本发明与用于诸如图象管那样显示器式的电子管阴极有关。具体地说，本发明推出一种新颖的具有高电流密度和长寿命的电子管阴极。 对于在显象管及其他显示器件中可使用的电子管的传统热电子发射阴极来说，广泛地使用一种被称为“氧化物阴极”的阴极。这种阴极具有一层以钡作为主要成分的碱土金属氧化物层，这层氧化物层附着在一个以镍作为主要成分含有少量的硅、镁等元素作为还原剂的金属基座上。这种氧化物阴极发射的电子是由通过金属基座中的还原剂与氧化物发生反应而从氧化物中产生的游离原子提供的。
图1原理性地示出了传统和氧化物阴极的剖视图。这种阴极包括一个圆片状的金属基座1、圆管状的套筒2和电子发射材料层4。电子发射材料层4是涂在金属基座1上形成的，含有作为主要成分地钡。图中标为3是用来加热阴极的加热件。
在这些组成部分中，电子发射材料层是由下述方法形成的。将含有作为主要成分的碳酸钡的碳酸盐粉末与溶有硝化纤维之类的溶剂混合。然后将这种混合剂用喷涂、电沉积等方法附着在基座金属上。装上了各组成部分的阴极安装在阴极射线管内，组装成电子管。在电子管内部成为真空的排气过程期间，阴极被加热到1000℃左右。此时，电子发射材料层中的碳酸钡受热分解，转化为氧化钡，其化学方程式如下
所产生的氧化钡在阴极工作期间和处在金属基座与电子发射材料层之间交界面的硅和镁发生如下化学反应：
因此而产生的游离钡有助于电子发射。然而如式（2）、（3）所示，同时在电子发射材料层与金属基座之间的交界面处却也产生了MgO和Ba2SO4。这个反应产物在交界面邻近积累起来，形成了一个壁垒。这个叫做“夹层”的壁垒妨碍了镁或硅从金属基座扩散。这使游离钡的产生发生困难。夹层还有一些诸如缩短阴极寿命那样的不良作用。此外，由于夹层具有比较高的电阻，妨碍电子发射流的流动，因此还会造成限制可能发射的电流密度的问题，其结果是不能满足高亮度大型电子管的要求。
灌注型阴极是一种能够满足高亮度大型电子管的要求的阴极。其制造过程是：将电子发射材料在低大气压或在真空中熔化，然后将一个多孔的金属基座用熔化的电子发射材料加以灌注。这种灌注阴极能够实现高电流流度和长寿命。然而灌注过程复杂，而且工作温度较高，比碳酸盐阴极要高300℃至400℃，能够高到1100℃以上。因此，电极材料必需改用耐热材料，从而提高了生产成本。
考虑到上述问题，本发明解决了由于夹层而造成的寿命降低问题。本发明的目的的是推出一种具有长期稳定的电子发射特征和高电流密度的电子管阴极。
为了实现本发明的这个目的，本发明推出的电子管阴极包括一个安装在一个套筒上的盖帽的一片电子发射材料，而电子发射材料的成分为：
至少一种从由氧化铕（Eu2O3）、氧化镧（La2O3）和氧化钪（Sc2O3）构成的组中选出的氧化物，其重量百分比为电子发射材料总重量的1%至20%，以及至少一种从由BaCO3、SrCO3和CaCO3构成的组中选出的碳酸盐;
至少一种从由镍、钨、镁、硅和钼构成的组中选出的还原材料;以及
一种含钡的氧化物。
优选的含钡的氧化物为至少一种从由BaO·CaO·Al2O3、Ba3Ga2O6、Ba3Ir2O6、Ba4Ir4O7、Ba2V2O7、Ba3In2O6和BaBeO2构成的组中选出的钡化合物。
本发明的以上目的和其他优点通过以下结合附图对一个优选实施例的说明将会更加清楚。在这些附图中：
图1为传统的氧化物阴极的原理性剂视图;
图2为本发明推出的电子管阴极的原理性剖视图;
图3为传统的阴极与本发明的阴极的寿命特性比较图;以及
图4为传统的阴极与本发明的阴极的工作温度和电流密度关系的比较图。
传统的氧化物阴极去掉金属基座、通过接触焊接、激光焊接或其他焊在套筒的上部内表面上焊上一个附着一片用电子发射材料制成的小片的盖帽就成了本发明的阴极。因此，这种阴极相当实际，制造容易。
下面将结合图2详细说明这种电子管阴极的制造过程。
首先，将含作为主要成分钡的碱土金属碳酸盐还原金属以混合比为1∶9、2∶8、3∶7、4∶6等中的一种比例用研钵均匀混合。优选的还原金属是至少一种从由镍、镁、钨、硅和钼构成的组中选出的金属，颗粒尺寸最好是2-7微米。值得推荐的是，还原金属是在真空中或诸如氢气气压那样的低气压下经过热处理的。
为了改善电子发射特性，在碳酸盐中可以加入至少一种从由氧化铕（Eu2O3）、氧化镧（La2O3）和氧化钪（Sc2O3）构成的稀土化合物组中选出的氧化物，其重量百分比为电子发射材料总重量的1%至20%。
此外，为了降低阴极的工作温度和得到稳定的电子发射，加入至少一种从由BaO·CaO·Al2O3、Ba3Ga2O6、Ba3Ir2O6、Ba4Ir4O7、Ba2V2O7、Ba3In2O6和BaBeO2构成的组中选出的含钡的氧化物，再用研钵加以搅拌混合。由于从这些化合物中逐渐有钡游离出来，因此补偿了电子发射特性的衰退，从而使得阴极的电子发射稳定。碳酸盐与含钡氧化物的混合比例最好是在7∶3至1∶1之间。
将可得到的混合物模压成一定尺寸。从发明者进行的反复试验来，最好在压力为5-10吨/厘米2的条件下进行模压。电子发射材料片的孔隙度可以通过控制模压时的压力加以控制。通过孔隙度控制，既可以防止寿命的减少，又可以防止电流密度的降低。随着孔隙度的增加，电流密度和钡的升华逸散量也增加，因此也造成了阴极的寿命减少。随着孔隙度的降低，寿命特性有所改善，但可能得不到大电流密度。根据本发明者的反复试验，当电子发射材料片的孔隙度大约为18%至40%时，所制造的阴极无论电流密度特性还是寿命特性都比较合适。
所制造的电子发射材料片最好在低气压下加以热处理，以促进碳酸盐中存在的CO2的分解。这样，在组装后不用特地进行分解处理就可直接使用。热处理最好在温度800-1000℃进行30-90分钟。
将由此得到的电子发射材料片（5）用一个由耐热金属制成的盖帽（6）盖住，再将盖帽（6）用激光焊接焊到套筒（2）上部的内壁上。套筒（2）内装上了加热件（3）就成为如图2所示的本发明的阴极。
下面将详细说明本发明的优选实施例。但这并不是作为对本发明的限制。
在重量比为Ba∶Sr∶Ca＝57∶39∶4的三元碳酸盐中加入镍，用研钵混合。通过烘烤比例一定的BaCO3、Al2O3和CaCO3的混合物而制备的重量百分比为与碳酸盐重量和的30%的钡·钙·铝（BaO·CaO·Al2O3）以及重量百分比为各电子发射材料总重量的1%的氧化（Eu2O3）加到因此得到的混合物中，再用研钵混合。将混合物在金属模子中压紧，在大约10吨/厘米2下模压成一个电子发射材料片，再在一个氢气压下以摄氏900度左右的温度热处理约50分钟。将这片经热处理的电子发射材料片用一个由耐热金属制成的盖帽盖住，再将这个组件用激光焊接焊到套筒上部内壁，如图2所示。在套筒内装上加热件，就制成了本发明的电子管阴极。
在图3中示出了传统的阴极与本发明的阴极的寿命特性的比较情况。图中，“a”相应于传统的灌注型阴极，“b”相应于本发明的电子管阴极，而“c”则相应于传统的氧化物阴极。由图可见，本发明的阴极的寿命特性稍低于传统的灌注型阴极的寿命特性，但非常接近，然而比传统的氧化物阴极的寿命特性却要好得多。
图4示出了传统的阴极和本发明的阴极的电流密度与工作温度之间的关系。图中，“a”相应于传统的灌注型阴极，“b”相应于本发明的阴极，而“c”则相应于传统的氧化物阴极。由图可见，灌注型阴极虽然电流密度最大，但工作温度太高（大致为1100℃）。然而，传统的氧化物阴极工作温度是低，可电流密度又太低。对于本发明的阴极，工作温度的灌注型阴极低（大约低200℃之多），而电流密度又差不多与灌注型阴极一样高。这证明本发明的阴极是一种非常切合实际需要的阴极。
如上所述，本发的阴极电子发射特性稳定，工作温度低（大约为800-900℃）。其工作温度比灌注型阴极的低200℃左右。因此，不需要使用高熔点的金属，这样就降低了了生产成本。
此外，在本发明的阴极中由于限制了夹层的形成，因此电流密度可以高达6-8安培/厘米2，同时其寿命也比传统的氧化物阴极长得多。
虽然以上结合具体实施例对本发明作了具体说明，但熟悉该技术领域的人可以理解，无论在形式上还是在细节上都可以加以种种改变，而这并不脱离如所附权利要求规定的本发明的精神实质和专利保护范围。