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Verfahren zur Herstellung von Glühkathode für elektrische Entladungsgefässe.
Es ist schon wiederholt vorgeschlagen worden, Erdalkalimetall, insbesondere Barium, unmittelbar als Emissionskörper zu verwenden. Da das Barium schon bei etwa 650 C schmilzt und auch sehr leicht verdampft, kann man es nur in Form eines Überzuges auf hochschmelzenden Metallen oder als Legierung mit hochschmelzenden Metallen verwenden. So ist z. B. bekannt, Metalle, die mit Barium Legierungen bilden, wie Platin. durch Erhitzen in Bariumdampf oberflächlich mit diesem Metall zu legieren und gegebenenfalls nach Oxydieren eines Teiles des in der Legierung enthaltenen Bariummetalls diese Körper als Kathoden zu verwenden. Die auf diese Weise hergestellten Kathoden haben jedoch den Nachteil, dass der Erdalkalimetallvorrat sich verhältnismässig schnell erschöpft, da meist nur eine dünne Oberflächenschicht das wirksame Metall enthält.
Versuche, zu einer für Glühkathoden brauchbaren homogenen Erdalkalilegierung zu gelangen, sind bisher erfolglos geblieben. Dies ist zum Teil darauf zurückzuführen, dass sich Schmelzen aus den beiden Bestandteilen der leichten Verdampfbarkeit des Bariummetalls wegen nur äusserst schwer herstellen lassen. Ebenso zeigte sich, dass es nicht möglich ist, durch Einwirkenlassen von flüssigem oder dampfförmigem Bariummetall auf massive Körper aus hochschmelzenden Metallen zu einer homogenen Legierung zu gelangen, da das Erdalkalimetall nur verhältnismässig langsam in die tieferen Schichten eindringt.
Man hat versucht, ein tieferes Eindringen des Erdalkalis in den Trägerkörper dadurch zu erreichen, dass ein poröser Trägerkörper verwendet wurde. Man hat auch versucht, das Erdalkalimetall bzw. seine Verbindungen mit dem Pulver eines hochschmelzenden Werkstoffes zu mischen und durch nachfolgende Wärmebehandlung zu einem einheitlichen Körper zusammenzufügen. Ein nach diesem Verfahren hergestellter einheitlicher Körper würde zwar als Glühkathode gute Emissionseigenschaften besitzen, doch ist seine Festigkeit so gering, dass die mechanische Bearbeitung sehr schwer ist.
Demgegenüber wird nach der Erfindung als Trägerkörper ein durch Pressen und Sintern zu einer formbeständigen und mechanisch bearbeitbaren porösen Einheit zusammengefügtes Pulver eines hochschmelzenden Werkstoffes benutzt. Seine Poren werden ganz oder teilweise mit der Emissionssubstanz ausgefüllt.
Für viele Zwecke ist es nicht einmal nötig, den gesamten in dem Metallkörper vorhandenen Bariummetallvorrat in die Legierung überzuführen. Schon eine geringe Legierungsbildung genügt, um das Entweichen des Bariummetalls während der weiteren Verarbeitung zu verhindern und brauchbare Kathoden zu erzielen. Der Bariumgehalt der nach dem neuen Verfahren hergestellten Legierung ist meist durch das Porenvolumen des Körpers aus dem hochschmelzenden Metall gegeben. Man kann nun durch eine dem Legieren vorangehende Sinterbehandlung des Metallkörpers das Porenvolumen weitgehend ver- ändern und auf diese Weise Legierungen mit verschiedenem Erdalkaligehalt ohne Schwierigkeiten anfertigen. Die legierten Stäbe können in an sieh bekannter Weise zu draht-oder bandförmigen Kathoden verarbeitet werden.
Es ist heibei empfehlenswert, die Metallkörper zwischendurch im Vakuum oder in Edelgasatmosphäre auszuglühen. Derartige Kathoden lassen sich z. B. aus Legierungen des Bariums mit Nickel oder Platin bis zu einem Bariummetallgehalt von etwa 10% ohne Schwierigkeiten herstellen.
Legierungen mit noch höherem Bariumgehalt lassen sich nur schwierig mechanisch bearbeiten.
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Das Verfahren gemäss der Erfindung kann auch mit Vorteil dazu verwendet werden, Metalle, die mit Barium keine Legierung bilden, wie Wolfram, Molybdän, Tantal usw., in einfacher Weise mit diesem Metall sehr gleichmässig zu durchmischen. Derartige Metallkörper lassen sich, sofern ihr Bariumgehalt nicht zu gross ist, ohne Schwierigkeiten mechanisch bearbeiten und für Kathodenzwecke mit gutem Erfolg verwenden. Schliesslich kann man auch an Stelle von reinem Barium leichtflüssige Legierungen, wie Barium-Aluminium, Barium-Kupfer usw., auf den porösen Metallkörper einwirken lassen und dadurch die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Metallkörpers in weitem Umfange beeinflussen.
Für manche Zwecke ist es vorteilhaft, den porösen Metallkörper nicht in der Erdalkalimetallschmelze, sondern im Erdalkalimetalldampfstrom zu behandeln. Es gelingt bei diesem Verfahren zwar meist nicht, Legierungen mit mehr als etwa 5% Barium herzustellen. Jedoch zeichnen sich die so angefertigten Legierungen durch besonders hohe Reinheit aus ; da der weitaus grösste Teil der Bariumverbindungen weniger flüchtig als das Metall ist, kann bei diesem Verfahren nur reines Barium in den Metallkörper gelangen.
Die nach dem beschriebenen Verfahren angefertigten Kathoden können entweder unmittelbar in Entladungsröhren mit oder ohne Gasfüllung verwendet werden oder auch, nachdem man sie in an sich bekannter Weise mit Erdalkalioxyden überzogen hat. Die Kathoden zeichnen sich durch ein hohes Emissionsvermögen und lange Lebensdauer aus.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer Glühkathode, bei dem ein oder mehrere Erdalkalimetalle in flüssigem oder gasförmigem Zustande derart zur Einwirkung auf einen porösen Trägerkörper gebracht werden, dass die Poren ganz oder teilweise mit dem Erdalkalimetall gefüllt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper aus einem Pulver eines hochschmelzenden Werkstoffes durch Pressen und Sintern zu einer formbeständigen und mechanisch bearbeitbaren Einheit zusammengefügt wird.