<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Herstellung einer imprägnierten Kathode für elektrische Entladungsröhren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer imprägnierten Kathode für elek- trische Entladungsröhren, bei dem ein poröser, hochschmelzender Metallkörper mit einem vorgeschmol- zenen Bariumaluminat imprägniert wird. Weiter betrifft die Erfindung eine nach diesem Verfahren her- gestellte Kathode.
Durch Imprägnieren eines porösen, hochschmelzenden Metallkörpers mit vorgeschmolzenem Barium- aluminat erhaltene imprägnierte Kathoden sind in hohem Masse vergiftungsbeständig und in einem verhältnismässig weiten Temperaturbereich verwendbar. Die Emission solcher Kathoden ist jedoch immerhin beträchtlich niedriger als die von Kathoden, bei denen ein Vorrat aktivierendes Material hinter dem porösen Emissionskörper in einer Vorratskammer untergebracht ist.
Wenn ein poröser, hochschmelzender Metallkörper mit einem vorgeschmolzenen Bariumaluminat, das ausserdem Calziumoxyd enthält, imprägniert wird, entsteht eine Kathode, die in bezug auf ihre
Emission etwa mit einer Vorratskammerkathode vergleichbar ist. Ein Nachteil besteht aber darin, dass die
Vergiftungsbeständigkeit einer solchen Kathode geringer ist als bei einer durch Imprägnieren mit vorgeschmolzenem Bariumaluminat ohne Calziumoxydzusatz erhaltenen Kathode. Auch ist die obere Tem- peraturgrenze. bei der die Kathode betrieben werden kann, niedriger, was namentlich bei Entladungsröhren, in denen die Kathode einer zusätzlichen Erwärmung durch Ionen-oder Elektronenbombardement ausgesetzt ist, einen Nachteil bildet.
Die vorliegende Erfindung zielt auf eine imprägnierte Kathode ab, welche die Vorzüge der beiden obengeschilderten Kathoden in sich vereinigt.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer imprägnierten Kathode für elektrische Entladungsröhren, bei dem ein poröser, hochschmelzender Metallkörper mit einem vorgeschmolzenen Bariumaluminat imprägniert wird, wird gemäss der Erfindung der poröse Körper wenigstens über einen Teil seiner Oberfläche karbonisiert oder mit einer Kohleschicht versehen und anschliessend durch die Karbid- oder die Kohleschicht hindurch mit dem Aluminat imprägniert, wonach die Karbid-oder Kohleschicht von der zur Emission bestimmten Oberfläche entfernt und der poröse Körper weiter zu einer Kathode verarbeitet wird.
Es hat sich gezeigt, dass die spezifische Emission einer mittels des Verfahrens nach der Erfindung hergestellten Kathode derjenigen von Kathoden entspricht, die mit einem vorgeschmolzenen Bariumaluminat mit Calziumoxydzusatz imprägniert sind, und die Vergiftungsbeständigkeit von mit Bariumaluminat imprägnierten Kathoden beibehalten wird. Auch kann die Kathode bei den gleichen hohen Temperaturen wie die bekannte Kathode ohne Calziumoxyd betrieben werden.
Die günstige Wirkung der Karbid-oder Kohleschicht, welche der imprägnierende Bestandteil vor Aufnahme in den porösen Metallkörper passieren muss, beruht vielleicht darauf, dass bestimmte, die Emission beeinträchtigende Bestandteile des Aluminats festgehalten oder in weniger schädliche Bestandteile umgesetzt werden.
Wenn beim Verfahren nach der Erfindung die Oberfläche nicht mit einer Kohleschicht versehen, sondern karbonisiert wird, wobei die Karbidschicht der nicht zur Emission bestimmten Teile nicht entfernt wird, so ergibt sich der Vorteil, dass diese Teile in der Tat eine sehr geringe Emission haben, was sonst bei imprägnierten Kathoden, Presskathoden und Vorratskammerkathoden manchmal Schwierigkeiten bereitet.
<Desc/Clms Page number 2>
Weil auch die nichtporösen Teile des Kathodengebildes infolge des aus dem porösen Körper austre- tenden Barium und Bariumoxyd bei den hohen Temperaturen oft eine bedeutende und störende Elektro- nenemission haben, kann es beim Verfahren nach der Erfindung vorteilhaft sein, bestimmte Teile des Ka- thodengebildes zugleich mit dem porösen Körper zu karbonisieren, so dass an der Oberfläche eine Karbidschicht entsteht. Meist bestehen die nichtporösen Teile des Kathodengebildes aus Molybdän, während der poröse Teil aus Wolfram, einer Wolfram-Molybdänlegierung oder einer Tantal-Molybdänlegierung besteht. Durch das Karbonisieren entsteht eine Wolframkarbid- oder Molybdänwolframkarbidschicht auf dem porösen Körper und Molybdänkarbid auf dem nichtporösen Kathodenteil.
Wenn diese Teile eine hinreichend hohe Temperatur haben, die zirka 9000 C beträgt, werden trotz ununterbrochener Barium- und Bariumoxydzufuhr zu diesen Teilen diese trotzdem keine bedeutende Elektronenemission aufweisen, weil bei der hohen Temperatur diese aktivierenden Stoffe nicht leicht an den Karbiden festhaften, also der Überziehungsgrad gering ist und infolgedessen die Emission niedrig sein wird. Entsprechend der etwaigen grösseren oder geringeren Zufuhr aktivierender Stoffe zu den nicht zur Emission bestimmten Teilen, die karbonisiert sind, ist die Temperatur dieser Teile über 9500 C zu wählen bzw. kann sie niedriger als 8500 C oder sogar 8000 C sein.
Das Karbonisieren der Kathodenteile kann nach der Erfindung dadurch erfolgen, dass diese in Kohleoder Graphitpulver eingebettet und in Wasserstoff etwa 5 min auf 15000 C erhitzt werden, so dass eine 10-4CJsl starke Karbidschicht entsteht. Die Behandlung ist nicht sehr kritisch. Es ist z. B. möglich, die Temperatur von 14000 C bis 17000 C und die Zeitdauer von 5 bis 15 min abzuwandeln. Es soll aber dafür gesorgt werden, dass die Karbidschicht für den Fall, dass sie Emission verhüten muss, nicht zu dünn ist, weil sonst durch vorhandene Restgas Dekarbonisierung auftreten kann. Die zur Emission bestimmten Teile des porösen Körpers können gegen Karbonisieren dadurch geschützt werden, dass sie mit Lehren abgedeckt werden, oder das Karbid kann durch eine mechanische Bearbeitung, z. B.
Abdrehen mittels eines Meissels mit einer Diamantspitze oder durch Sandstrahlen, von dem betreffenden Oberflächenteil entfernt werden.
Auch ist es möglich einen porösen Körper dadurch aufzubauen, dass karbonisierte und nichtkarbonisierte Teile zusammengeschweisst werden. Weiter kann eineKarbidschicht auf die Oberfläche aufgespritzt oder gestrichen werden, die z. B. festgesintert wird. Auch kann der poröse Körper in einer Kohlenwasserstoffatmosphäre, wie z. B. in Naphthalindampf, erhitzt werden.
Wenn zum Imprägnieren keine Karbidschicht sondern eine Kohleschicht verwendet wird, kann eine Kohle- oder Graphitpulverschicht oder eine Verbindung, die sich bei Erhitzung zu Kohle zersetzt, wie z. B. Zucker, auf den Kathodenkörper aufgebracht werden. Diese Kohleschichten können nach dem Imprägniervorgang abgebürstet werden. Um Karbonisierung der Oberfläche und infolgedessen eine geringere Emission zu verhüten, kann vor dem Auftragen der Kohleschicht, eine Wolframpulverschicht aufgebracht werden, die mitsamt der Kohleschicht nach dem Imprägniervorgang entfernt wird. Auch kann der Körper abgedreht oder abwechselnd in einer reduzierenden und in einer oxydierenden Atmosphäre erhitzt werden.
Es ist bereits bekannt, auf einem Kathodenträger aus Nickel, Platin od. dgl. Metall Kohlenstoff anzuordnen und danach ein Erdalkalioxyd, worauf durch Erhitzung Erdalkalikarbid gebildet wird. Hier werden die Emissionseigenschaften der Erdalkalikarbide ausgenützt.
Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Die Fig. l, 2 und 3 zeigen eine Anzahl von Herstellungsstufen einer Kathode nach der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein Umdrehungskörper aus porösem Wolfram, dessen Dichte 83% der maximalen Dichte beträgt, mit 10 bezeichnet. Ein kleiner Hohlzylinder 11 aus Molybdän ruht auf dem Körper 10, so dass ein kreisförmiger Streifen 12 vom Körper 11 bedeckt wird. Die beiden Körper sind mit Kohle- oder Graphitpulver 13 umgeben, wobei die ganze Aussenfläche des Körpers 10, ausgenommen der Streifen 12, mit dem Kohle-oder Graphitpulver in Berührung ist. Das Ganze wird in Wasserstoff 5 min auf 1500 C (Pyrometertemperatur) erhitzt. Bei dieser Erhitzung bildet sich an der Aussenfläche des Körpers 10 eine Wolframkarbidschicht mit einer Stärke von zirka 20 Mikron, ausgenommen am Streifen 12, von dem lediglich die Aussenränder ein wenig mitkarbonisiert werden. Bei der Bemessung des Körpers 11 sind diese Ränder in Betracht zu ziehen.
Der nach dieser Bearbeitung erhaltene Körper ist in Fig. 2 dargestellt, wo die Karbidschicht mit 15 bezeichnet ist.
In Fig. 2 ist mit 16 eine dünne Schicht vorgeschmolzenes Bariumaluminat bezeichnet, bei der das Verhältnis zwischen dem Bariumoxyd und dem Aluminiumoxyd 5 BaO : 2A] Og ist. Die Schicht 16 kann am Träger festgeschmolzen oder als Pulver aufgestrichen sein. Das aus der Aluminatschicht und dem karbonisierten Wolframkörper bestehende Ganze wird anschliessend auf eine Temperatur von 17000 C in einer nichtoxydierenden Atmosphäre erhitzt, wobei das Bariumaluminat schmilzt und durch Kapillarwirkung in die Poren des Körpers 10, durch die Karbidschicht 15 hindurch, eindringt.
<Desc/Clms Page number 3>
Fig. 3 zeigt den in einem Molybdänzylinder 17 mit einem Heizfaden 18 montierten Kathodenkörper 10. Das hohlzylindrische Bündel, das nach der Montage der Kathode in einer Entladungsröhre mit einem geeigneten Elektronenstrahlsystem aus der Kathode entsteht, ist schematisch mit T9 bezeichnet. Die mit 15 bezeichneten Teile der karbonisierten Oberfläche emittieren nicht, während die Teile 12 bei einer Temperatur von 9500 C oder höher eine hohe Emission aufweisen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer imprägnierten Kathode für elektrische Entladungsröhren, bei dem ein poröser, hochschmelzender Metallkörper (10) mit einem vorgeschmolzenen Bariumaluminat imprägniert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Körper mindestens über einen Teil seiner Oberfläche karbonisiert oder mit einer Kohleschicht (15) versehen wird, und anschliessend durch die Karbid- oder die Kohleschicht (15) hindurch mit dem Aluminat imprägniert wird, wonach die Karbid- oder Kohleschicht von der zur Emission bestimmten Oberfläche (12) entfernt und der poröse Körper weiter zu einer Kathode verarbeitet wird.