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Verfahren und Einrichtung zur Absorption unedler Gase bei der Fabrikation elektrischer Entladungsrohren.
Zur Entgasung von Hochvakuumröhren mit Glühkathoden benutzt man in der Regel die Zerstäubung von Magnesium, Kalzium oder Aluminium. Es ist aber auch bereits bekannt geworden, zu diesem Zwecke seltene Erdmetalle oder ein Gemisch von diesen, insbesondere das wohlfeile und im Handel erhältliehe Mischmetall"zu verwenden. Dabei ergibt sich der Vorteil einer viel festeren und rascheren chemischen Bindung als bei der zuerst erwähnten Methode. Bisher benutzte man jedoch diese seltenen Erdmetalle entweder nur in Form von gegenseitigen Legierungen oder gemeinsam mit Kalzium, Zink, Magnesium oder Aluminium, dagegen stellt es nach der vorliegenden Erfindung einen Fortschritt dar, Legierungen dieser Metalle der Cer-Gruppe mit Schwermetallen, insbesondere mit Eisen, zu verwenden.
Besonders vorteilhaft hat sich eine Legierung von 50% Cer, 25% Eisen, 20% Lanthan und 5% Didym erwiesen, bei der bereits eine Erhitzung auf 150 C zur vollständigen Bindung des Sauerstoff-und Stickstoffrestes innerhalb einer Elektronenröhre ausreicht. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass man den "Getter" nicht vollständig verdampfen muss, sondern dass eine gierige Absorption bereits bei mässiger Erhitzung stattfindet, so dass das Entladungsrohr, das entlüftet werden soll, eine durchsichtige Oberfläche behält, während man bisher das Zerstäubungsmetall auch bei der Verwendung der seltenen Erden in Form eines Spiegels an sämtlichen Wandungen des Gefässes niederschlug.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht an den beispielsweise früher genannten Prozentsatz der Mischung gebunden, es ergibt sich vielmehr bereits bei einem Prozentgehalt von nur 5% Eisen bereits eine merkliche Herabsetzung der Bindungstemperatur. Elektronenröhren, die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt sind, gestatten die Beobachtung des Glühzustandes der Kathode während des Betriebes, was insbesondere bei den modernen Röhren mit geringer Austrittsarbeit, den sogenannten"Dunkelstrahlern", sehr erwünscht ist.
Um die Reaktionsgeschwindigkeit zu beschleunigen, ist es sehr vorteilhaft, die Erhitzung nicht allzu rasch vorzunehmen und dem Absorptionsmaterial eine möglichst grosse Oberfläche zu geben, etwa indem man einen Filz von feinen Spänen oder Drähtchen herstellt, der z. B. in Form einer Pille gepresst sein kann. Um die Erhitzung der Späne zu ermöglichen, empfiehlt es sich, diese Pille in einem Metallteller oder in ein Metallnäpfchen einzupressen, das durch Wirbelströme in an sich bekannter Weise erwärmt werden kann.
Durch die Getterwirkung der seltenen Erdmetalle wird jedoch nur Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff oder andere Gase, die zu chemischen Bindungen fähig sind, beseitigt, während die Edelgase zurückbleiben. Das in der Zusammensetzung der atmosphärischen Luft weitaus dominierende Edelgas ist das Argon, das ungefähr 1% des Gasgemisches ausmacht. Wenn man also eine argongefüllte Rohre mit einem Enddruck von 10'5 mm Quecksilber erzielen will, so muss durch die Vorpumpe bei dem beschriebenen Verfahren ein Ausgangsdruck von zirka 10-3 mm Quecksilber hergestellt werden.
Zu diesem Verfahren eignen sich Kalzium und Magnesium nicht, da sie die Eigenschaft haben, auch Edelgase mechanisch zu absorbieren.
Als Entladungsröhren, bei denen ein Gehalt an Edelgasen erwünscht ist, kommen z. B. Glimmlampen, Gleichrichterlampen, Leuchtröhren für Reklamezwecke und ähnliches in Betracht. Man geht bei ihrer Herstellung von dem Hundertfachen des gewünschten Enddruckes aus. Wenn also beispielsweise ein Enddruck von 7 mm erwünscht ist, so ist überhaupt keine Vorevakuierung notwendig, sondern man nimmt innerhalb der fertig vorbereiteten Entladungsröhre eine fein verteilte Portion von seltenen
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Erdmetallen an, die grosser-ist als stöchiometrisch zur Bindung der vorhandenen Gase notwendig wäre, und bringt die Erdmetalle zur Zündung. In diesem Falle sind keinerlei Pumpansätze, Evakuierungsstengel u. dgl. an dem Entladungsgefäss erforderlich, wodurch seine Herstellung bedeutend vereinfacht erscheint.
Wenn ein geringerer Enddruck als 7 mm gewünscht wird, so muss von einem entsprechend niedrigeren Anfangsdruck ausgegangen werden.
Im folgenden ist als Ausführungsbeispiel die Herstellung einer Glimmgleichrichtröhre beschrieben.
Um gute Gleichrichtwirkung zu erzielen, muss man der Kathode eine grosse Oberfläche geben und die Anode möglichst Mein halten. Ausserdem muss die Kathode mit einem Material überzogen sein, das den Elektronenaustritt begünstigt. Diese Forderungen kann man sehr zweckmässig erfüllen, wenn man als Kathode ein kleines topfförmiges Metallblech wählt und in dem Boden dieses kleinen Metallbehälters das Gettermaterial in Form eines Filzes von kleinen Spänen einpresst. Nun erhitzt man den Metallbehälter durch Wirbelströme, u. zw. in der Lage, dass der Boden der Anode nach unten zu liegen kommt, damit das Zerstäubungsmaterial'nicht herausfallen kann. Bei Überschreitung der Zündtemperatur setzt eine lebhafte chemische Reaktion ein, nach deren Ablauf nur mehr das gewünschte Edelgas vorhanden ist.
Gleichzeitig wird das Innere der Kathode mit einer Erdmetallschichte überzogen, die den Elektronenaustritt sehr begünstigt. Es ist vorteilhaft, die Anode in Form eines Drahtes auszubilden, der mit dem Kathodenzylinder koaxial ist. Das Gettermaterial nimmt auch vor seiner Verbrennung nur einen kleinen Teil des Hohlraumes des Näpfchens ein. Um den inneren Widerstand des fertigen Gerätes herabzusetzen, ordnet man den Anodendraht so an, dass zumindestens seine Spitze in das Innere des Kathodennäpfchens hineinragt. Im Falle eines Zweiweggleichrichters bringt man in den Hohlraum des Näpfchens zwei Anodendrähte an, die voneinander und von der Kathode isoliert sind.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Absorption unedler Gase bei der Fabrikation elektrischer Entladungsröhren, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindung auf chemischem Wege durch die Erhitzung einer Legierung von seltenen Erdmetallen mit Schwermetallen erfolgt.
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Process and device for the absorption of base gases in the manufacture of electrical discharge tubes.
For degassing high vacuum tubes with hot cathodes, the atomization of magnesium, calcium or aluminum is usually used. However, it has already become known to use rare earth metals or a mixture of these, in particular the inexpensive and commercially available mischmetal "for this purpose. This has the advantage of a much stronger and faster chemical bond than with the first-mentioned method. So far, however, these rare earth metals have been used either only in the form of mutual alloys or together with calcium, zinc, magnesium or aluminum, on the other hand, according to the present invention, it represents a progress, alloys of these metals of the cerium group with heavy metals, in particular with iron, to use.
An alloy of 50% cerium, 25% iron, 20% lanthanum and 5% didymium has proven to be particularly advantageous in which heating to 150 ° C. is sufficient to completely bind the oxygen and nitrogen residues within an electron tube. This has the advantage that the "getter" does not have to be completely vaporized, but that greedy absorption takes place even with moderate heating, so that the discharge tube that is to be vented retains a transparent surface, while the atomizing metal has been retained so far the use of the rare earths was reflected in the form of a mirror on all the walls of the vessel.
However, the present invention is not tied to the percentage of the mixture mentioned earlier, for example; rather, a noticeable reduction in the bonding temperature already results at a percentage content of only 5% iron. Electron tubes which are manufactured according to the method described above allow the glowing state of the cathode to be observed during operation, which is particularly desirable in modern tubes with a low work function, the so-called "dark radiators".
In order to accelerate the reaction rate, it is very advantageous not to make the heating too fast and to give the absorption material as large a surface as possible, for example by making a felt of fine chips or wires, which z. B. can be pressed in the form of a pill. In order to enable the chips to be heated, it is advisable to press this pill into a metal plate or into a metal bowl that can be heated in a known manner by eddy currents.
The getter effect of the rare earth metals, however, only removes hydrogen, oxygen and nitrogen or other gases that are capable of chemical bonds, while the noble gases remain. The dominant noble gas in the composition of the atmospheric air is argon, which makes up about 1% of the gas mixture. If you want to achieve an argon-filled pipe with a final pressure of 10.5 mm of mercury, the backing pump in the process described must produce an initial pressure of around 10-3 mm of mercury.
Calcium and magnesium are unsuitable for this process because they also have the property of mechanically absorbing noble gases.
As discharge tubes, in which a content of noble gases is desired, come z. B. glow lamps, rectifier lamps, fluorescent tubes for advertising purposes and the like into consideration. They are produced from 100 times the desired final pressure. If, for example, a final pressure of 7 mm is desired, no pre-evacuation is necessary at all, but a finely divided portion of rare ones is taken within the fully prepared discharge tube
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Earth metals, which is larger than stoichiometric would be necessary to bind the existing gases, and causes the earth metals to ignite. In this case, no pumping approaches, evacuation stems, etc. Like. Required on the discharge vessel, whereby its production appears to be significantly simplified.
If a lower final pressure than 7 mm is required, a correspondingly lower initial pressure must be assumed.
The production of a glow rectifier tube is described below as an exemplary embodiment.
In order to achieve a good rectifying effect, the cathode must be given a large surface and the anode must be held as open as possible. In addition, the cathode must be coated with a material that promotes the escape of electrons. These requirements can be met very effectively if a small, pot-shaped metal sheet is selected as the cathode and the getter material is pressed into the bottom of this small metal container in the form of a felt of small chips. Now the metal container is heated by eddy currents, u. between the position that the bottom of the anode comes to lie down, so that the atomizing material cannot fall out. If the ignition temperature is exceeded, a lively chemical reaction sets in, after which only the desired noble gas is present.
At the same time, the inside of the cathode is covered with a layer of earth metal, which greatly facilitates the escape of electrons. It is advantageous to form the anode in the form of a wire which is coaxial with the cathode cylinder. Even before it is burned, the getter material only takes up a small part of the cavity of the cup. In order to reduce the internal resistance of the finished device, the anode wire is arranged in such a way that at least its tip protrudes into the interior of the cathode well. In the case of a full-wave rectifier, two anode wires that are insulated from each other and from the cathode are placed in the cavity of the cup.
PATENT CLAIMS:
1. A method for the absorption of base gases in the manufacture of electrical discharge tubes, characterized in that the bond takes place chemically by heating an alloy of rare earth metals with heavy metals.