Матеріали емісійні

МАТЕРІА́ЛИ ЕМІСІ́ЙНІ — матеріали, з поверхні яких під впливом зовнішніх чинників (електромагнітних полів; опромінення падаючими електронами, іонами, фотонами; нагрівання; механічних деформацій) відбувається процес виходу електронів — явище електронної емісії. Їх використовують як матеріали емітерів (катодів), які є безпосеред. джерелами електронів у різних електровакуум. і газонаповнених приладах, електрон. мікроскопах, плазмотронах, комп’ютер. рентґенів. томографах, електрореактив. двигунах авіац.-косміч. техніки та ін. Залежно від походження причини, що викликає електронну емісію, розрізняють автоелектронну, вторинну електронну, іонно-електронну, фотоелектронну, термоелектронну й екзоелектронну емісії. Автоелектронна емісія — вихід електронів під дією електр. поля, у якому знаходиться катод. Проявляється за рахунок тунел. ефекту та в сильних електр. полях при досить малих радіусах кривизни неоднорідностей структури поверхні. Її використовують в електрон. мікроскопах, FED-дис-плеях, деяких видах газ. лазерів тощо. Вторинна електронна емісія — вихід електронів із поверхні твердого тіла під час бомбардування пучком первин. електронів. Ефективні емітери для цього виду емісії належать до напівпровідників і діелектриків. На явищі вторин. електрон. емісії базується робота електрон. помножувачів, а також метод дослідж. структури поверхні тіла в растровій електрон. мікроскопії. Іонно-електронна емісія — вихід електронів під дією пучка іонів, що падають на поверхню. Застосовують у газонаповнених приладах, плазмотронах та ін. Фотоелектронна емісія (зовн. фотоефект) — вихід електронів під дією світла, що падає на поверхню. Використовують у фотоелектрон. помножувачах, вакуум. і газонаповнених фотоелементах, електронно-оптич. перетворювачах. Найрозповсюдженішими М. е. для вакуум. фотоелементів є речовини, до складу яких входять лужні метали: Cs₃Sb, Ag–O–Cs, Na–K–Sb та ін. Термоелектронна емісія — вихід електронів із поверхні тіл, нагрітих до високих т-р, за рахунок внутр. енергії. На явищі термоелектрон. емісії ґрунтується робота електронно-променевих трубок, прискорювачів заряджених частинок, плазмотронів, вакуум. ламп, вакуум. приладів надвисоких частот, рентґенів. трубок, зварювал. апаратів. Екзоелектронна емісія — вихід електронів з поверхні твердих тіл, що зазнали мех. деформацій, а також під дією ультрафіолет. або рентґенів. випромінювання. М. е. характеризуються такими властивостями: мала робота виходу електрона, забезпечення для даного приладу необхід. значення емісій. струму, низька швидкість випаровування емісійно-актив. компонент, стабільність емісій. характеристик у часі, мех. міцність, технологічність та інертність до дії актив. середовищ, в яких відбувається експлуатація матеріалу. Емісійними можуть бути різні матеріали: металічні (з метал. типом зв’язку), металоподібні (з ковалентно-металіч. типом зв’язку), напівпровідники та діелектрики (з іонним і ковалент. типом зв’язку). Залежно від природи та методу отримання матеріалу, з якого виготовлено емісій. елемент, їх поділяють на оксидні, металічні та металосплавні, а також матеріали на основі тугоплавких сполук. У робочому стані традиц. оксид. емітер — шар із суміші кристалів оксидів Ba, Sr та Ca, що поміщений на метал. підкладку (керн). Перевагами таких М. е. є невисока робоча температура, а отже й мін. споживання потужності, що витрачається на нагрівання, мін. розігрівання середовища, в якому перебуває емісій. елемент, і висока ефективність. Для них характерні триваліший термін дії, простота виготовлення, відносна дешевизна, добра відтворюваність властивостей, малий час розігрівання катод. вузла, високі значення електро- і теплопровідності покриття, низький рівень низькочастот. і дробових шумів. Унаслідок процесів терміч. дисоціації або хім. відновлення оксидів на поверхні та в об’ємі емітера з’являється надлишок атомів лужноземел. металу, що забезпечує необхідну електропровідність та термоелектронну емісію. Емісійна активність такої поверхні обумовлена конкуренцією процесів дифуз. постачання атомів металу (напр., Ba) на емітуючу поверхню (передусім через розвинуту систему пор) і десорбції їх із поверхні. Недоліками традиц. оксид. емітерів є те, що через загрозу отруєння залишк. газами атмосфери з’являється необхідність отримання високого вакууму в зоні катод. вузла, що зумовлює відповідно підвищення робочої температури емітера для зменшення спаду термоемісій. струму у разі погіршення вакууму, як наслідок знижується довговічність емітера; він є недостатньо стійкий до іонного і зворот. електрон. бомбардування; його неможливо використовувати в потуж. електрон. пристроях при великій напрузі. Металооксидні пресов. емітери — металічна підкладка (іноді з активуючими присадками), на яку напресовують суміш порошків металу (або сплаву металів) і емісійно-актив. речовини — твердого розчину карбонатів лужноземел. металів. Як підкладки переважно використовують Ni, а також Mo, W, Ta, Co, сплави Ni–Fe та ін. металів. Напресування здійснюють порошками різної дисперсності Ni, Co, W, Pt, Ir, Os, Pd, Re, Th, Hf та їхніх сплавів. Робочі температури таких емітерів 1223–1373 К. Металевопористі емітери об’єднують велику кількість композиц. емітерів і є багатофаз. системами, що складаються з метал. матриці (губки), в порах і на поверхні якої знаходиться емісійно-активна речовина. Матрицю виробляють здебільшого з порошків W, Re, Mo та їхніх сумішей, за емісійно-активну речовину використовують алюмінати, вольфрамати, танталати, силікати, скандати, гафнати або ренати лужноземел. металів, переважно Ba, Sr, Ca, рідше оксиди рідкісноземел. металів. Камерні емітери (L-емітери) — запресована в молібден. корпус вольфрам. губка (пориста перегородка), під якою знаходиться емісійно-активна речовина. Просочені (імпрегновані) емітери отримують просоченням металіч. губки (переважно з W) розплавом емісійно-актив. речовини, напр., зануренням губки у розплав. Пресов. металевопористі емітери виготовляють пресуванням ретельно перемішаної суміші порошків тугоплав. металів з емісійно-актив. речовиною (такі ж самі, що й для металевопористих емітерів). Металічні та металосплавні термоемітери виробляють з тугоплав. металів. Ефектив. металіч. термоемітерами є Ta, W, Nb, Hf, Zr, Re, Mo. Металосплавні емітери — сплав двох металів: основного та того, що застосовують для підвищення струму емісії. Під час легування металіч. основи здебільшого утворюються тверді розчини або хім. сполуки (металіди). Водночас виникає дипол. шар адсорбов. атомів металу, що призводить до збільшення струму емісії. Металічні та металосплавні емітери виготовляють у вигляді ниток, прутків, стрічок, спіралей і використовують у системах прямого нагрівання: потуж. високовольт. електрон. системах — генератор. лампах, рентґенів. трубках, електронно-променевих установках. М. е. на основі тугоплав. сполук перехід. металів або рідкісноземел. металів з карбоном, бором характеризуються високими т-рами плавлення, високою твердістю та зносостійкістю, малими швидкостями випаровування, високою електро- та теплопровідністю, порівняно високою стійкістю до окиснення, що дозволяє використовувати їх у розбір. електронно-променевих системах підвищеної потужності. Для карбідів перехід. металів при кімнат. т-рі властиві дуже мала пластичність та висока крихкість. Боридам перехід. металів і рідкісноземел. металів характерні більш високі емісійні властивості порівняно з карбідами перехід. металів при однак. т-рах. Серед усіх тугоплав. сполук як матеріал емітер нині найбільшого поширення набув гексаборид лантану (LaB₆). Причому емісійні властивості монокристаліч. LaB₆ вищі, ніж у полікристалічного у вигляді порошку, покриття або пресов. виробу. З монокристаліч. LaB₆ виготовляють катоди електрон. мікроскопів, установок електронно-променевого зварювання, прискорювачів заряджених частинок. Поширене використання евтект. композиц. матеріалів на основі LaB6 з диборидами перехід. металів. Вони характеризуються більш високою емісій. властивістю порівняно з індивідуал. LaB₆. Під час спрямов. кристалізації цих матеріалів створюється регулярна евтектична структура у вигляді волокон із дибориду перехід. металу у матриці монокристалу LaB₆, що призводить до покращення мех. і емісій. властивостей.

Розмір шрифту

Матеріали емісійні

Рекомендована література

Інформація про статтю