1.3.2. Типы катодов

Термоэлектронные катоды электровакуумных приборов подразделяются на три группы:

- катоды их чистых металлов и сплавов;

- пленочные катоды;

- полупроводниковые катоды.

Катоды первой группы – неактивированные. Их называют также простыми или однородными.

Катоды второй и третьей групп являются активированными. На их наружной поверхности имеется активный слой, отличающийся по составу от толщи катода и при изготовлении ЭВП подвергаемый специальной обработке ( активировке).

У пленочных катодов активный слой представляет собой одноатомную пленку электроположительного металла. Такие катоды называют также тонкослойными.

У полупроводниковых катодов активный слой имеет значительную толщину (десятки тысяч и более атомных слоев) и состоит из полупроводника с примесной электронной проводимостью. Такие катоды называют толстослойными. Среди них есть также катоды с металлической проводимостью активного слоя.

1.3.3. Катоды из чистых металлов

Вольфрамовые катоды. Достоинства вольфрама как материала для катодов: высокая температура плавления (свыше 3600 К), хорошая обрабатываемость, позволяющая изготавливать тонкую проволоку. Рабочая температура вольфрамового катода от 2400 до 2600 К в зависимости от типа лампы. С ростом температуры растут эмиссия и эффективность катода, но снижается долговечность. Эффективность составляет 2 – 10 мА/Вт, срок службы – 2000 – 3000 час. Основное достоинство вольфрамового катода – постоянство эмиссии. Применяют вольфрамовые катоды в мощных лампах, работающих при высоком анодном напряжении.

Танталовые катоды. Температура плавления тантала (3120 К) ниже, чем у вольфрама, но меньше и работа выхода, поэтому танталовый катод при температуре 2300- 2500 К дает эмиссию в 10 раз большую, чем вольфрам при этой температуре. Однако при сильном нагреве тантал рекристаллизуется в крупнокристаллическую структуру и становится хрупким и ломким.

1.3.4. Пленочные катоды

Торированные катоды. Представляют собой проволоку из вольфрама с примесью тория (0,5 – 2% ThO).При нагревании в вакууме окись тория восстанавливается до металлического тория, атомы тория диффундируют к поверхности, образуют на ней одноатомный слой и постепенно испаряются. В процессе продвижения к поверхности часть атомов тория отдает свои валентные электроны атомам вольфрама и на поверхности катода становится положительными ионами. В результате существенно снижается работа выхода электронов из такого катода.

Рабочая температура торированного катода 1800 – 1900 К при этом эффективность 35 – 50 мА/Вт. Срок службы ограничен не обрывом нити, а существенным снижением эмиссии из-за обеднения катода торием и рекристаллизации вольфрама, затрудняющей диффузию атомов тория к поверхности катода. На состояние активного слоя сильно влияют остаточные газы в баллоне. Они взаимодействуют с поверхностью катода химически, а также, ионизируясь, бомбардируют катод, в результате поверхность разрушается.

Недостаток торированного катода – неустойчивость эмиссии, поэтому такие катоды применяются редко.

Карбидированные катоды. Представляют собой торированные катоды, обработанные в атмосфере углеводородов с целью насыщения металла углеродом, при этом на поверхности образуется слой карбида вольфрама W₂C, а уже на нем – одноатомный слой тория. Теплота испарения тория с карбида вольфрама больше, чем с чистого вольфрама, поэтому эмиссия такого катода более стабильна, а срок службы больше. Рабочая температура карбидированного катода около 2000 К, эффективность 50 – 70 мА/Вт. Недостатки такого катода обусловлены хрупкостью карбида вольфрама и неодинаковостью температурных коэффициентов линейного расширения вольфрама и его карбида, что при многократных циклах нагрева и охлаждения приводит к разрушению нити накала.