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Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Entladungsröhre.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Entladungsröhre mit einer Kathode, die einen stark elektronenemittierenden Stoff enthält.
Es ist bereits bekannt, eine Kathode für elektrische Entladungsröhren dadurch herzustellen, dass eine Suspension eines stark elektronenemittierenden Stoffes oder einer Verbindung, aus der ein derartiger Stoff entwickelt werden kann, auf einen Kern aufgebracht wird. Das Suspensionsmittel wird dann durch Erhitzung verdampft, und eine gegebenenfalls erforderliche chemische Umwandlung erfolgt auch meist durch Erhitzung.
Die Verdampfung des Suspensionsmittels und die Bildung des emittierenden Stoffes können während der Entlüftung der Entladungsröhre, in der die Kathode angeordnet ist, stattfinden. Nach der Herstellung der emittierenden Schicht werden die Gasreste durch Verdampfung einer geringen Menge in die Röhre eingebrachten Magnesiums aus der Röhre entfernt.
Eine derartige Kathode kann zum Beispiel wie folgt hergestellt werden.
Es wird z. B. für eine unmittelbar zu heizende Kathode von einem Draht aus hochschmelzendem Stoff, z. B. Wolfram, ausgegangen, auf den eine Suspension eines stark elektronenemittierenden Stoffes, z. B. von Bariumoxyd, aufgebracht wird. Dies geschieht gewöhnlich so, dass der Kerndraht durch die Suspension geführt oder mit der Suspension bespritzt wird. Als Suspensionsmittel kann zweckmässig Wasser, Alkohol oder Amylazetat verwendet werden. Nach dem Aufbringen der Suspension wird während des Trocknens, z. B. in einer Kohlensäureatmosphäre, das Suspensionsmittel verdampft, der auf diese Weise gebildete Draht wird dann als Kathode zusammen mit einer oder mehreren andern Elektroden in einer Entladungsröhre angebracht, worauf die Röhre entlüftet wird.
Während des Entlüftungsvorganges werden die Elektroden durch Hoehfrequenzerhitzung entgast und während oder nach dem Entlüften und Abschmelzen wird eine geringe Menge Magnesium in der Röhre verdampft, um die letzten Gasreste zu binden.
Gemäss einem andern Verfahren zur Herstellung einer Kathode für elektrische Entladungsröhren
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der Pumpe entfernt wird.
Diese Herstellungsverfahren sind natürlich auch bei indirekt zu heizenden Kathoden anwendbar.
Der Kern für die elektronenemittierende Schicht wird in diesem Fall gewöhnlich durch einen zweckmässig aus Nickel hergestellten Zylinder gebildet.
Es ist festgestellt worden, dass auf die oben beschriebene Weise hergestellte Entladungsröhren nicht in allen Fällen befriedigende Betriebsergebnisse liefern. Es ergibt sich, dass viele dieser Röhren eine sehr kurze Lebensdauer besitzen. Nach vielen Versuchen ist gefunden worden, dass diese Übelstände einer ungenügenden Entlüftung der Entladungsröhre zuzuschreiben sind. Es ist dann gefunden worden, dass diese Übelstände dadurch beseitigt werden können, dass nach dem Aufbringen der Suspension auf den Kern und nach Erhitzung der Kathode in der Röhre eine Menge eines Erdalkalimetalls (Calcium, Strontium, Barium) verdampft wird.
Es hat sich herausgestellt, dass diese Metalle die vorhandenen Gasreste ganz
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gut entfernen und das Verdampfen dieser Metalle nach der beschriebenen Herstellung der Kathode macht diese Herstellungsweise zu einem Verfahren, das in allen Fällen befriedigende Ergebnisse liefert.
Nach der Bildung der emittierenden Schicht, jedoch vor der Verdampfung der erwähnten Metalle, wird eine Magnesiummenge in der Röhre verdampft. Dieses Magnesium entfernt in diesem Fall einen grossen Teil der Gasreste, während die von dem verdampfenden Magnesium noch nicht gebundenen Gase von dem verdampfenden Erdalkalimetall entfernt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird in den meisten Fällen so ausgeführt, dass das Magnesium während des Pumpverfahrens, also vor dem Abschmelzen der Röhre, und das Erdalkalimetall nach dem Abschmelzen verdampft wird ; es ist aber'auch möglich, beide'Metalle während des Pumpprozesses zu verdampfen oder beide Stoffe nach dem Abschmelzen der Röhre zu verdampfen.
Die Verwendung von Barium, Strontium und Calcium als Fangstoff ist an sich bekannt, sowie auch die Verwendung dieser Stoffe zur Aktivierung von Kathoden. Wie oben. erörtert wurde, besteht die Erfindung in der Verwendung, dieser Fangstoffe in einer Entladungsröhre, bei der die emittierende Schicht der Kathode auf die angegebene Weise hergestellt wird. Infolge der Verwendung dieser Fangstoffe werden, wie gefunden wurde, die früher wahrgenommenen Erscheinungen in Entladungsröhren mit einer auf die beschriebene Art hergestellten Kathode vermieden.
Die hiebei auftretenden Vorgänge sind im einzelnen nicht ganz geklärt. Die Anmelderin kann daher nur einen Erklärungsversuch machen. Aus Versuchen der Anmelderin scheint sich zu ergeben, dass die vorzügliche Wirkung der zwei Getterstoffe auf folgendem beruht :
Wenn man ein Erdalkalimetall, z. B. Barium, als Getter verwendet, ergibt-sich durch Versuch, dass die beste Getterwirkung erhalten wird, wenn eine schnelle Bariumverdampfung insbesondere durch eine Gasatmosphäre hindurch stattfindet ; das Barium besitzt dann eine grosse Aktivität, schlägt sich aber auch auf unerwünschten Stellen der Röhre nieder. Eine langsame Verdampfung des Bariums besitzt den Nachteil, dass eine viel weniger aktive Bariumoberfläche entsteht.
Wenn man nun, wie bei der vorliegenden Erfindung, so verfährt, dass vorher eine kleine Menge Magnesium verdampft wird und nachher langsam das Barium, so besitzt das Barium eine genau so grosse Aktivität wie bei einer schnellen Verdampfung dieses Metalles. In dieser Beziehung besitzt denn auch die Verwendung dieser zwei Gettermetalle zusammen mit einer Pastekathode, aus der ziemlich viele und verschiedene Gase in Freiheit gesetzt werden, erhebliche Vorteile.
In der Zeichnung ist eine Entladungsröhre gemäss der Erfindung beispielsweise dargestellt.
In der Zeichnung bedeutet 1 die Wand einer Röhre, innerhalb deren eine Anode 3, ein Gitter 4 und eine Kathode 5 auf einer Quetschstelle 2 befestigt sind. Die Kathode besteht z. B. aus einem hinund hergebogenen Draht aus hochschmelzendem Stoff, z. B. Wolfram, auf den gemäss einem der oben erwähnten Verfahren eine Suspension von Bariumoxyd in Wasser aufgebracht worden ist, worauf der Draht in einem Kohlensäurestrom getrocknet worden ist, wobei das Suspensionsmittel verdampft wurde.
Die Kathode 5 ist mittels Unterstützungshaken 6 an einem aus Glas oder einem andern Isolierstoff hergestellten Stab 7 befestigt, der an der Anode befestigt ist und in dem ausserdem die Gitterstützstäbe 8 angeordnet sind. Die Zuführungsdrähte 9 und 10 der Kathode, der Zuführungsdraht 11 des Gitters und der Zuführungsdraht 12 der Anode sind durch die Quetschstelle hindurch nach aussen geführt. Seitlich von der Quetschstelle ist ein Behälter 13 angeordnet, der ein wenig Magnesium enthält. Ferner ist ein Behälter 14 mit einer gewissen Menge von z. B. Bariumazid vorgesehen.
Nachdem die Elektroden in der Röhre angeordnet worden sind, wird die Röhre entlüftet ; dann werden die Elektroden durch Hochfrequenzerhitzung entgast und während dieses Vorganges oder nachher wird das Magnesium verdampft.
Ausserdem wird das Bariumazid während der Entlüftung auf eine solche Temperatur erhitzt, dass es in Barium und Stickstoff zersetzt wird, wobei der Stickstoff mittels der Pumpe entfernt wird und das Barium im Behälter 14 zurückbleibt.
Die Röhre wird dann abgeschmolzen, worauf das im Behälter 14 enthaltene Barium in der Röhre durch Hochfrequenzerhitzung verdampft wird. Dieses Barium bindet die letzten in der Röhre vorhandenen Gasreste, worauf eine für den Betrieb vollkommen geeignete Entladungsröhre erhalten werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf ein Verfahren zur Herstellung von Entladungsröhren der in der Figur dargestellten Gestalt beschränkt, es ist z. B. möglich, Entladungsröhren gemäss der Erfindung herzustellen, bei denen eine indirekt zu heizende Kathode benutzt wird oder bei denen die emittierende Schicht der Kathode nicht aus Bariumoxyd, sondern aus einem andern elektronenemittierenden Stoff besteht.
Die Erfindung ist ausserdem bei der Herstellung von elektrischen Entladungsröhren mit einem waagerecht oder schräg angeordneten Elektrodensystem anwendbar. Es ist ferner möglich, bei derartigen Röhren die Behälter für den zu verdampfenden Stoff an andern Stellen anzuordnen, als sie in der Zeichnung dargestellt sind.
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Method of manufacturing an electric discharge tube.
The invention relates to a method for producing an electrical discharge tube with a cathode which contains a highly electron-emitting substance.
It is already known to produce a cathode for electrical discharge tubes by applying a suspension of a strongly electron-emitting substance or a compound from which such a substance can be developed to a core. The suspension medium is then evaporated by heating, and any chemical conversion that may be required also usually takes place by heating.
The evaporation of the suspending agent and the formation of the emitting substance can take place during the venting of the discharge tube in which the cathode is arranged. After the production of the emitting layer, the gas residues are removed from the tube by evaporation of a small amount of magnesium that has been introduced into the tube.
Such a cathode can be manufactured, for example, as follows.
It is z. B. for a cathode to be heated directly from a wire made of refractory material, e.g. B. tungsten, assumed to be a suspension of a strongly electron-emitting substance, eg. B. of barium oxide is applied. This is usually done by passing the core wire through the suspension or splashing it with the suspension. Water, alcohol or amyl acetate can expediently be used as the suspension medium. After the suspension has been applied, during drying, e.g. B. in a carbonic acid atmosphere, the suspension medium evaporates, the wire formed in this way is then attached as a cathode together with one or more other electrodes in a discharge tube, whereupon the tube is vented.
During the venting process, the electrodes are degassed by high frequency heating and during or after venting and melting a small amount of magnesium is evaporated in the tube in order to bind the last remaining gas.
According to another method of manufacturing a cathode for electrical discharge tubes
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removed from the pump.
These manufacturing processes can of course also be used for cathodes that are to be heated indirectly.
The core for the electron-emitting layer is usually formed in this case by a cylinder suitably made of nickel.
It has been found that discharge tubes manufactured in the manner described above do not give satisfactory operating results in all cases. It turns out that many of these tubes have a very short life. After much experimentation, it has been found that these inconveniences are attributable to insufficient venting of the discharge tube. It has then been found that these inconveniences can be eliminated by evaporating a quantity of an alkaline earth metal (calcium, strontium, barium) after the suspension has been applied to the core and the cathode has been heated in the tube.
It has been found that these metals completely remove the gas residues present
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remove well and the evaporation of these metals after the production of the cathode described makes this production method a process which gives satisfactory results in all cases.
After the formation of the emitting layer, but before the evaporation of the metals mentioned, an amount of magnesium is evaporated in the tube. In this case, this magnesium removes a large part of the gas residues, while the gases not yet bound by the evaporating magnesium are removed by the evaporating alkaline earth metal.
The method according to the invention is carried out in most cases in such a way that the magnesium is evaporated during the pumping process, that is to say before the tube is melted, and the alkaline earth metal is evaporated after melting; However, it is also possible to evaporate both metals during the pumping process or to evaporate both substances after the tube has melted.
The use of barium, strontium and calcium as capture substances is known per se, as is the use of these substances to activate cathodes. As above. was discussed, the invention consists in the use of these capture substances in a discharge tube in which the emitting layer of the cathode is produced in the manner indicated. As a result of the use of these trapping materials, as has been found, the previously perceived phenomena in discharge tubes with a cathode manufactured in the manner described are avoided.
The processes involved in this are not entirely clear in detail. The applicant can therefore only make one attempt at explanation. Experiments by the applicant seem to show that the excellent effect of the two getter substances is based on the following:
If one uses an alkaline earth metal, e.g. B. barium, used as a getter, results from an experiment that the best getter effect is obtained when a rapid barium vaporization takes place, in particular through a gas atmosphere; the barium then has great activity, but is also deposited on undesired parts of the tube. Slow evaporation of the barium has the disadvantage that a much less active barium surface is created.
If, as in the case of the present invention, one proceeds in such a way that a small amount of magnesium is evaporated beforehand and then the barium slowly, the barium has an activity that is just as great as with rapid evaporation of this metal. In this respect, the use of these two getter metals together with a paste cathode, from which quite a large number of different gases are released, has considerable advantages.
In the drawing, a discharge tube according to the invention is shown, for example.
In the drawing, 1 denotes the wall of a tube within which an anode 3, a grid 4 and a cathode 5 are attached to a pinch point 2. The cathode consists e.g. B. from a back and forth bent wire made of refractory material, e.g. B. tungsten, to which a suspension of barium oxide in water has been applied according to one of the above-mentioned processes, whereupon the wire has been dried in a carbonic acid stream, the suspension medium being evaporated.
The cathode 5 is fastened by means of support hooks 6 to a rod 7 made of glass or another insulating material, which rod is fastened to the anode and in which the grid support rods 8 are also arranged. The lead wires 9 and 10 of the cathode, the lead wire 11 of the grid and the lead wire 12 of the anode are led to the outside through the pinch point. A container 13 containing a little magnesium is arranged to the side of the pinch point. Furthermore, a container 14 with a certain amount of z. B. Barium azide provided.
After the electrodes have been placed in the tube, the tube is vented; then the electrodes are degassed by high-frequency heating and the magnesium is evaporated during this process or afterwards.
In addition, the barium azide is heated during the venting to a temperature such that it is broken down into barium and nitrogen, the nitrogen being removed by means of the pump and the barium remaining in the container 14.
The tube is then melted off, whereupon the barium contained in the container 14 is vaporized in the tube by high-frequency heating. This barium binds the last remaining gas residues in the tube, whereupon a discharge tube perfectly suitable for operation can be obtained.
The invention is not limited to a method for producing discharge tubes of the shape shown in the figure; B. possible to produce discharge tubes according to the invention in which a cathode to be heated indirectly is used or in which the emitting layer of the cathode does not consist of barium oxide, but of another electron-emitting substance.
The invention can also be used in the manufacture of electrical discharge tubes with a horizontally or obliquely arranged electrode system. It is also possible in such tubes to arrange the containers for the substance to be vaporized at other locations than those shown in the drawing.