Рис. 3.5. Конструкция оксидно-ториевых катодов:

а,б - катоды косвенного накала; в - катод прямого накала

отравлению, электронной и ионной бомбардировкам, отсутствие искрения.

В нем отсутствует запирающий слой, вследствие чего такие катоды могут работать в импульсном режиме при больших плотностях тока катода.

В непрерьшном режиме эти катоды обеспечивают плотность тока до нескольких ампер на 1 см, а в импульсном - до 20 А/см. Работа выхода оксидно-ториевого катода около 2,5-2,7 эВ, а рабочая температура 1600-1800 К.

3.6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ЭФФЕКТИВНЫХ КАТОДОВ

Металлокапиллярные катоды (Z,-катоды) относятся к пленочным термокатодам, в которых одноатомная пленка бария непрерьюно пополняется за счет поступления атомов бария из спёщ1альной камеры с большим запасом активного вещества (рис. 3.6). Катод состоит из молибденового корпуса 7, в камере которого содержится активное вещество 2 - карбонат бария или двойной карбонат бария-стронщ1я. Сверху в корпус запрессован колпачок или щшиндр из пористого вольфрама (губки) 3, изготовленного из порошка марки ВЧДК. Толщина губки не превышает 1 мм, а размер ее пор около 0,8-1,2 мкм. Нагрев катода до требуемой температуры осуществляется подогревателем 4.

Изготовление Z,-катодов сводится к получению пористой вольфрамовой губки, формированию молибденового корпуса, сочленению его с вольфрамовым колпачком (щшиндром), термическому обезгаживанию и активированию.

К достоинствам Z,-катодов следует отнести высокую надежность и электрическую прочность, устойчивость к ионной бомбардировке, большую плотность тока как в непрерьшном, так и в импульсном режиме.

Недостатками являются сложность изготовления, интенсивное испарение активного вещества и напьшение его на электроды, что приводит к нежелательной эмиссии с их поверхностей. Z,-катоды используют в

Рис. 3.6. Схемах-катода

Рис. 3.7. Пропитанный катод:

1 - молибденовый корпус; 2 - подогреватель; 3 - губка; 4 - донышко

приборах СВЧ, некоторых типах электронно-лучевых приборов. Рабочая температура Z,-катода лежит в интервале 1350-1420 К, долговечность достигает 5000 ч при плотности тока порядка 2 А/см.

В металлопористых, прессованных и пропитанных катодах в отличие от Z,-катодов запас активного вещества помещается не в специальной камере, а в порах самой губки. Исходными компонентами прессованных катодов являются тугоплавкий металлический порошок (обычно вольфрам) и активное вещество - алюминаты или вольфраматы бария и кальция. Эти компоненты после тщательного перемешивания спрессовьшают при удельном давлении (15-20) • lO* Н/см .

У пропитанных, или импрегнированных, катодов пористая вольфрамовая губка пропитана .алюминатами, вольфраматами и силикатами щелочноземельных металлов (рис. 3.7).

Технология изготовления таких катодов заключается в следующем. Из вольфрамового порошка изготовляют штабики. Для улучшения механической обработки их меднят, после чего из них вытягивают катоды требуемой формы, вытравливают и испаряют медь.

Пропитка губки активным веществом производится в водороде при температуре 2000-2100 К. После очистки губки от избытка активного вещества ее закрепляют пайкой, электронно-лучевой сваркой или другими способами. Как и Z,-катоды, прессованные и пропитанные катоды обладают стойкостью к тепловым перегрузкам, ионной бомбардировке и остатовдым газам, что является ценным при использовании в СВЧ-приборах.

К недостаткам прессованных и пропитанных катодов следует отнести большую скорость испарения активных веществ и высокую рабочую температуру. Рабочая температура прессованных и пропитанных катодов около 1400 К, их долговечность достигает нескольких тысяч часов при удельной эмиссии 6 А/см. Рассмотренные катоды применяются в основном в приборах СВЧ.

Катоды на основе иттрия и редкоземельных элементов - разновидность оксидно-ториевых катодов. Активным веществом этих катодов

Рис. 3.8. Конструкция металлокерамического катода:

1 - молибденовый керн; 2 - металлокерамические шайбы; 3 - молибденовое кольцо

Рис. 3.9. Прямонакальный гексаборидный катод: 1 - таиталовая лента; 2 - эмиссионное покрытие

являются оксиды редкоземельных элементов группы лантаноидов: лантана, лютеция, гадолиния, а также иттрия.

Исследования оксидов редкоземельных элементов показали их повышенную стойкость при высоких температурах к электронной и ионной бомбардировкам и достаточно высокие эмиссионные свойства по сравнению с торием.

Как и у оксидно-ториевых катодов, активное вещество вводят в губчатую поверхность катода. Рабочая температура катодов на основе оксидов лютеция и гадолиния около 1400 К, лантана несколько ниже, а иттрия примерно 1600-1700 К.

Металлокерамические катоды (керметкатоды) изготовляют из порошков вольфрама, оксидов тория, иттрия и редкоземельных элементов методами металлокерамики, т. е. путем прессования заготовок требуемых размеров и последующего спекания в атмосфере водорода при высокой температуре (рис. 3.8).

В процессе активирования на поверхности катода образуется моноатомная равномерная пленка тория или редкоземельных металлов. Удельная эмиссия составляет в непрерывном режиме 0,5 А/см, в импульсном - до 15 А/см. Долговечность металлокерамических катодов при температуре 1500-1900 К достигает нескольких тысяч часов.

Эти катоды по сравнению с губчатыми имеют более гладкую поверхность и, следовательно, менее подвержены искрению, Наличие большого запаса активного вещества на большой глубине увеличивает долговечность этого катода. Керметкатоды применяют в СВЧ-приборах типа М.

Гексаборидные катоды представляют собой соединения бора с редкоземельными элементами. Чаще всего применяют катоды, активная поверхность которых состоит из гексаборида лантана. Губчатые катоды изготовляют путем нанесения порошка гексаборида лантана на металлическую подложку, например тантал или молибден. Эти металлы меньше