阴极射线管的荫罩及其制造方法

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本发明涉及一种彩色阴极射线管的荫罩及其制造方法，更具体地说， 这种荫罩及其制造方法设计成具有一个适用于蚀刻荫罩薄板的理想晶体结 构。\n彩色阴极射线管已经研制出来，它们现在正需要对一定彩色的再现性， 并与所研制出的增加了扫描线数量的传输方式相一致。\n如图1所示，彩色阴极射线管具有在内表面涂有荧光粉膜3的面板1， 面板1用熔化的粘性玻璃与锥体2相耦接，锥体2的内表面涂有导电石墨。 产生电子束5的电子枪6安装在锥体2的颈部4，作为彩色离散电极的荫罩 7由面板1上的框架8支撑。锥体2的圆周表面设有安装的偏转线圈9使电 子束5在横向产生偏移。\n彩色阴极射线管还包括一个固定在框架8上的内屏蔽罩，它用于避免 电子束5由于受地球磁场或漏磁场的影响而偏离它们的给定路径。\n在图像信号加至上述结构的彩色阴极射线管的电子枪6的情况下，电 子枪阴极发射出来的热电子通过加至电子枪5每个电极上的电压的加速， 汇聚到面板1上。\n在此阶段，电子束5由设置在锥体2的颈部4上的偏转线圈9的磁场 调节其方向，电子束5受内屏蔽罩的影响而不偏离其给定的路径，发射至 面板1的整个表面上。通过固定在面板1的框架8上的荫罩7的缝隙，偏移 的电子束5按颜色分开，碰撞涂在面板1的内表面上的荧光粉膜3，发出光， 从而显示图像信号。\n在这种结构中，荫罩7由不脱氧钢(rimmed steel)(JISG 3141的规格)或铝 镇静钢(Aluminum Killed steel)制成的。\n由于高清晰度的彩色阴极射线管已经研制出来，然而，这些材料具有 大约为11.5×10-6deg-1的高热膨胀系数，电子束发出的电子碰撞荫罩所产 生的热量足以使荫罩发生膨胀。这就产生一个所谓凸起效应的现象，电子 束不能到达荧光粉膜上的指定点，却碰撞无需的色彩。凸起效应已经成为 发展具有高清晰度和高亮度的电视机，显示器和类似物的重要问题。\n现有的方法包括使用具有低热膨胀性能材料的荫罩，其目的是避免凸 起效应的产生。例如，荫罩可以由具有1.5×10-6deg-1低热膨胀系数的镍铁 (Fe-Ni)合金(Ni：36％，Fe：64％)制成，其制造方法在JP-A61-78033和JP- A04-56107中已描述。\n为了制备一个荫罩，一个薄镍铁合金圆板在蚀刻步骤中，经过穿孔形 成数十万或百万个电子束通过的小孔，再经过热处理和模制步骤而具有弯 曲面。\n这种荫罩是由镍铁合金薄板制成的，其厚度介于0.1和0.2mm之间，它 经过去油，清洗，用感光性树脂涂层，曝光，显影，蚀刻，去除感光性树 脂，切削，再蚀刻和退火，接着进行压模，黑化，焊接和包装。\n由铝镇静钢制成的荫罩的热膨胀系数为11.5×10-6deg-1，而镍铁合金 荫罩具有一个低热膨胀系数(1.5×10-6deg-1)以便在荫罩的合适位置形成电 子束不管任何温度都能通过的孔。镍铁基材料有望用于制造适用于计算机 显示器的荫罩，这种显示器对于高清晰度和高质量的电视广播来说，就需 要高清晰度的静止图像，但是需要改进该材料的蚀刻和成型性能。\n为了得到高质量的荫罩，就必须通过蚀刻步骤对荫罩穿冲具有小间距 和相同外形的孔。\n而且，镍铁合金制成的板与铝镇静钢板相比，它在制成相同外形的孔 时难于进行蚀刻加工。\n例如，这种镍铁合金荫罩的蚀刻问题通过控制炭的含量小于0.01％(JP -A61-82453)或限制非金属杂质(JP-A61-84356)来解决。\nJP-A59-32859，JP-A61-19738，KR88-102，USPAT4,528,246和KR 97-147公开了镍铁合金荫罩的用法，该合金荫罩通过控制镍铁合金荫罩材 料生产过程中的冷却和退火工艺而制成具有35％或更多的{100}晶体结构。\n在上述参考文献中，描述了通过蚀刻步骤，这种镍铁合金荫罩就能容 易地穿通相同尺寸的孔。因此，改进了对一定颜色具有高再现性的凸起性 能。\n然而，具有炭含量更低于0.01％的材料包含象硫，硼和氮这些杂质， 这些杂质作为填隙原子在晶粒中分开或进入晶体中，从而影响材料的蚀刻 性能。\n如果{100}晶体结构被研制出来，由于一个{100}晶体平面具有非常 高的蚀刻率，那么蚀刻性能就改进了。然而，在{100}晶体结构具有高集 合度，特别是超过95％时，沿着晶格方向进行的蚀刻是如此之快以致不能 形成均匀的圆孔。因此，不能说通过JP-A61-19737中所提出的大于35 ％的{100}晶体结构能获得适用于蚀刻的最佳晶体取向。\n因此，本发明涉及一种阴极射线管的荫罩及其制造方法，它基本上能 够克服受相关技术的限制和不利因素的影响而存在的几个缺陷。\n本发明的一个目的是解决镍铁基合金薄板所存在的问题，因此而提供 一种具有良好椭圆度、相同外形的且电子束能够通过的孔，并通过减小蚀 刻偏差而避免凸起效应的荫罩。\n本发明的其他特征和优点在下面的描述中将会提出，部分特征和效果 从下面的描述将会变得更清楚，或者通过本发明的实际使用就能知道。本 发明的目的和其它优点通过文字的说明书和权利要求书以及附图所提出的 具体结构能够实现和获得。\n根据本发明的目的，为了达到这些和其他优点，概括描述如下，通过 减少β-纤维(β-fiber)和增加立方取向，荫罩晶体结构中具有立方取 向的晶体的体积比是具有冷轧晶体结构，即β-纤维的体积比的2至20倍， 从而获得良好蚀刻性能的荫罩。\n本发明包括一个由主要成分是镍铁合金构成的荫罩薄板材料制成的阴 极射线管的荫罩，其特征在于，具有立方取向的晶体的体积比是荫罩薄板 材料中具有β-纤维晶体的体积比的2至20倍，以此提高蚀刻性能。\n本发明还包括由主要成分是镍铁合金组成的阴极射线管荫罩的制造方 法，该方法包括以下步骤：在切削后，热轧和冷轧具有面心立方结构(FCC) 的荫罩原材料；在800至1200℃温度中，热处理荫罩原材料从而得到立方 取向；热精炼和退火荫罩原材料以得到一个具有立方取向的晶体体积比是 具有β-纤维晶体的体积比的2至20倍的圆盘型荫罩薄板。\n产生的荫罩圆盘型板经过蚀刻，模制和黑化加工。\n热精炼步骤后的退火是在600至700℃温度中进行的。\n退火后的荫罩圆盘型板是在800至1000℃温度中进行蚀刻和热处理的。\n热处理(相应地在冷轧，粗加工和蚀刻步骤后进行的)是在氢气中实现 的。\n每轧的冷轧率为30-50％范围间，冷轧处理至少要进行两次。\n下面描述本发明的工作原理。\n几乎所有金属是由几乎没有随机取向分布的细小的多晶体组成。金属 中的晶体经过热或冷加工，或者热处理产生塑性变形而形成一个最佳取向 或结构。\n由晶体规则排列的特征而定，机械，磁和化学性质都发生变化，金属 的蚀刻性能由于更多{100}晶体的结构的存在而变得较好。然而，需要对 材料中晶体取向进行三维分析以便比较精确的测定。\n对于晶体取向分布来说要明白晶体结构，就需要确定每个样品中的晶 体取向与样品坐标系统之间的关系，如图2所示。\n假设g代表需把样品坐标系统KA转换成晶体坐标系统KB的转向，晶 体结构用函数f(g)表示，它代表具有确定方向g的晶体的体积比，还代表无 晶体结构的随机取向分布的复函数。\n取向g可以用Euler角{1，ψ，2}或Miller指数(hk1)[uvw]表示，如 图3所示。\n坐标是这样建立的，Miller指数(hk1)表示平行于板材的滚轧方向的平 面，[uvw]表示滚轧方向。 $f\left(g\right)=\frac{\mathrm{dV}\left(g\right)/V}{\mathrm{dg}},$              g＝{φ1，ψ，φ2}，(hkl)[uvw]\n         V＝测定范围的体积\n如图3所示，具有面心立方晶格结构的镍铁合金荫罩材料的晶体可以 用与Cu，S和Bs的三个取向以及一个立方取向有关的(β)-纤维表示。\n(β)-纤维成分存在于晶体结构中，它通常在具有面心立方晶格结构的 镍铁合金经过冷轧步骤时出现。立方(CUBE)取向用于重结晶的面心立方晶 格材料的晶体结构中。取向说明如下。\nCu取向用Miller指数{112}<111>表示，其中g的位置{1，ψ，2} 是{90°，35°，45°}，S取向用Miller指数{123}<634>表示，其中g 的位置{1，ψ，2}是{59°，37°，63°}，Be取向用Miller指数{011} <211>表示，其中g的位置{1，ψ，2}是{35°，45°，0°}，立方取 向用Miller指数{100}<001>表示，其中g的位置{1，ψ，2}是{0°， 0°，0°}。\n这些取向的分布可以用X射线衍射方向测定的极数估算。\n在具有面心立方晶格的结构的镍铁合金荫罩中，四个极数111，200，220 和311通过用一个晶体测角器在所有可能的各个旋转方向用X射线衍射方 法确定晶体的衍射密度而测定出来的。\n衍射密度与晶体的体积成正比，样品(hk1)中晶体的专用平面与衍射平 面相同。\n在四个极数111，200，220和311测定后，取向分布函数(ODF)通过使用 谐波方法和正性(positivity)精确地计算出，从而得到下面所示的Bs，Cu和立 方取向的体积比f(g)： $f{\left(g\right)}_{\mathrm{cube}}=\frac{\mathrm{dV}\left(g\right)/V}{\mathrm{dg}}$ ，g＝{0°，0°，0°}，或 ，g＝(100)<001> $f{\left(g\right)}_{\mathrm{cu}}=\frac{\mathrm{dV}\left(g\right)/V}{\mathrm{dg}}$ ，g＝{90°，35°，45°}，或 ，g＝(112)<111> $f(g{)}_S=\frac{\mathrm{dV}\left(g\right)/V}{\mathrm{dg}}$ ，g＝{59°，37°，63°}，或 ，g＝(123)<634> $f(g{)}_{\mathrm{Bs}}=\frac{\mathrm{dV}\left(g\right)/V}{\mathrm{dg}}$ ，g＝{35°，45°，0°}，或 ，g＝(011)<211>\n立方晶体结构的体积比f(g)cube对冷轧晶体结构的体积比f(g)β-FIBER的比 率用RD(重结晶变形)值表示，给出如下： $\mathrm{RD}=\frac{f{\left(g\right)}_{\mathrm{cube}}}{\mathrm{Meanvalueoff}{\left(g\right)}_{\beta -\mathrm{fiber}}}$\n即， $\mathrm{RD}=\frac{f{\left(g\right)}_{\mathrm{cube}}}{(1/3)·[f{\left(g\right)}_{\mathrm{cu}}+f{\left(g\right)}_s+f{\left(g\right)}_{\mathrm{Bs}}]}$\n在材料完美地重结晶而产生立方晶体结构时，f(g)cube的值相对于冷轧晶 体结构的β-纤维成分降低的f(g)β-FIBER的值来说变大，也使得立方晶体结 构的体积比f(g)cube对冷轧晶体结构的体积比f(g)β-FIBER的比率RD值增大了。\n这种RD值的增大意味着更多个{100}晶体平面集合在荫罩板的表面 上。\n如果晶体完全是随机排列分布，RD值是1，否则，如果晶体较少重结晶， RD值就小于1。\n在RD值小于2时，冷轧过的晶体结构由于荫罩上的不同外形的孔的 作用，就使它难于得到相同蚀刻性能。在RD值大于20的情况下，晶体结 构{100}<001>这部分的产生就会引起一个蚀刻成不相同外形的孔的问题。\n因此，在本发明中，为了实现相同蚀刻性能的目的，RD值最好介于2 至20之间。\n本发明中由镍铁合金制成的荫罩的制造方法如下。\n在电或电炉中熔化过的钢首先经过滚轧或连续模制成为一个平板，再 经过热轧步骤，产生一个2至5mm厚的钢板。钢板经过退火，酸洗和冷轧 处理成为一个0.1至0.2mm厚的薄钢板。\n冷加工处理是用于避免材料的凝固，并获得光滑的产品，冷加工处理 在每次滚轧率为30至50％的情况下至少要进行两次。在酸洗处理后，材料 在大约800℃温度的氢气中进行退火处理。\n然后，为了控制材料的厚度和光滑度，滚轧率调节成小于10％。进行 热精炼后薄板在600至700℃温度的氢气中进行退火，清洗，干燥，用感光 性树脂涂层，显影和用三氯化铁溶液蚀刻处理。\n制成的产品经过清洗和干燥而得到一个穿了孔的荫罩。\n这个荫罩经过800至1000℃温度的热处理软化而产生一个用于良好成 型和200℃热轧处理的强度以防止在以后的模制步骤中的变形。荫罩在模制 和黑化步骤后就制成了。\n应该明白上述的简述和下面的详细描述都用于举例和解释，它们被认 为为权利要求所限定的本发明提供进一步的说明。\n所包含的附图对本发明提供了进一步的理解，它们包含在说明书中并 构成说明书的一部分，本发明的实施例连同说明用于解释发明的原理。\n附图中：\n图1是阴极射线管的纵剖视图；\n图2是把样品坐标系统转换为晶体坐标系统所需的转向视图；\n图3是计算出具有纤维的EULER空间和具有面心立方晶格结构的金属 取向的视图。\n现在参考说明书的附图，对本发明的最佳实施例作出详细的描述。\n一种钢锭是通过掺合由铁，重约63％，镍，重约36％，锰，重0.2％， 铬，重0.1％，炭，重0.01％，钼，重0.3％，硅，重0.05％，硼，重0.001 ％，铜，重0.02％和钴，重0.4％组成的原材料，接着在真空中熔化形成的。\n然后这种钢锭经过连续热加工步骤形成直径为10mm的钢棒，这些钢 棒沿长度方向切削而形成一个0.2mm厚和1000mm宽的钢板。\n该钢板经过连续多次在1100℃温度的热轧步骤和1000℃温度的冷轧步 骤，以此制成一个镍铁合金荫罩板。该板在1000℃温度的氢气中经过2小 时或更多小时的热处理，以滚轧率为10％对其进行多次的热精炼步骤，再 在650℃的温度中进行退火处理，最后能够制成一个0.1mm厚的荫罩板。\n该荫罩板在蚀刻处理过程中用38％的三氯化铁溶液穿通许多电子束能 够通过的孔。\n为了确定随RD值而变化的蚀刻性能就需要计算出荫罩板RD值，如表 1所示。\n本实施例的计算方法是在下面的程序中实现的。\n在一个镍铁合金荫罩中，四个极数111，200，220和311通过用一个晶体 测角器在所有可能的旋转方向用X射线衍射方法确定晶体的衍射强度而测 定出来的。\n在四个极数111，200，220和311测定后，取向分布函数(ODF)最好通过 使用谐波方法和正性精确地计算出，从而得到Bs，Cu和立方取向的体积比 f(g)。然后RD值通过给出的方程式中的函数计算出： $\mathrm{RD}=\frac{f{\left(g\right)}_{\mathrm{cube}}}{(1/3)·[f{\left(g\right)}_{\mathrm{cu}}+f{\left(g\right)}_s+f{\left(g\right)}_{\mathrm{Bs}}]}$\n在本发明的荫罩直径为100μm时，蚀刻深度对侧蚀刻量的比率即蚀刻 系数用一个显微镜测出。此时，蚀刻条件是玻美(Baume)溶液浓度为42，温 度为50℃，压强为2.5Kgf/cm2。容许的蚀刻系数大约为3。\n电子束通过的荫罩孔的形状划分为三个等级a，b和c，等级划分是通过 使用一个编辑计算机对图像进行处理测定和计算出的，其中a是最高等级。\n椭圆度是孔上所做平行的两条直线的最小距离对它们的最大距离的比 率。\n                                 表1     号     RD 蚀刻系数 孔型等级 椭圆度     1     0.8     1.9     c     0.97     2     3.5     2.0     b     0.99     3     5.8     2.1     a     1.0     4     7.5     2.1     a     1.0     5     8.2     2.2     a     1.0     6     12.1     2.6     a     1.0     7     22.3     3.3     c     0.95     8     24.2     3.3     c     0.96\n表1显示出RD值介于2至20之间时，荫罩具有相同的蚀刻性能。\n此外，RD值大于20或小于2时会产生不相同的蚀刻性能。\n根据上述的本发明，通过在荫罩中减少冷轧晶体结构即β-纤维，增 加立方取向晶格结构，而使具有立方取向的晶体的体积比是具有β-纤维 晶体的体积比的2至20倍来制成能够避免产生凸起效应的荫罩，因此能够 产生具有较好椭圆度的相同形状的孔，并在蚀刻处理步骤中能够减少蚀刻 偏差。\n很明显本领域的技术人员可对本发明的彩色阴极射线管荫罩及其制造 方法作各种修改和改变并不脱离本发明的精神和范围。因此，可以认为本 发明覆盖了包含在权利要求及其等同物中的许多修改和改变。