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Verfahren zur Herstellung Elektronen aussendende Kathoden.
Bekanntlich weist Wolfram, das Thoroxyd oder ein ähnliches hitzebeständiges Oxyd enthält ein höheres Elektronenemissionsvermögen auf, als reines Wolfram. Daher ist ersteres als Glühkathode für Elektronenröhren sehr gut geeignet. Die vorliegende Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass bei der Erzeugung von gezogenen Fäden, die aus einem hitzebeständigen Metall, wie Wolfram bestehen, dem ein Oxyd von hohem Emissionsvermögen wie Thoroxyd, Kalziumoxyd oder ein anderes Oxyd der aus der Reihe der alkalischen oder seltenen Erden einverleibt ist, ein Reduktionsmittel, wie Kohlenstoff, in fein verteiltem festen Zustand dem Gemisch von Metall oder Metalloxyd und dem Oxyd von hohem Emissionsvermögen zugesetzt wird, bevor man mit dem Sintern und Ziehen beginnt.
Die Mischung soll eine möglichst innige sein und wird dann in der bei Herstellung von gezogenen Wolframdrähten üblichen Weise mechanisch verarbeitet. Aus diesem Draht kann man durch geeignete Behandlung Elektroden von hohem Elektronenemissionsvermögen erzielen, die sich besonders als Glühkathoden eignen.
Zweckmässig ist ein einziges Gemisch der gepulverten Materialien zu Stäben von quadratischem
Querschnitt von etwa 6 mm Seite zu pressen, die dann gesintert und in der üblichen Weise verarbeitet werden'können. Das thoroxydhaltige Material kann in gewohnlicher Weise erhalten und mit 0 3 Gewichts- prozent eines Reduktionsmittels, z. B. Kohlenstoff in Form von Lampenschwaiz vermischt werden, das ein möglichst geringes spezifisches Gewicht aufweist und möglichst aschefrei ist.
Um die bestmögliche Verteilung und Mischung der Oxyde und des Kohlenstoffes im gezogenen Draht zu erhalten, werden sie vor der Verarbeitung des Metalls zu Draht untereinander und mit dem Metall sdbst gründlich gemischt. Es ist zweckmässig, das fein gepulverte Material innig zu mischen, dann die Mischung zu etwa 40 m. m. starken Stäben zu pressen und diese Stäbe zu zusammenhängenden Barren zu sintern, welche dann zu Draht verarbeitet werden können. Gepulvertes Wolframmetall kann man durch Reduktion von Wolframtrioxyd in Wasserstoff erhalten, wobei dieses Trioxyd auf irgendeine bekannte Art erzeugt werden kann, z. B. durch Erhitzen von, aus einer Lösung von Ammoniumwolframat entstandenen Kristallen von para-Ammoniumwolframat an der Luft. Sodann wird mit einem gepulverten Thoriumsalz und Kohlenstoffpulver gemischt.
Es ist jedoch vorzuziehen, bei der Erzeugung von thoriumhaltigem Wolfram eine geringe Menge von Thoriumhydroxyd mit den para-Ammoniumwolframat- kristalLn zu mischen. Es wird z. B. eine Lösung von Ammoniumwolframat verdampft, um Kristalle von para-Ammoniumwolframat zu erhalten, die dann getrocknet, gepulvert und mit Thoriumhydroyxd vermischt werden. Dabei ist es vorteilhaft genug, Thoriumhydroxyd zuzusetzen, um schliesslich eine Mischung von Wolframtrioxyd und Thoriumoxyd zu erzielen, die zirka 0. 5-1. 6 Gewichtsprozent Thoruimoxyd enthält. Wenn diese Mischung in Wasserstoff reduziert wird, ergibt sich ein Wolframmetall, das 0. 6-2. 0 Gewichtsprozent Thoriumoxyd enthält.
Je höher der Prozentgehalt an Thoriumoxyd, desto schwieriger ist die Verarbeitung des erzeugten Metalles zu feinem Draht, jedoch kann Wolfram das 2.0 Prozent Thoriumoxyd enthält, noch verwendet werden, wenn man bei der Drahtherstellung entsprechende Sorgfalt anwendet. Um das Thoriumhydroxyd auf zweckmässige Art zu erhalten, löst man Thoriumnitrat in Wasser und fällt das Hydroxyd durch Zusatz eines geringen Überschusses von Ammoniak aus, worauf man den Niederschlag durch Waschen von den Ammoniumsalzen reinigt.
Das Para-Ammoniumwolframat und das Thoriumhydroxyd werden gründlieh, beispielsweise in Kugel- mühlen in feuchtem Zustand gemischt, bis die Mischung eine rahmartige Masse geworden ist, welche
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gebreitet, - damit die Ammbniakreste leicht entweichen können, dann wird es unter Luftzutritt in Quarzschalen zu heller Rotglut erhitzt, wodurch es in Thoriumoxyd enthaltendes Wolframtrioxyd übergeführt wird.
Das auf diese Weise gewonnene Thoriumoxyd enthaltende Wolframtrioxyd kann dann in Wasserstoff zu Thoriumoxyd enthaltendem Wolframpulver reduziert werden, das geeignet erscheint, zu Barren gepresst, gesintert und auf mechanischem Wege zu Draht verarbeitet zu werden.
Zu dem, auf oben beschriebens Art erhalten-an thoriumoxydhältigen Metall wird ein Reduktionsmittel, welches mit dem Thoriumoxyd oder anderen, die Elektromenstrahlung erleichternden Oxyden innig gemischt sein soll, zugesetzt. Zweckmässig geschieht das, in dem man dem thoriumoxydhältigen Metall bis zu 0.5 Gewichtsprozent Kohlenstoff in Form von Russ von geringstem spezifischen Gewicht und so maschenfrei -als-möglich beimengt.
Metall, welches 1'5-2% Thoriumoxyd enthält, empfiehlt
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Wolframpulver gründlich zu mischen, diese Mischung dann fein zu sieben und sie vor Weiterverarbeitung nochmals durchzumischen. Das gepulverte Thoriumoxyd und feinverteilten Kohlenstoff enthaltendeWoliram wird zu Barren gepresst, diese werden gesintert und das gesinterte Material zu Draht ver- arbeitet'Thoriumoxyd enthaltendes Wolframtrioxyd kann. desgleichen mit pulverförmigem Kohlenstoff, welcher in solcher Menge vorhanden sein muss, dass er das Wolframtrioxyd reduziert und noch den nötigen Kohlenstoffüberschuss liefert, gemischt werden, welche Mischung dann in einem Tiegel unter Luftabschluss erhitzt wird, wodurch das Wolframtrioxyd zu Thoriumoxyd und Kohlenstoff enthaltendem Wolframmetall reduziert wird.
Der durch dieses Verfahren gewonnene Wolframdraht unterscheidet sich sehr wenig im Aussehen und in den mechanischen Eigenschaften von den gebräuchlichen Thoriumoxyd enthaltenden Wolframdrähten, ist aber imstande, eine Formierung auszuhalten, durch welche sein Elektronenstrahlungsvermögen pro Flächeneinheit bei einer gegebenen Temperatur ein Vielfaches dessen wird, das ein Draht aus demselben Thoriumoxyd enthaltenden Wolfram, jedoch ohne Kohlenstoffzusatz besitzt.
Ein geeigneter Weg, um diesen Draht zu einer Kathode mit hohem Elektronenstrahlungsvermogen auszubilden, besteht darin, dass man ihn einer Formierung durch Erhitzen in starkem Vakuum auf etwa 20000 C durch einige Minuten unterwirft. Eine wesentlich höhere als die Formierungstemperatur scheint das Elektronen strahlende Material zu schädigen, wenn aber die Kathode bei einer Temperatur arbeitet, welche die während der Formierung eingehaltene Temperatur nicht übersteigt, so bleibt die Elektronen-
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Die Oxyde, welche, wenn sie in Gemeinschaft mit Kohlenstoff oder anderen Reduktionsmitteln im Metall vorhanden sind, Elektroden von hohem Elektronenstrahlungsvermögen liefern, können bei diesem Verfahren auch von Wolfram verschiedenen schwerschmelzbaren Stoffen einverleibt werden, wofern die Mischung des Kohlenstoffes mit dem Oxyd eine solche ist, dass das Oxyd wirksam gemacht wird. Durch den Kohlenstoff zusatz zu dem Thoriumoxyd enthaltenden Material gemäss der Erfindung ergeben sich bemerkenswerte Vorteile vom Standpunkt der Erzeugung aus, da das Produkt gleichförmiger
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stoff enthaltenden thoriumhältigen Elektroden.
Es wurde gefunden, dass schmiedbares Wolfram, aus Wolframpulver erzeugt, das zirka 1. 8% Thoriumoxyd und zirka 0. 3% Kohlenstoff enthält, zu Draht von 0. 012-0. 015 mm Durchmesser gezogen werden kann, und dass ein derartiger Draht, wenn er der oben beschriebenen Formierungsbehandlung unterworfen und nachher als Kathode in ein : r Vakuumröhre verwendet wurde, ein mehrfach höheres Elektronenstrahlungsvermögen besitzt, als ein Draht von gleichen Abmessungen, der aus dem- selben Thoriumoxyd enthaltenden Wolfram gewonnen wurde, das jedoch keinen Kohlenstoffzmatz erhalten hat.
PATENT-ANSPRÜCHE : l. Verfahren zur Herstellung Elektronen aussendender Kathoden aus gezogenem Draht eines schwer schmelzbaren, mit einem Oxyd von hoher Elektronenemissionsfähigkeit versetzten Metalles, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reduktionsmittel, z. B. Kohlenstoff, der aus dem Metall oder dem Metall-
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