[发明专利]无机绝缘加热器、生产工艺及其采用该加热器的阴极射线管

说明书

本发明涉及一种无机绝缘加热器，特别是，涉及一种其无机绝热层得到改进了的无机绝缘加热器、及其生产工艺和应用。

在阴极射线管和气流传感器中，一直采用着一种无机绝缘加热器，这种加热器具有由无机物质的多孔层形成的绝缘层。

特别是，阴极加热的阴极射线管加热器一般包括如图1所示的金属线圈1、绝缘层2和黑色层5，金属线圈1呈朝着折返端1a斜绕的双圈状线圈。

所述加热器的绝缘层由含有氧化铝（Al₂O₃）等作为主要成份的无机材料，绝缘粒子形成，与金属线表面形成紧密接触。

该加热器加热在绝缘层2外形成的圆筒状阴极套筒3，由此加热附在该套筒3端部的阴极粉末4，使其发射热电子，绝缘层2使阴极套筒3与金属线圈1电绝缘（日本专利申请公开号57-95，035）。

绝缘层2上的黑色层5用来提高加热效率（日本专利申请公开号59-132，537）。

本申请的发明人的实验表明，这种已有技术中阴极加热的加热器在阴极粉末（粒子）4被加热到和工作于约1100℃或以上后很快就出现绝缘不良。

这一现象的主要原因如下，如图2所示，在绝缘层2受热期间，空隙10和可以到达绝缘层表面的缝隙9在金属线圈的相邻金属导线之间的绝缘部分8中形成（它们不在金属线圈上的绝缘部分7中形成），结果，降低了绝缘层的强度，容易因下列原因出现问题：（1）由流经金属线圈的电流的通-断产生的热冲击而引起的金属导线间绝缘部分8的损坏，（2）由于绝缘部分8的损坏引起相邻金属导线间的短路和燃烧，（3）由于绝缘层中形成的空隙10所引起的介电击穿[由加在金属线圈和阴极套筒之间的电压（约300v）引起]。

作为解决这些问题的方法，提出了将纤维状或须状的高熔点无机绝缘材料与无机绝缘层粒子混合，由此增大绝缘层的强度和防止上述裂缝的扩大（日本专利申请公告号44-1，775）。或者，反之，增加绝缘层的孔隙度，由此阻止裂缝的延伸（日本专利申请公开号60-221，925）。

此外，还提出了使金属线圈不与绝缘层紧密接触，而是在其间留出间隙的方法，由此阻止裂缝由于热应变或热膨胀的不同而扩大（日本专利申请公开号61-121，232和号61-142，625）。

已经发现，尽管上述防止裂缝的延伸扩大的方法在加热器工作于较低温度（约1100℃或以下）时都是有效的，但它们使浸渍式阴极加热系统的加热器的寿命较短。

现有技术的绝缘层具有下列缺点：

（1）如图2所示，难以防止空隙10或绝缘粒子充填率低的部分（即非均匀部分）在加热器金属线圈的相邻导线间形成，这样，绝缘层强度低，易于遭受介电击穿。

（2）无机绝缘粒子在加热器工作期间的烧结引起绝缘层收缩，导致裂缝的扩大和发展，造成介电击穿。

（3）在气流传感器等的情形下，尽管工作温度较低（约200℃），但因为是安装在汽车等上，会受到强烈振动，所以，绝缘层易于产生裂缝。

现有技术中的阴极加热式阴极射线管加热器一般是按如下方式构成的，通过把钨丝或含铼的钨丝作为金属线绕成原始线圈，随后，把这一原始线圈以一定的尺寸绕在一个钼芯上以形成双圈状线圈，然后，利用电泳等方法在其上电沉积Al₂O₃粒子，在1600-1700℃下烘烤，形成由无机物的多孔层构成的绝缘层。

然后，根据需要，把一层包括例如Al₂O₃粒子和钨粒子的黑色层附加在上述绝缘层上，并加以烘烤;或者，在未烘烤的绝缘层上形成黑色层，然后同时烘烤绝缘层和黑色层。

烘烤之后，用酸溶解除去Mo芯子，其余部分用水清洗，干燥，得到所需的加热器。

当用电沉积法在图1所示的双线圈状金属线上形成绝缘层时，无机绝缘粒子由电泳法经某种悬浮液（即含有散布和悬浮其中的Al₂O₃等粒子的液体）附着在金属线上。

上述附着力是由于溶解在悬浮液中的如硝酸盐等电解液通过电解转变成氢氧凝胶的作用而产生的。但是，尽管这种凝胶容易在金属线表面上形成，它们却难以在金属线间形成，空隙易于在这种地方形成（见Arato：“日本金属学会1987年春季会议论文集”第373页）。

这一现象可用图2来解释。在线圈上的绝缘部分7上较为稠密地附着悬浮液中的小粒子，而在相邻金属线间的绝缘部分8上不均匀地附着悬浮液中较大的粒子。

结果，在烘烤这一层时，在金属线圈之间的绝缘层收缩，造成裂缝9与或空隙10（见图5b）。