1 Z 13 .14 3 5

a) S) в)

Рис. 3.4. Структура оксидного катода:

я - после нанесения карбонатного покрытия; б - после разложения карбонатного покрытая; в - после активирования катода; 1 - керн; 2 - карбонатное по-крытае; 3 - оксиды щелочноземельных металлов; 4 - запирающий слой; 5 - атомы свободного бария

ется во время откачки. Структура катода после обезгаживания представляет собой твердый раствор (Ва, Sr, Са) (рис. 3.4, б).

Активирование катода заключается в кратковременном нагреве его до температуры 1250-1300 К при одновременной подаче на анод положительного напряжения. При зтом в толще оксидного слоя образуются атомы свободного бария.

В процессе формирования структуры оксидного катода протекают следующие реакции:

при высокой температуре й высоком вакууме термическая диссоциация окисла бария

2ВаО 2Ва + Ог;

восстановление бария из окиси в результате воздействия активирующих присадок керна

2ВаО + Si -> 2Ва + SiOj;

взаимодействие окислов бария с углеродом или окисью углерода 2ВаО + С -> 2Ва + СОг;

злектролиз окиси бария при прохождении сквозь оксидный слой тока

ВаО -> Ва** + 0~.

Введение присадок в материал керна наряду с улучшением процесса активирования дает нежелательный зффект. За счет образования оксидов и солей присадок, в частности Ba2Si04, в приграничном слое керн-оксид создается запирающий слой (рис 3.4, в), обладающий значительным омическим сопротивлением и препятствующий отбору тока.

для окончательного активирования катод в готовом приборе подвергается специальной электрической обработке - тренировке, в результате которой катод приобретает стабильную вцсокую эмиссию. Оксидный катод в готовом приборе после операции активирования и тренировки представляет собой металлический керн, на поверхности которого находится твердый раствор оксидов бария, стронция и кальция. Атомы бария, равномерно распределяясь в толще и на поверхности слоя оксидов, превращают последний в примесный полупроводник и-типа. Присутствие окиси стронция и кальция в трехкомпонентном оксиде способствует зеличению эмиссионной способности катода и его прочности.

В некоторьгх приборах эмиссия с оксидных катодов происходит в течение коротких импульсов, что достигается импульсной подачей анодного напряжения. В таком режиме при длительности импульса около 10 МКС и скважности 100 плотность тока может достигать 15- 20 А/см. Возможно получение плотности тока до 100 А/см при дли-тельност}Ех импульсов не более 1-2 ivflcc (с таких же катодов в непрерывном режиме получают плотность тока 0,5 А/,см).

Резкое увеличение эмиссионной способности оксидного катода в импульсном режиме объясняется наличием у поверхности катода внешнего ускоряющего электрического поля. С увеличением длительности импульсов и частоты посьшок плотность тока уменьшается и приближается к плотности тока, соответствующей непрерывному режиму. За время паузы катод восстанавливает свои эмиссионные свойства. Уменьшение тока эмиссии оксидного катода в течение действия импульса происходит в основном из-за наличия запирающего слоя на границе оксид-керн.

Оксидный катод получил наиболее широкое распространение в электровак5мных приборах - электронных, лампах, приборах СВЧ, электронно-лучевых и газоразрядных приборах.

Основными преимуществами оксидного катода являются малая работа вьгхода (1,1-1,2 эВ), высокая эффективность (около 100мА/Вт), высокая эмиссионная способность при относительно низкой рабочей температуре - приблизительно 900-1100 К.

Из недостатков оксидного катода следует отметить: отравление его остаточными газами (Ог, СО, Иг О) и как результат снижение эмиссионной способности; недостаточно прочное сцепление оксидного слоя с керном катода; разрушение оксидного слоя под действием сильных электрических полей и при бомбардировке его ионами; повышенное сопротивление запирающего слоя, которое может привести к искрению, пробоям и соответственно превышению температуры и разрушению катода.

Для увеличения поверхности контакта оксидного покрытия с керном катода ее покрьшают губкой, поры которой заполняет активное эмиссионное вещество. Такие катоды называют синтерированными или металлогубттыми. Основным материалом губки, используемым

для изготовления синтерированных катодов, является порошок никеля с размером частиц от 20 до 200 мкм.

Применение чистых сортов никелевых сплавов (не более 0,015% примесей) для изготовления керна катода и губки предотвращает образование запирающего слоя.

Оксидно-ториевые катоды представляют собой керн из тугоплавкого металла, на поверхности которого находится спеченная губка, как правило, из такого же материала, что и керн. В порах губки распределена окись тория и атомы свободного тория.

К оксидно-ториевым катодам предъявляется ряд специальных требований, связанных с условиями их эксплуатации в приборах СВЧ, генераторных лампах и других приборах: большие плотности тока в непрерывном и импульсном режимах, устойчивость активного слоя к электронной и ионной бомбардировке, отсутствие распьшения активного слоя при высокой рабочей температуре, устойчивость к отравлению и искрению.

При изготовлении оксидно-ториевых катодов в качестве материалов керна катодов используют тугоплавкие чистые металлы: тантал (ТВЧ), молибден (МЧ), вольфрам (ВА-Зи), рений.

Для улучшения сцепления активного слоя с керном катода последний покрьшают порошком тугоплавкого металла (губчатое покрытие) .

После операции спекания в губчатое покрытие методом пульверизации или катафореза вводят активное вещество - окись тория. Окись тория устойчива на воздухе в отличие от оксидов щелочноземельных металлов. Поэтому эти катоды первоначально обычно обезгаживаются до монтажа катода в прибор, что сокращает время откачки прибора.

Активирование оксидно-ториевого катода производится в приборе и заключается в восстановлении атомов тория из оксида при медленном повышении температуры. Максимальная температура активирования для катодов косвенного накала около 1800 К и приблизительно 2400 К для прямоканальных.

При нагревании катода до указанных температур происходят следу1со-щие процессы:

восстановление свободного тория вольфрамом

ТЬОг Th + W02;

образование свободного тория в процессе термической диссоциации оксида тория

Th02Th+ О2.

Оксидно-ториевый катод, так же как и оксидный, является полупроводником с электронной проводимостью (рис. 3.5). Достоинством оксидно-ториевого катода является: стойкость активного вещества к