專利名稱：電子發射儀的陰極加熱組件的制作方法
技術領域：
本發明是關于電子技術的，更確切點說，是關于電子發射儀的陰極加熱組件的。
本發明可以成功地用于電視機、示波器、指示儀、透視和其它電子發射管，以及其它的電子發射儀等電子工業部門，而這些電子發射儀器需要有高度的電子流，在高分辨閾下形成電子束，并具有耐久性、加熱時間短和低功率消耗等特征。
做為現代電子發射儀的最重量部件的陰極加熱組件要有高質量的指標;這就是光亮度、分辨閾、耐久性、可靠性、功率消耗、加熱時間及其它。
當前的電子發射儀都廣泛應用陰極加熱組件做其電子源。這些組件用間接燈絲的氧化陰極，其發射能力受到限制，而且不能連續地使用電子流密度大于1A/cm2的工況，這樣，在一系列的情況下不足以保證電子發射儀必須發出電子的技術特性，比如為保證現代電子發射管有足夠的亮度，就得由氧化陰極發射高密度的電子流，因而就要降低整個儀器的使用壽命。
此外，氧化陰極具有惰性，就是當把它投入工作后，達到工作溫度需要等待一定的加熱時間。故在某些情況下，使用這種帶這類陰極的儀器的時候，它變成定時因素。
上述的氧化陰極的這些性質，決定了今后陰極電子學的發展趨勢，這個趨勢就是將從使用這種陰極過渡到使用高效的熱電子發射體的直線陰極，這類發射體是以發射性金屬及其合金為基礎的。這類直線陰極除可以提高作用速度外，還可保證比氧化陰極有更高的電子流密度，而且有更高的耐久性。雖然如此，但直線燈絲陰極迄今在結構制造方面，尚未充分得到研究。因為它有需同時保證可靠性和耗功率低的問題，而這兩個問題是相互矛盾的。因此在當前，制作電子發射儀時，陰極加熱組件的制作以解決既可靠又高效的問題還是很現實的。
在當前最現實的問題是一接通電視接受機，立刻同時出現影象和聲音的問題，這個問題靠使用直線燈絲可望得到解決。
我們知道，陰極加熱組件中結構最簡單的為“Funk-Tech-nik，33，NI，1979.S.F.dE，Jahrgang 1-6頁(K.M.Tiseher“Einige Problem direct gehei
t-er Katoden fur Ferseh Biedrohen”)”。在這種組件里加熱元件做成直線型的金屬條，在金屬條的中心放入熱電子發射體，兩端與通電的母線相接。
當把此陰極的加熱細金屬條的燈絲，通上電流。金屬條便彎曲、膨脹而降低其彈性，其結果使發射體發生不可控制的位移，而離開儀器的電子光學軸線，停機后又恢復原狀。
因為這個緣故，高可靠性和重復性等技術參數就不可能得到保證。
采取了各種手段，把加熱元件拉伸以補償其熱膨脹，但問題未能解決。因為這樣使其結構復雜化而且短時間失去彈性。此外，把加熱元件拉伸還會引起“擴音器”的效果。在此效果中由于各種不同的機械力相互作用于陰極組件，加熱元件本身開始發生振動。
我們知道，直線燈絲陰極做電子源(USA4193013)，其中有熱電子發射體，它是由六硼化鑭制成的金屬棒，在加熱元件中心部位放入此棒，而加熱元件是由石墨做成的弧狀物。加熱元件兩端與通電的母線相接，母線裝在基座上。
這種結構消耗大量電能(大約為8瓦)使加熱元件加熱。因而其橫截面面積要求大一些，以避免發射體從其原始位置產生位移。
同樣我們知道，電子發射儀的陰極加熱組件(EP，B，0207772)包含著具有縱向幾何軸線的熱電子發射體，固定在最少有兩個線狀的加熱元件的中心部位，它們的邊緣線段具有相等長度，兩端固定在通電的母線上。母線與基座剛性地聯接著。在人們所知道的陰極加熱組件里，采用兩個加熱元件，它們的邊緣線段與發射體的軸線平行。
用這種結構所制成的陰極加熱組件的可靠性不高，當線性的加熱元件加熱時，其形狀不能保持固定。在這種儀器里，發射體安裝在儀器的電子光學軸線上的位置，在工作時將會發生改變。因此，這種組件的可靠性不僅取決于發射體本身的性質，一定程度上還與它能否保持其初始位置的情況有關。
本發明的基本思想是，提出為電子發射儀制作一陰極加熱組件，把其中的線型加熱元件選定安裝方式，使它在結構上能保持固定的形狀，從而獲得工作的可靠性。
所提出的任務是這樣完成的，電子發射儀的陰極加熱組件含有的熱電子發射體，具有縱向幾何軸線，安裝在只少兩個線型加熱元件的中心部位上。加熱元件的邊緣線段具有相等的長度，以其兩端固定在導電的母線上，而母線又剛性地固定在基座上。按照本發明，線型加熱元件的邊緣線段安放位置應與發射體的縱向幾何軸線應形成銳角，而將其兩端固定在多邊形的頂點上，具有兩個相互垂直的對稱軸，其中之一通過導電母線的軸線，其交點落在發射體的縱向幾何軸線上。
理想的電子發射儀的陰極加熱組件，最好是有兩組支撐，在每組里支撐數目等于線型加熱元件數目，而且支撐的一端與線型加熱元件的邊緣線段的一端相聯、而另一端則剛性地聯接在兩條導電母線中的一條上。這時，一個組的支撐與另一組的支撐在一平面上相對稱。此平面既穿過熱電子發射體的縱向幾何軸線，又穿過多邊形上與導電母線軸體相垂直的那條對稱軸線。
希望支撐由導電材料制成，其比電阻大于線型加熱元件的比電阻。而每根支撐的橫截面面積與線型加熱元件的橫截面面積之比，最少應等于它們的比電阻之比。
每根支撐的長度，按下列關系式確定為宜，
式中，l2-線型加熱元件邊緣線段長度l1-支撐的長度T1-線型加熱元件材料熔化溫度T2-支撐材料的熔化溫度如果每根支撐都具有弧形形狀，將會非常有利。
上述電子發射儀陰極加熱組件是以下列各點為特征的在整個運行周期內具有很高的可靠性，做為組件可靠工作的基本因素之一的結構形狀的穩定，可借助線型加熱元件的幾何布置的選擇來達到。
利用高歐姆(電阻)材料做支撐還可以提高形狀的穩定性，與此同時，當從“冷”的導電母線到“熱”的加熱元件之間過渡中，它們還可以分擔一些熱，這樣可以降低在此過渡中的溫度梯度，從而也降低了從熱電子發射體向導電母線的傳熱。
這樣，上述陰極加熱組件，一方面具有高機械剛度和溫度的穩定性，另一方面又可降低功率消耗并可很快達到工作熱狀態。
下面將結合圖，用對實施例和其實施方法的描述來進一步說明本發明，這些說明如下
圖1表示根據本發明所繪制的電子發射儀陰極加熱組件的全貌圖;
圖2表示根據本發明繪制的圖1的平面圖;
圖3表示圖1所示的組件，具有四根直線形的支撐(根據本發明)的均角投影圖;
圖4仍如圖3所示，根據本發明具有三根線型加熱元件和六根直線型支撐(均角投影圖);
圖5仍如圖3所示，根據本發明具有弧形支撐(平面圖);
圖6沿支撐和線型加熱元件長度，溫度分布曲線。
電子發射管的陰極加熱組件具有熱電子發射體1(圖1)，該發射體具有縱向幾何軸線2，固定在中心段3(以虛線表示的)，只少有兩條線型加熱元件4。
在所述的實施例中有兩個加熱元件4。其中每一個的邊緣線段5具有長度l1，安裝得具有同樣銳角α，α為與熱電子發射體1的縱向幾何軸線2所形成的夾角。兩邊緣線段5固定在(比如電接觸焊)在導電母線6上，而此母線與用電絕緣材料(如瓷)制做的基座7剛性聯接。
加熱元件4的這種布置，就形成有四個邊界的棱體構架，這種結構是剛性的，當加熱時和運行過程中可以保證形狀穩定，和發射體1的位置固定。
發射體1沿軸向2位移值是常數，而且對具體結構很容易算出，所以在電子發射儀中要很準確地布置發射體1。其邊緣段5布置在垂直于幾何軸2的平面上的多邊形的頂角上(圖上是矩形方案)有兩個相互垂直的對稱軸8(圖2)，對稱軸9。其中之一穿過導電母線6，其交點在幾何軸2上(圖1)。
增多加熱元件4的數目可提高形狀的穩定性，從而也提高其可靠性，但使結構復雜化。因此，加熱元件4，從實際考慮，最好的選擇是兩個或三個。
加熱元件4用難熔金屬制作，比如，鎢絲，而熱電子發射體1，則用硼化稀土金屬，如LaBb。
為進一步提高陰極加熱組件結構的剛度和工作效能，就要給它裝配支撐10(圖3)，來支撐加熱元件4。支撐10由導電材料制成，其比電阻大于加熱元件4材料的比電阻，比如，鉻合金，鉻鎳合金，鎳鎢鋯合金等等。
支撐10分成兩組，在每組里支撐10數目等于加熱元件4的數目。它們各自的一端都與邊緣線段5的一端聯接，而另一端則與一條母線6剛性聯接。這時，一組支撐10與另一組支撐10相對于一表面對稱布置，此表面穿過發射元件1的幾何軸線2與多邊形的兩對稱軸8和9中之一(圖上表示的為軸線8)，而且與軸線9和8垂直。而軸線9和8穿過導電母線6。
在上述實施例中，支撐10由一段直線型導線制做。它把加熱元件4的邊緣線段5的端頭聯接到導電母線6上。
圖4表示的是陰極加熱組件的另一實施例，在此實施例里有三個加熱元件4，和相應的六個支撐10，以導電母線6為中心而放射布置著，這樣的陰極組件結構，類似于六面的錐體，其棱邊就成為加熱元件4的邊緣線段5。
也可以有這樣的設計方案，這種陰極加熱組件的支撐10具有圓弧形狀(圖5)。這種結構可增強發射體在加熱時位置的穩定性，因為支撐10的熱膨脹(伸長)不會通過錐體構架的棱，傳給發射體1，而消耗于沿圓錐母線的位移上了。正如我們已知道的那樣，并不會引起錐體頂部位移，而發射體1正是放在錐體頂部的。
不論支撐10的形狀和布置如何(圖5)，它都可以承接長度短、截面小的加熱元件4。而支撐10的橫截面面積，和加熱元件4的橫截面面積可根據它們的比電阻的比例進行選擇。我們知道，從加熱元件4到導電母線6的最小的熱損失，產生在當在聯合加熱元件中所放出的功率為常數時。這里所說的聯合加熱元件是指由支撐10和加熱元件4本身組成的加熱元件。這個條件可以通過使單位長度的聯合加熱元件上的電阻相等的原則來實現。在我們所研究的方案里，我們實際上是采用使支撐10和加熱元件4的橫截面之比等于他們的比電阻之比，或稍大于這個比值。
加熱元件4的邊緣線段5的長度和支撐10的長度l1、l2的最佳關系的選擇，是根據分析加熱元件4和支撐10的材料的熔化溫度T1、T2進行的。
明顯可見，支撐10的長度只可以加長到使它與加熱元件4的接點處溫度不超過T2為限。這時，更須保證聯合加熱元件的單位長度電阻相等，而這時它們往外放熱量也同樣相等。聯合加熱元件的任一點因導熱系數而引起的熱損失Ph，由該點到支撐與比它厚實的導電母線6的聯接點的距離來決定。(對應于兩母線6中之一條的初坐標X＝0)。有下列關系式
式中Pi-放出的熱功率，l＝2(l1+l2)(加熱元件4中心段3的長度因數值很小，可忽略不計)。
聯合加熱元件任意點上的穩定后的溫度T在此條件下，與其熱損失成正比，即
式中，K-比例系數，比值K/Pi由在加熱元件中心溫度TX相等的條件來確定，即當x＝1/2時，熱電子發射體1的工作溫度T0
由此，
這樣，T(x)的最初表達式為
此式反映在聯合加熱元件中穩定后的動態平衡，在放出熱功率及其由傳熱而引起的損失之間的動平衡。
圖6表示溫度在沿聯合加熱元件長度上的分布曲線。(聯合加熱元件系指支撐10和加熱元件4)。在導電母線6上假定溫度等于零。
支撐10與加熱元件4的邊緣線段的接點的坐標點，由邊界條件決定。在此條件中，這個點溫度變動值T(x)等T2，而在加熱元件4的中心處4T0＝T1，加上這一考慮，
因此
這樣，加熱元件4與支撐10聯接的最佳點，即長度l1與加熱元件的中心對稱布置，其距離為
要尋求的支撐10的長度l2與加熱元件4邊緣線段5的長度的最佳比，可由下式求之。
因此，支撐10的長度l2由下式決定
如果把支撐10的長度l2增大超過計算出來的最佳值，就可能導致支撐10在它與加熱元件4的聯接點上變得軟化或熔化的危險。但若減短支撐10的長度l2比其最佳值短，也不是所希望的，因為支撐10變短后，會引起形狀穩定變壞和熱損失增加。
上述電子發射儀的陰極加熱組件以下列方式工作當在導電母線6(圖1，2)上接上電壓，加熱元件4的燈絲就亮了，引起對熱電子發射體1的加熱直到其工作溫度T0。
這時，發射體1就開始發射電子，在裝有陰極加熱組件的電子發射儀中形成電子射線。
上述結構的陰極加熱組件是非常高速動作的，其準備加熱時間大約在1秒鐘，因為其加熱元件4很短又很粗。
圖3到5，所表示的陰極加熱組件，以基本上相同的方式工作。其特征為當給導電母線6加上電壓后，母線上的溫度～100℃，支撐10與加熱元件聯接端處，被加熱到～700℃，而加熱元件本身4把發射體1加熱到工作溫度～1400℃。在此溫度下出現熱電子發射。這樣，裝了支撐10后，降低由加熱元件4到母線6之間的溫度梯度，同時也降低熱損失，因而提高了陰極加熱組件的工作效能。
在上述整個陰極加熱組件里，借助于上述的線型加熱元件的幾何布置、引入了一定長度和橫截面的支撐而形成剛性的結構、提高了在高溫情況下的形狀穩定性，使組件具有高可靠性和工作效能。
權利要求
1.電子發射儀的陰極加熱組件，包括熱電子發射體(1)，此發射體具有縱向幾何軸線(2)，安裝在只少有兩個線型加熱元件(4)的中心部位(3)，其邊緣線段(5)具有相等的長度，并以自己的端頭與導電母線(6)相接，母線與基座(7)剛性聯接；其特征為，其線型加熱元件(4)的邊緣線段(5)在布置上與熱電子發射體(1)的縱向幾何軸線(2)夾成銳角(α)，而其端頭布置在多邊形的頂角，具有兩條相互垂直的對稱軸線(8，9)，其中的一條穿過導電母線(6)的軸線，其交點在熱電子發射體(1)的縱向幾何軸線(2)上。
2.權利要求1所述的陰極加熱組件，還有下列特征，它具有兩組支撐(10)，每個組里支撐(10)的數目與線型的加熱元件(4)的數目相等，支撐(10)的一端與線型的加熱元件(4)的邊緣線段(5)的端頭相聯接，另一端頭與一個導電母線(6)剛性聯接，這時，一組支撐與另一組支撐布置得以一表面為軸相對稱，此表面穿過發射體(1)的縱向幾何軸線(2)和多邊形的兩根對稱軸線(8，9)中的一根，這根軸線穿過導電母線(6)的軸線。
3.權利要求2所述的陰極加熱組件，還有一特征，支撐(10)由一段導電材料做成的其比電阻大于線型加熱元件(4)材料的比電阻，每根支撐(10)的橫截面面積與線型加熱元件(4)的橫截面面積之比，最少應等于這兩者的比電阻之比。
4.權利要求2和3所述的陰極加熱組件的特征還有，每根支撐(10)的長度(l2)以下列關系式計算
其中T1-線型加熱元件(4)材料的熔點溫度T2-支撐(10)材料的熔點溫度
5.權利要求2或3所述陰極加熱組件還有以下特征，每根支撐(10)都是圓弧形的。
全文摘要
陰極加熱組件包括發射體(1)固定在至少有兩個線型的加熱元件(4)的中心部位(3)，加熱元件的邊緣線段(5)都與發射體(1)的縱向幾何軸線(2)形成相同的銳角(α)。線型加熱元件(4)的端頭固定在導電母線(6)上。邊緣線段(5)端頭布置在多邊形的頂點，該多邊形有兩條相互垂直的對稱軸線(8，9)。其中之一穿過導電母線(6)的軸線。而其交點落在發射體(1)的軸線上。
文檔編號H01J1/22GK1064564SQ9110108
公開日1992年9月16日 申請日期1991年2月21日 優先權日1989年8月29日
發明者奧里格德·伊萬諾夫維奇·巴比思, 尼古拉·尼古拉耶維奇·德米金科, 尼古拉·費多羅維奇·奧索林科, 弗拉狄思拉夫·弗拉狄米羅維奇·舒多維斯基, 塔亞娜·阿里克希娃·祖巴克娜 申請人:奧里格德·伊萬諾夫維奇·巴畢思, 尼古拉·尼古拉耶維奇·德米金科, 尼古拉·費多羅維奇·奧索林科, 弗拉狄思拉夫·弗拉狄米羅維奇·舒多維斯基, 塔亞娜·阿里克希娃·祖巴克娜