用本发明的方法，可改进切断、抛光工艺，获得不损伤电子发射面的良好的浸渍型阴极。

实施例8

下面，说明本发明的实施例8。

图24和图25表示说明本发明使用的阴极组件的制造工艺的图。

首先，与实施例7同样，得到由平均粒径为3μm、孔隙率为20％的钨多孔质体构成的大粒径低孔隙率层。

然后，在得到的大粒径低孔隙率层上，采用丝网印刷法成膜包含钨的膏。接着，利用在氢气气氛中1800℃下用30分钟烧制成膜的膏，在大粒径低孔隙率层上，形成平均粒径为1μm、孔隙率为30％的小粒径高孔隙率层的多孔质体，得到阴极基体。

图24表示该阴极基体剖面结构的模式图。如图24所示，得到的阴极基体213有由大粒径低孔隙率层211和小粒径高孔隙率层212构成的两层结构，小粒径高孔隙率层212为包括钨微粒214和铜微粒215的多孔质层。

与实施例7同样，利用加热阴极基体213，熔化铜微粒131，用铜覆盖小粒径高孔隙率层212，埋没其孔隙部分。

图25表示由铜埋没孔隙部分的阴极基体的剖面结构的模式图。如图25所示，阴极基体223的小粒径高孔隙率层222有利用铜225埋没钨微粒214间的孔隙部分的结构。

与实施例7同样，切断得到的阴极基体223，进行抛光，除去铜成分。除去铜后的小粒径高孔隙率层表面良好，看不到因切断、抛光造成的表面形状的恶化。此外，在小粒径高孔隙率层的孔隙部分也看不到堵塞。

接着，在小粒径高孔隙率层表面，采用与实施例7同样的电子发射物，通过熔化，使其能够充分熔化浸渍在阴极基体内。

按照第8实施例，采用本发明的方法，可改进切断、抛光工艺，获得不损伤电子发射面的良好的浸渍型阴极。

采用上述本发明的浸渍型阴极基体或使用它的浸渍型阴极组件的电子管，具体地说，是用在阴极射线管、速调管、行波管还有回旋管中；再具体地说，是用于图3所示的阴极射线管、图4所示的速调管、图5所示的行波管、图6所示的回旋管；即使在高电压、高频条件下，也能得到具有足够的耐离子轰击性和良好的电子发射特性的高性能、长寿命的各种电子管。再有，本发明的浸渍型阴极组件并不限于用于上述实施例，它能够用于各种电子管。