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Vorratskathode und Verfahren zu deren Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Vorratskathode, u. zw. insbesondere jenen Teil der Vorratskathode, welcher die Basis der aktiven Oberfläche bildet. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung von Vorratskathoden bzw. zur Behandlung der besagten Oberfläche.
Es ist bereits eine grosse Anzahl von verschiedenen Vorratskathoden bekannt. Das gemeinsame Kennzeichen dieser Kathoden besteht darin, dass die Hauptmenge des aktivierenden Stoffes in einem unter der aktiven Oberfläche vorgesehenen sogenannten Vorratsraum angeordnet ist und von dort im Laufe des Betriebes der Kathode auf die aktive Oberfläche der Kathode gelangt. Auf der aktiven Oberfläche der Kathode liegt eine Schicht des aktiven Stoffes von bloss molekularer bzw. atomarer Stärke. Zwischen der aktiven Oberfläche der Kathode und dem Vorratsraum ist entweder ein poröser Körper aus einem hochschmelzenden Metall oder ein Migrationsmantel oder ein anderes, den Nachschub förderndes Organ angeordnet.
Die Erfindung bezweckt die Verbesserung eines solchen, den Nachschub fördernden Organes, welches als gesinterter poröser Körper oder als Migrationsmantel od. dgl. ausgebildet ist. Die Erfindung besteht hiebei im wesentlichen darin, dass der über dem Vorratsraum liegende, eine Schicht molekularer bzw. atomarer Stärke des aktiven Stoffes an seiner dem Vorratsraum abgekehrten Oberfläche tragende Bauteil (Migrationsmantel, poröser Körper), mindestens an jenen Stellen, welche als emittierende Oberfläche dienen, unter Lösung der metallischen Oberfläche elektrolytisch poliert und gegebenenfalls chemisch und bzw. oder elektrochemisch gereinigt ist.
Hiedurch werden, wie aus Versuchen festgestellt werden konnte, nicht nur die Verunreinigungen der Oberflache entfernt, sondern zum Teil auch selbst die metallische
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man eine vollkommen glatte Kathodenoberfläche, welche für die Emissionseigenschaften und die Lebensdauer der Kathode von grossem Vorteil ist.
Es wurde nun bei Kathodenkernen von Oxydkathoden bereits eine chemische Reinigung oder auch eine elektrochemische Reinigung, z. B. ein elektrolytischer Poliervorgang vorgeschlagen. Bei derartigen Kathoden wird der metallische Kathodenkern bekanntlich durch eine ziemlich dicke Schicht von anhaftendem emittierendem Material umgeben. Die Emission der Kathode geht grösstenteils von der Oberflächenschicht dieses emittierenden Materials und nicht von der mit dem Kathodenkern in unmittelbarer Berührung stehenden Grenzschicht aus, die an der Emission der Kathode kaum beteiligt ist.
Bei solchen Kathoden wird durch die chemische oder elektrochemische Reinigung des Kathodenkernes ein besseres Haften des aktiven Materials am Kathodenkern und ein geringerer Übergangswiderstand zwischen dem Kathodenkern und dem aktiven Material, d. h. ein geringerer Querwiderstand der Kathode erreicht.
Bei Vorratskathoden wird hingegen die Porenoberfläche des porösen Körpers dieser Kathoden durch eine sehr dünne Schicht des aktiven Materials bedeckt. Die Grössenordnung der Stärke dieser Schicht ist atomar bis höchstens molekular. Die Emission der Kathode geht von dieser sehr dünnen Schicht aus, die demnach durch hohe stossweise Belastungen der Kathode leicht abgerissen werden kann. Solche hohe stossweise Belastungen kommen aber insbesondere bei Kathoden von Impulsröhren auch betriebsmässig vor.
Die durch die chemische Reinigung bedeutend verbesserte Adsorption des Bariums an der gereinigten Oberfläche erschwert diese unerwünschte Entfernung des aktiven Materials von der Porenoberfläche und führt daher zu einer bedeutend erhöhten Belastbarkeit der Kathode, d. h. zu einer wesentlich höheren zulässigen Spitzenemission.
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Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Vorratskathoden besteht im wesentlichen darin, dass der über dem Vorratsraum liegende, an seiner dem Vorratsraum abgekehrten Seite eine Schicht molekularer bzw. atomarer Stärke des aktiven Stoffes tragende Bauteil (Migrationsmantel, poröser Körper) vor dem Einbau in die Kathode mindestens an jenen Stellen, welche als emittierende Oberfläche dienen, unter Lösung der metallischen Oberfläche elektrolytisch poliert und gegebenenfalls chemisch und bzw.
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chen, ist das elektrolytische Polieren wegen der Glättung der Oberfläche von besonderem Vorteil.
Wenn die Kathode einen Migrationsmantel aufweist, so können die Elemente, also die Fäden oder Plättchen dieses Migrationsmantels, vor dem Aufbau des Mantels, chemisch und bzw. oder elektrochemisch gereinigt bzw. poliert werden. Die Bestandteile des Migrationsmantels, also die Drähte bzw. Fäden können in einfachster Weise bereits in der Form eines Drahtwickels, z. B. Wolframdrahtwickels gereinigt werden. Der auf diese Weise gereinigte Faden wird dann zum Anfertigen des Migrationsmantels verwendet, u. zw. entweder so, dass man diesen Faden auf das auf einen Kernkörper in Form einer Schicht aufgetragene aktive Material aufwickelt und auf diese Weise eine M-Kathode ausbildet oder aber man kann den Faden auch zerstückeln und aus diesen Stückchen eine N-Kathode herstellen.
Der Ausdruck "N-Kathode" bezeichnet eine mittelbar beheizte, vorteilhaft als Flachkathode ausgeführte Vorratsraumkathode, deren Vorratsraum an einer Seite durch einen aus Drahtstückchen bestehenden Migrationsmantel aus hochschmelzendem Metall abgeschlossen ist, dessen dem Vorratsraum abgekehlte Oberfläche gleichzeitig auch die aktive Fläche der Kathode bildet und dessen Stärke vorteilhaft von der Grössenordnung eines Zehntelmillimeters ist. Dieser Migrationsmantel ist ein aus Drahtstückchen filzartig aufgebauter poröser Körper, in welchem sich die Drahtstückchen, deren Länge vorteilhaft von der Grössenordnung eines Zehntelmillimeters und deren Durchmesser vorteilhaft von der Grössenordnung eines Mikrons ist, in ungeordnetem Zustand befinden.
Wird die Kathode mit einem porösen hochschmelzenden Körper, z. B. einem porösen Wolframkörper hergestellt, also eine sogenannte L-Kathode aufgebaut, so wird der poröse Körper vorteilhaft nachträglich auf chemischem Wege behandelt. Diese Behandlung kann z. B. mit energisch wirkenden oxydierenden Stoffen, z. B. Wasserstoffsuperoxyd, dadurch geschehen, dass man den ganzen porösen Körper in Wasserstoffsuperoxyd einbringt und in diesem stehen lässt, eventuell die Behandlung durch Erhitzen, z. B. Kochen energischer gestaltet.'Auch auf diese Weise erhält man einen vollständig reinen Stoff, in dem sowohl die Innenflächen der Poren, als auch die ganze Fläche des porösen Körpers eine hohe Reinheit aufweisen.
Man kann eventuell jenen Teil der Oberfläche des porösen Körpers, auf welchem der aktive Stoff in einer Schicht von molekularer oder atomarer Stärke liegt, noch nachträglich in an sich bekannter Weise elektrolytisch polieren. Der poröse Körper wird nach diesem Reinigungsprozess in die Kathode eingebaut.
Im Falle von Vorratskathoden anderer Konstruktion werden die sinngemäss entsprechenden Bauteile der Kathode auf die oben beschriebene Weise behandelt. Die Erfindung ist also nicht auf die angeführten Ausführungsbeispiele eingeschränkt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorratskathode, dadurch gekennzeichnet, dass der über dem Vorratsraum liegende, eine Schicht molekularer bzw. atomarer Stärke des aktiven Stoffes an seiner dem Vorratsraum abgekehrten Oberfläche tragende Bauteil (Migrationsmantel, poröser Körper) mindestens an jenen Stellen, welche als emittierende Oberfläche dienen, unter Lösung der metallischen Oberfläche elektrolytisch poliert und gegebenenfalls chemisch und bzw. oder elektrochemisch gereinigt ist.
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Supply cathode and process for their manufacture
The invention relates to a supply cathode, u. between that part of the supply cathode which forms the base of the active surface. The invention also relates to a method for producing supply cathodes or for treating said surface.
A large number of different supply cathodes are already known. The common characteristic of these cathodes is that the majority of the activating substance is arranged in a so-called storage space provided under the active surface and from there reaches the active surface of the cathode during operation of the cathode. On the active surface of the cathode lies a layer of the active substance which is only molecular or atomic in thickness. Between the active surface of the cathode and the storage space, either a porous body made of a refractory metal or a migration jacket or another organ that promotes replenishment is arranged.
The invention aims to improve such an organ which promotes replenishment and which is designed as a sintered porous body or as a migration jacket or the like. The invention essentially consists in the component (migration jacket, porous body) bearing a layer of molecular or atomic strength of the active substance on its surface facing away from the storage space, at least at those points which serve as the emitting surface , is electrolytically polished while dissolving the metallic surface and, if necessary, chemically and / or electrochemically cleaned.
Experiments have shown that not only are the impurities removed from the surface, but also the metallic ones themselves
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a completely smooth cathode surface, which is of great advantage for the emission properties and the service life of the cathode.
Chemical cleaning or electrochemical cleaning, for example, has now been used for the cathode cores of oxide cathodes. B. proposed an electrolytic polishing process. In such cathodes, the metallic cathode core is known to be surrounded by a fairly thick layer of adherent emissive material. The emission of the cathode emanates for the most part from the surface layer of this emitting material and not from the boundary layer which is in direct contact with the cathode core and which is hardly involved in the emission of the cathode.
In the case of such cathodes, chemical or electrochemical cleaning of the cathode core results in better adhesion of the active material to the cathode core and a lower contact resistance between the cathode core and the active material, i. H. a lower transverse resistance of the cathode is achieved.
With supply cathodes, however, the pore surface of the porous body of these cathodes is covered by a very thin layer of the active material. The order of magnitude of the thickness of this layer is atomic to at most molecular. The emission of the cathode emanates from this very thin layer, which can therefore be easily torn off by high intermittent loads on the cathode. Such high intermittent loads also occur during operation, particularly in the case of cathodes of pulse tubes.
The adsorption of the barium on the cleaned surface, which is significantly improved by the chemical cleaning, makes this undesired removal of the active material from the pore surface more difficult and therefore leads to a significantly increased loading capacity of the cathode, i.e. H. to a significantly higher permissible peak emission.
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The method according to the invention for the production of storage cathodes consists essentially in that the component (migration jacket, porous body) which is above the storage space and on its side facing away from the storage space carrying a layer of molecular or atomic strength of the active substance (migration jacket, porous body) prior to installation in the cathode at least at those points that serve as the emitting surface, electrolytically polished while dissolving the metallic surface and, if necessary, chemically and / or
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electrolytic polishing is particularly advantageous because of the smoothing of the surface.
If the cathode has a migration jacket, the elements, that is to say the threads or platelets of this migration jacket, can be chemically and / or electrochemically cleaned or polished before the jacket is built up. The components of the migration jacket, i.e. the wires or threads, can be in the simplest possible way already in the form of a wire coil, e.g. B. tungsten wire coils are cleaned. The thread cleaned in this way is then used to make the migration jacket, u. either in such a way that this thread is wound onto the active material applied to a core body in the form of a layer and in this way an M cathode is formed, or the thread can also be broken up and made into an N cathode from these pieces.
The term "N-cathode" denotes an indirectly heated storage space cathode, advantageously designed as a flat cathode, the storage space of which is closed off on one side by a migration jacket made of high-melting metal consisting of bits of wire, the surface of which is chamfered from the storage space and also forms the active surface of the cathode Thickness is advantageously of the order of a tenth of a millimeter. This migration jacket is a felt-like porous body made of pieces of wire in which the pieces of wire, whose length is advantageously of the order of a tenth of a millimeter and whose diameter is advantageously of the order of a micron, are in a disordered state.
If the cathode is covered with a porous refractory body, e.g. B. a porous tungsten body is made, so a so-called L-cathode is built, the porous body is advantageously subsequently treated chemically. This treatment can e.g. B. with energetic oxidizing substances such. B. hydrogen peroxide, done by introducing the whole porous body in hydrogen peroxide and leaving it to stand in this, possibly the treatment by heating, z. B. Cooking more energetic. In this way you also get a completely pure substance, in which both the inner surfaces of the pores and the entire surface of the porous body are of high purity.
That part of the surface of the porous body on which the active substance lies in a layer of molecular or atomic thickness can possibly be electrolytically polished subsequently in a manner known per se. After this cleaning process, the porous body is built into the cathode.
In the case of supply cathodes of a different construction, the corresponding components of the cathode are treated in the manner described above. The invention is therefore not restricted to the exemplary embodiments cited.
PATENT CLAIMS:
1. Storage cathode, characterized in that the component (migration jacket, porous body) bearing a layer of molecular or atomic strength of the active substance on its surface facing away from the storage space, located above the storage space, at least at those points which serve as emitting surface Solution of the metallic surface is electrolytically polished and optionally chemically and / or electrochemically cleaned.