Emisja polowa z kompozytów natryskiwanych plazmowo

• Autorzy: Znamierowski Z.

Warianty tytułu

EN

Field electron emission from plasma sprayed composites

• Konferencja: Kongres Polskiego Towarzystwa Próżniowego ; Krajowa Konferencja Techniki Próżni (4 ; 8 ; 21-24.09.2008 ; Janów Lubelski, Polska)
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przez kilka lat z inspiracji autora, prowadzono badania emisji polowej z materiałów kompozytowych wykonanych techniką atmosferycznego natryskiwania plazmowego (APS) [1]. Zasadnicza część prac została wykonana w ramach polsko-francuskiego Programu Działań Zintegrowanych POLONIUM. Badano następujące kompozyty: Cr ₂ O ₃ (dodatkowo grawerowane wiązką laserową i następnie pokryte warstwą tytanu) [2], warstwy nakładane techniką z APS TiO ₂ , Al ₂ O ₃ + 13% wag. TiO ₂ i Al ₂ O ₃ + 40% wag. TiO ₂ (dodatkowo grawerowane wiązką laserową) [3], warstwy TiO ₂ uzyskane technikami APS i SPS (natryskiwanie plazmowe zawiesiny SPS) [4], warstwy APS: Cr ₂ C ₃ -NiCr i Cr ₂ C ₃ -NiCrAlY [5] i warstwy ZrB ₂ i ZnO + 3% wag. Al ₂ O ₃ uzyskane techniką CAPS (natryskiwanie plazmowe w kontrolowanej atmosferze) [6]. Specyfika procesu natryskiwania plazmowego sprawia, że wytworzone warstwy mają zmienioną mikrostrukturę w stosunku do mikrostruktury surowca wyjściowego. Wyjątkowe wśród badanych warstw są warstwy tlenku chromu; okazują się być odporne na warunki strumienia plazmy i przemiany strukturalne nie doprowadzają do utraty dobrych właściwości dielektrycznych. W celu uzyskania emisji elektronowej, pokryto te warstwy tytanem. Analiza charakterystyk emisyjnych tytanu na takich podłożach wykazała addytywny charakter współczynnika wzmocnienia pola elektrycznego. W warstwach z tlenkami tytanu stwierdzono obecność subtlenków tytanu (fazy Magneliego), które w istotnym, stopniu (korzystnie) wpływają na charakterystyki emisyjne. Zaobserwowano anomalny wpływ temperatury na emisję z tych warstw [4,7,8]. W warstwach z 40% wag. zawartością TiO ₂ stwierdzono obecność fazy spinelowej Al ₂ TiO ₅ . Metodą spektroskopii impedancyjnej wykazano, że spinel blokuje emisję polową [9]. Węglik chromu i stopy NiCr oraz NiCrAlY są niedopasowane pod względem współczynnika rozszerzalności temperaturowej. Przy większych prądach emisyjnych, wydzielane ciepło generuje naprężenia w tych kompozytach i doprowadza do uszkodzenia warstw. Katodę polową z kompozytu TiO ₂ nałożonego techniką SPS, zastosowano w modelu segmentu elektroluminescencyjnego [10].

EN

Investigation of the field electron emission from composites deposited with atmospheric plasma spraying (APS) techniques has been carried out for several recent years due to author's initiative [1]. The basic work has been done within the frame of The Polish-French Integrated Activity Program Polonium. Following composites were investigated: Cr ₂ O ₃ (laser engraved and coated with Ti layer [2]), Al ₂ O ₃ + 13 wt % TiO ₂ ), Al ₂ O ₃ + 40 wt % TiO ₂ (laser engraved) [3], TiO ₂ deposited with APS andsuspension plasma spray SPS [4]), Cr ₂ C ₃ -NiCr and Cr ₂ C ₃ -NiCrAlY deposited with APS [5], ZrB ₂ and ZnO+3 wt %Al ₂ O ₃ deposited with controlled atmosphere plasma spray CAPS [6]. The deposited layers present their microstructure different from the initial material due to properties of the plasma spraying process. The chromium oxide layers appear to be exceptional and resistant to conditions in the plasma stream and their good dielectric properties are not lost. For the field electron emission purposes, these layers were coated with Ti. Analysis of electron emission from Ti deposited on such substrates showed additive character of field enhancement factor. The layers containing titanium oxide showed the presence of titanium suboxides (Magneli phases) whose presence positively influenced the emission properties. An anomalous influence of temperature on emission from these layers has been also noticed [4,7,8]. The spinel phase was found in the Al ₂ O ₃ + 40 wt % TiO ₂ layers. It has been shown, using the impedance spectroscopy method, that the presence of spinel was blocking the field emission [9]. Thermal expansion coefficients of chromium carbide grains and NiCr or NiCrAlY alloy matrices appeared to be different to such extent that the Joule heat generated by large emission currents caused excessive stresses leading to layer damage. A composite plasma sprayed field emission cathode has been used in a model of electroluminescent light source [10].

Słowa kluczowe

PL

kompozytowe polowe emitery elektronów; kompozyty natryskiwane plazmowo

EN

composite field electron emitters; plasma sprayed composites

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 50, nr 1
• Strony: 93--95
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., wykr.

Twórcy

autor

Znamierowski Z.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki

Bibliografia

• [1] Pawłowski L.: The science and engineering of thermal spray coating. John Wiley and Sons (1995).
• [2] Znamirowski Z., Czarczynski W., Pawłowski L., Maguer Le.: Field elektron emission from laser engraved surface. Vaccum 70 (2003) 397-402.
• [3] Znamirowski Z., Pawłowski L., Cichy T., Czarczynski W.: Low macroscopic field electron emission from surface of plasma sprayed and laser engraved TiO2, Al2O3 + 13TiO2 and Al2O3 + 40TiO2 coatings. Surface and Coatings Technology, 187 (1) (2004) 37-46.
• [4] Tomaszek R., Znamirowski Z., Pawłowski L., Wojnakowski A.: Temperature behaviour of titania field emitters realized by suspension plasma spraying. Surface and Coatings Technology, 201 (5) (2006) 2099-2102.
• [5] Znamirowski Z., Pawlowski L., Tomaszek R., Nykiel Z., Janssen J. P., Campana F.: Mechanical, corrosive and electron emission properties of chrome carbide composites obtained by air plasma and HVOF spraying. Neue Materialien und Verfahren in der Beschichtungstechnik, Tagungsband zum 7. Werkstofftechnischen Kolloquium, 30 September und 1 October 2004 in Chemnitz, Band 18, Ed. B. Wielage, Eigenverlag, Chemnitz, ISBN: 3-00-013553-7, ISSN: 1439-1597, 66-74.
• [6] Tului M., Ruffini F., Arezzo R., Lasisz S., Znamirowski Z., Pawłowski L.: Some properties of atmospheric air and inert gas high - pressure plasma sprayed ZrB2 coatings. Surface and Coatings Technology, 151-152 (2002) 483-489.
• [7] Znamirowski Z., Czarczynski W., Pawłowski L., Wojnakowski A.: Temperature influence and hot electrons in field electron emission from composite layers deposited by air plasma spraying of powders and suspensions. Journal of Vacuum Science & Technology, B 25 (5) (2007) 1664-1670.
• [8] Czarczynski W., Znamirowski Z.: Field electron emission experiments with plasma sprayed layers. Surface and Coatings Technology, 202 (2008) 4422-4427.
• [9] Znamirowski Z., Nitsch K., Pawlowski L.: The electric charge transport in titania - alumina composite cold cathodes made with atmosphere plasma spraying and laser engraved. Journal of Vacuum Science & Technology B (2009) (publikacja przygotowana do druku).
• [10] Znamirowski Z., Ladaczek M.: Lighting segment with field electron titania cathode made using suspension plasma spraying. Surface and Coatings Technology, 202 (2008) 4449-4452.
• [11] Spindt C. A.: Athin film field emission cathode. Journal of Applied Physics, 39 (7) (1968) 3504-3505.
• [12] Xu N. S., Ejaz Huq S.: Novel cold cathode materials and applications. Materials Science and Engineering, R 48 (2005) 47-189.
• [13] Forbes R. G.: Low - macroscopic - field electronemission from carbon films and other electrically nanostructured heterogeneous materials: hypotheses about emission mechanism, Solid State Electronics, 45 (2001) 779-808.
• [14] Bartholomew R. F., Franki D. R.: Electrical properties of some titanium oxides. Physical Review, 187 (3) (1969) 828-833.
• [15] Antoniewicz J.: Własności dielektryków: tablice i wykresy. Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 1971, 576-578.
• [16] Pawlowski L.: Finely grained nanometric and submicrornetric coatings by thermal spraying: A review. Surface and Coatings Technology, 202 (2008) 4318-4328.