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Elektronen aussendende Elektrode für elektrische Entladungsröhren und Verfahren zu ihrer Herstellung
Elektronen aussendende Elektroden für elektrische Entladungsröhren bestehen gewöhnlich aus einem metallischen, z. B. aus Wolfram, Nickel oder ähnlichem Material hergestellten Tragkörper, auf den eine im wesentlichen aus Oxyden bestehende, Elektronen leicht aussendende Schicht aufgebracht ist. Der Tragkörper ist meist direkt oder indirekt heizbar.
Daneben ist es bekannt, diesen Oxydschichten noch eine gewisse Metallmenge zuzusetzen. Auch ist schon eine, für eine gas-oder dampfgefüllte Entladungsröhre bestimmte, Elektronen aussendende Elektrode beschrieben worden, die aus einem Tragkörper besteht, auf dem sich ein oder mehrere mit einer grösseren Gewichtsmenge eines hochschmelzenden Metalles, etwa Wolframs, gemischte Oxyde befinden.
Ferner sind Emissions-Elektroden bekannt, bei denen Oxyde, gegebenenfalls unter Zusatz einer geringen Metallmenge, in Form selbständiger Körper gepresst und gesintert und darauf an der Aussenseite mit einem Leiter umgeben werden und das so erhaltene Gefüge als Kathode wirksam ist. Solche Elektroden werden in gas-oder dampfgefüllten Entladungsröhren verwendet.
Auch hatte man vorgeschlagen, Gemische leitender Stoffe und emittierender, nichtleitender Oxyde zu verwenden, wobei die Oxydmenge gering im Verhältnis zu dem in der Masse vorhandenen leitenden Stoff war ; diese Mischungen werden gepresst und gesintert und darauf entweder als solche als Kathode verwendet oder erst nachdem sie zu kleinerem Durchmesser ausgezogen worden sind. Ein bekanntes Beispiel einer solchen Kathode ist die sogenannte Wolframthoriumkathode, die aus einem Wolframdraht mit Thoriumoxydzusatz besteht, wobei die hohe Emissionsfähigkeit darauf beruht, dass sich während der Formierung eine äusserst kleine Thoriummenge bildet.
Alle die erwähnten Elektronen aussendenden Elektroden weisen Nachteile auf, unter anderen auch den, dass ihr Anwendungsbereich beschränkt ist. Wenn man nämlich Mischungen verwendet, in denen eine im Verhältnis zum leitenden Bestandteil, etwa Wolfram oder Nickel, geringe Menge emittierenden Oxyds vorhanden ist, ist die Emission verhältnismässig gering. Setzt man mehr emittierendes Oxyd zu, so können gezogene Kathoden nicht mehr hergestellt werden, während im Falle der Anwesenheit verhältnishoher Prozentsätze von Alkali-oder Erdalkalimetalloxyd auch nichtgezogene Kathoden besonders für gas-oder dampfgefüllte Entladungsröhren unbrauchbar sind, da dieses Oxyd zu schnell aus der Masse verschwindet und die Lebensdauer dieser Röhren erheblich verkürzt oder die Anwendungsmöglichkeit verringert.
Würde man als solches ein weniger schnell verschwindendes Oxyd, wie z. B. Thoriumoxyd, wählen, so tritt der Nachteil auf, dass die Elektrode eine zu geringe Leitfähigkeit erhält, was zur Folge hat, dass die Masse nicht mehr als selbständige Kathode brauchbar ist, sondern entweder an der Innen-oder an der Aussenseite mit einem zusätzlichen leitenden Körper versehen werden muss.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, eine Kathode mit einem sehr weiten Anwendungsbereich zu schaffen, die gute Emissionsfähigkeit mit genügender Leitfähigkeit und ausreichender Lebensdauer verbindet. Diese Aufgabe ist schwierig, da sich die geforderten Eigenschaften teilweise widersprechen, jedoch ergibt die erfindungsgemässe Lösung trotz dieser Gegensätzlichkeit überraschend gute Werte für alle drei Forderungen und gestattet ausserdem eine einfache und leicht reproduzierbare Herstellung.
Im Sinne der Erfindung besteht der Emissionsstoff, aus dem die Elektrode gebildet ist oder mit dem sie überzogen ist, aus einem innigen Gemenge von drei fein pulverisierten Stoffgruppen a, bund c. Hiebei sind unter Gruppe a die Elemente Wolfram und Molybdän, unter Gruppe b die Elemente Thorium, Tantal, Hafnium, Zirkon und Niob und unter Gruppe c die Oxyde von Barium, Calcium und Strontium verstanden.
Es ist nicht erforderlich, dass alle die erwähnten Komponenten vorhanden sind, aber von jeder Gruppe muss mindestens ein Repräsentant in dem Gemenge enthalten sein und ausserdem ist zu beachten, dass der Anteil der Gruppe b zwischen l und 35 Gew.-% und der der Gruppe c zwischen 5 und 35 Gew.-%
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liegen soll, während der Rest aus einem oder beiden Elementen der Gruppe a gebildet wird. Wenngleich bereits brauchbare Ergebnisse erzielt werden, wenn die Gruppe b mit nur l Gew. -o vertreten ist, ergibt sich bei Erhöhung dieses Prozentsatzes eine namhafte Verbesserung. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wählt man den Anteil der Gruppe b grösser als 10%, noch besser grösser als 20%.
Ein besonders bewährtes Gemenge entspricht der Zusammensetzung von
EMI2.1
Teilen Bariumoxyd, Strontiumoxyd und Calcium- oxyd. Weiters hat es sich als vorteilhaft erwiesen, als emittierenden Stoff ausserdem noch Thorium- oxyd zuzusetzen. Eine gute Mischung ist auch : 10% Thoriumoxyd, 10% Tantal, 10% Barium- und Calciumoxyd, 15% Hafnium, 5% Zirkon,
Rest Wolfram oder Molybdän.
Elektronen aussendende Elektroden nach der
Erfindung bieten eine grosse Anzahl von Möglich- keiten. Es ist z. B. die gleiche Mischung als
Schicht auf einem leitenden Kern verwendbar, entweder für eine direkt oder für eine indirekt heizbare Kathode, oder es kann auch durch
Pressen und Sintern des Pulvergemisches ein
Körper hergestellt werden, der ohne Benutzung von ihn umgebenden Leitern als Kathode wirken kann. Hiebei ergibt sich stets eine genügende
Lebensdauer und eine sehr gute Emission.
Dieses günstige Ergebnis ist daraus erklärlich, dass einerseits eine verhältnismässig geringe Oxydmenge vorhanden ist, bei der auch im Falle der Verwendung eines Alkali-oder Erdalkalioxydes eine geringe Verdampfung und somit eine geringe Verringerung der Emission stattfindet, während andererseits die Leitfähigkeit hinreichend bleibt und sich auch eine gute Emission ergibt, da die metallischen Komponenten der Gruppe b gut emittierende Stoffe sind und somit sowohl die Emission fördern als auch die Leitfähigkeit auf genügender Höhe halten und die Verdampfungsmöglichkeit auf ein Mindestmass beschränken. Letzteres wird auch dadurch erreicht, dass in der Mischung die Metalle der Gruppe a mit einem Schmelzpunkt über 1550 C in hinreichendem Masse vorhanden sind.
Es ist empfehlenswert, für die gut emittierenden metallischen Komponenten der Gruppe b ein Metall mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B.
Thorium, zu wählen.
Da eine Kathode nach der Erfindung sich besonders gut dazu eignet, in Form einer gepressten und gesinterten Kathode verwendet zu werden, ist sie von besonderer Bedeutung für gas-oder dampfgefüllte Entladungsröhren, wie z. B. Hochdruckquecksilberdampfentladungsröhren. Diese Elektronen emittierenden Elektroden brauchen nur auf oder in einem Halter angebracht zu werden und sind dann als Kathode wirksam.
Das Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach der Erfindung ist etwas verschieden, je nachdem das Gemisch der Stoffe als solches, also in gepresster und gesinterter und gegebenen- falls gezogener Form, als Elektronen emittierende Elektrode wirksam sein soll, oder als Schicht auf einem leitenden Tragkörper verwendet wird.
In beiden Fällen werden die Ausgangsstoffe in Pulverform miteinander gemischt ; dieses Pulver wird dann mit einem Bindemittel versehen und die so erhaltene Paste wird entweder in eine bestimmte Form gepresst und gesintert oder als solche auf einen leitenden Kern aufgebracht.
Im ersteren Falle wirkt das Stoff gemisch als Kathode, im zweiten Falle wird die Kathode von dem Kernkörper mit dem beschriebenen Stoffgemisch als emittierende Schicht gebildet.
Die Erfindung ist an Hand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert, in denen Verfahren zur Herstellung einer Elektronen aussendenden Elektrode gemäss der Erfindung beschrieben werden.
Beispiel l : Ausgegangen wird von einempulver- förmigen Gemischaus 75gWolframpulver und 25g Thoriumpulver. 90 g des so erhaltenen Pulvers wird mit 10 g eines Gemisches aus Barium, Strontium und Calciumcarbonat gemischt. Das erhaltene Pulver wird in Form einer Paste mittels eines Binders angemacht, der beispielsweise aus einer 10% igen Lösung von Nitrocellulose in Aethylglykol besteht.
Diese Paste wird durch eine Öffnung gepresst, so dass sich Zylinderchen mit einem Querschnitt von 2 mm und einer Länge von 3 bis 4 mm ergeben. Diese Zylinderchen werden auf einem Draht von 500 li gesteckt, der auch als Stromzuführungsdraht für die herzustellende Gasentladungsröhre dient.
Beispiel 2 : Ein trockenes pulverförmiges Gemisch aus 80 g Wolframpulver, 20 g Thoriumpulver und 18g Gemisch aus Barium, Strontium und Calciumcarbonat wird mit 45 cm3 Butylacetat angemengt, in dem 1. 8% Nitrocellulose gelöst ist. Das Ganze wird 24 Stunden in einer Kugelmühle gemahlen.
In diesen Brei wird nun ein Kathodenkern, der beispielsweise aus einem geraden Wolframdrähtchen bestehen kann, um das herum eine Wolframschraube gewickelt ist, eingetaucht, wodurch die Emissionsmasse auf diesen Kathodenkern aufgebracht wird. Nach Trocknen wird diese Behandlung noch zwei bis dreimal auf die gleiche Weise wiederholt, worauf die so erhaltene Kathode bei hoher Temperatur gesintert und in die Lampe eingeschmolzen wird.
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