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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorbereitung der Oberfläche des Trägers der Emissionsschicht von
Oxydkathoden für Elektronenröhren, um eine Erhöhung der Haftfähigkeit des Oxydüberzuges an indirekt geheizten Kathoden von Elektronenröhren zu erzielen.
An der Oberfläche der indirekt geheizten Kathoden von Elektronenröhren (im folgenden kurz : Kathoden) wird, wie bekannt, ein zweckmässig aus Erdalkalimetalloxyd bzw. -oxyden bestehender überzug für die
Elektronenemission ausgebildet. Diese sind die sogenannten Oxydkathoden. Die Träger für Oxydkathoden werden in verschiedenen Formen im allgemeinen aus in geringem Masse aktivierende Metalle (z. B. Mg, Zr, W) enthaltendem Nickel hergestellt. Das ist das sogenannte Träger- oder Kernmetall (reines Nickel ist nämlich als Träger- oder Kernmetall ungeeignet).
Die Emissions-Oxydschicht wird auf die Oberfläche des Träger- oder
Kernmetalls aufgetragen, indem aus den Karbonaten von Erdalkalimetallen eine auch Kollodium enthaltende
Suspension zubereitet und mit dieser Suspension in bekannter Weise, durch Aufsprühen, Elektrophorese,
Eintauchen bzw. der Träger überzogen und sodann getrocknet wird. Der Kollodiumzusatz dient zur Erhöhung der Haftfähigkeit von Karbonaten. Die so hergestellte Kathode emittiert jedoch selbstverständlich nicht. Die sogenannte Formierung der Kathode erfolgt erst nach Abschliessen des Vakuumraumes, im Laufe des Pumpens und der darauffolgenden Arbeitsvorgänge (Aging).
Der Zweck dieser Vorgänge besteht in der Umwandlung der
Erdalkalimetallkarbonate in Erdalkalimetalloxyde, um in dieser Weise die Kathode emissionsfähig zu machen.
Das Verfahren sowie die notwendigen Werkzeuge werden hier nicht ausführlicher beschrieben, da diese im
Fachbuch von Espe "Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik"in ihren Einzelheiten enthalten sind.
Naturgemäss brennt bei der Fertigstellung der Kathode auch das Kollodium aus, wodurch die Haftfähigkeit der emmittierenden Oxydschicht in grossem Masse herabgesetzt wird.
Durch die Erfindung soll ein Verfahren geschaffen werden, durch welches eine erhöhte und sichere
Haftfähigkeit der Oxydschicht gewährleistet wird.
Das Haften der Oxydschicht an den Kathodenflächen von Elektronenröhren ist nämlich sehr wichtig.
Zufolge von sich abblätternden Oxydteilchen wird das Ausmass der Emission in grossem Masse vermindert, was auch die Eigenschaften der Röhre unvorteilhaft beeinflusst. Leider wird das Haften der Oxydschichten im Laufe des Betriebes von Elektronenröhren durch mehrere Faktoren schädlich beeinflusst. Ohne hier auf alle einzeln einzugehen, wird nur auf die wichtigsten verwiesen.
Das Haften der Oxydschicht wird in grossem Masse geschwächt durch das Aufheizen (beim Einschalten) und Abkühlen (beim Ausschalten) der Elektronenröhren.
Da der Wärmeausdehnungskoeffizient des Träger- oder Kernmetalls und der Oxydschicht verschieden ist, wird durch die oft erfolgende grosse Temperaturänderung nach einiger Zeit das Abspalten des Oxyds vom Trägeroder Kernmetall hervorgerufen.
Ein weiterer, den selben Effekt erzeugender Umstand ist der ElektronenaufpralL In bei sehr hohen Frequenzen arbeitenden Elektronenröhren, wenn die Laufzeit der Elektronen im Verhältnis zur Periodendauer der Schwingungen nicht vernachlässigbar ist, prallen die an die Kathode zurückkehrenden Elektronen auf die Kathode auf.
Bei Gleichrichterröhren ist es eine bekannte Erscheinung, dass sich verdampfendes Barium teilweise an der Anodenfläche abscheidet und so in jener Phase der Periode, wenn die Anode negativ ist, der mit Barium bedeckte Teil als Kathode arbeitet und Elektronen emittiert, die auf die Kathode aufschlagen und eine schädliche Wirkung ausüben. Schliesslich ist noch das Auftreffen von Gasionen zu berücksichtigen. Dies kommt in gasgefüllten Elektronenröhren, in Gasentladungs-Lichtquellen oder z. B. im Falle der Ionisation von durch einen Herstellungsfehler in den Vakuumraum gelangtem Gas vor. Der Beschuss von Kathoden mit Gasionen ist hauptsächlich bei Bildröhren unangenehm, wo der Beschluss wegen der hohen Betriebsspannung die vollkommene Zerstörung der Kathode zur Folge haben kann.
In Anbetracht der obigen Ausführungen ist es verständlich, dass gegen den Kathodenbeschuss verschiedene Schutzmassnahmen ausgearbeitet wurden.
So wird z. B. bei einer Lösung vor der Kathode eine ebenfalls auf Kathodenpotential gelegte Elektrode angeordnet, die gegen die eigentliche Kathode fliegenden Elektronen auffängt.
Ein Nachteil dieser Massnahme liegt darin, dass diese Hilfselektrode auch die aus der Kathode austretenden Elektronen abstösst, wodurch das Ausmass der Emission geringer ist.
Bei einer andern Lösung wird der emittierenden Masse Metallpulver zugesetzt, dessen Wirkung nicht nur in einer Abschirmung, sondern auch in der Erhöhung der Haftfähigkeit liegt. Auch hier muss naturgemäss mit einer verminderten Emission gerechnet werden.
Bei einer weiteren Lösung wird die Trägeroberfläche durch Aufrauhen vergrössert, wodurch die Haftmöglichkeit der Emissionsschicht erhöht wird. Gemäss einer Ausführungsart wird die Trägeroberfläche mit Nickeloxydpulver überzogen und gegebenenfalls in reduzierender Atmosphäre geglüht. Es wird wiederholt eine Oberflächenvergrösserung erzielt.
Der wesentliche Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die aktivierenden Elemente des Trägers- oder Kernmetalls aus dieser Nickeloxyd- oder Nickelschicht fehlen und die Emissionsfähigkeit des überzuges wieder geringer ist, obzwar die Haftfähigkeit gut ist. Dem Nickeloxyd- oder metallischen Nickelpulver können in
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zuverlässiger Weise keine aktivierenden Metalle zugefügt werden. Diese Lösung könnte prinzipiell so verbessert werden, dass am Nickelpulver-Überzug das vorgeschriebene poröse Ausmass gesichert wäre. In diesem Falle würden die freien Teile des Träger- oder Kernmetalls über die Poren die notwendige Emission sichern. Diese prinzipielle Lösung kann jedoch versuchsweise mit der Anwendung von Nickel- oder Nickeloxydpulver kaum verwirklicht werden.
Die Erfindung bezweckt die Ausschaltung der oben beschriebenen Nachteile bzw. Schwierigkeiten. Die Zielsetzung der Erfindung besteht in der Herstellung einer eine bestimmte Flächenporosität besitzenden, mit Nickeloxydpulver überzogenen Trägeroberfläche, an der nicht nur die Emissionsschicht gut haftet, sondern auch ihre Emissionsfähigkeit gut ist. Es wird betont, dass der Erfindungsgedanke in der Aufgabenstellung und in der
Lösung überraschend ist, wobei technische Vorurteile von Fachleuten überwunden werden mussten und wobei auch die Wirkung nicht vorauszusehen war.
Das Oxydieren von Träger- oder Kernmetallflächen haben Fachleute bisher für gefährlich gehalten und verboten. Es wurde nämlich angenommen, dass der Aktivator, z. B. Magnesium, oxydiert und seine reduzierende Wirkung nicht ausüben kann.
Das Wesen des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass die zum Aufbringen der Emissionsschicht bestimmte Oberfläche des Trägers bis zu einer Tiefe von 600 bis 1300 A vorzugsweise durch Glühen an der Luft oxydiert und sodann auf diese oxydierte Trägeroberfläche in an sich bekannter Weise, z. B. mittels Elektrophorese, eine Nickelformiat-oder Nickeloxalatsuspension aufgetragen, diese getrocknet und in reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur von 700 bis 8000C geglüht und gemeinsam mit der eventuellen Nickeloxydschicht in eine poröse Nickelschicht umgewandelt wird, wonach die Kathodenoberfläche in bekannter Weise weiterbehandelt, d. h. mit einer Emissions-Oxydschicht überzogen, formiert usw. wird.
Eine 600 bis 1300 Ä starke Oxydschicht beschädigt noch nicht die Träger- oder Kernmetallaktivatoren, doch kann sie in den nachfolgenden Vorgängen ihre gewünschte Rolle erfüllen. Diese oxydierte Fläche wird mit einer Kollodium und Nickelformiat oder-oxalat enthaltenden, an sich bekannten Suspension in einem solchen Ausmasse überzogen, dass nach dem Glühen des Träger- oder Kernmetalls in einer bei 700 bis 8000C reduzierenden Atmosphäre sich darauf eine gleichmässige Schicht von etwa 20 bis 40 J. J. bildet. Während dieses Vorganges wird nicht nur aus Nickelformiat Nickel gebildet, sondern auch die Nickeloxydschicht des Trägeroder Kernmetalls wird zu Nickel reduziert. In dieser Weise wird in relativ einfacher Weise die Trägeroberfläche mit erwünschter Flächenporosität sichergestellt.
Es hat sich erwiesen, dass, falls das Oxydieren in einem bestimmten Ausmass erfolgt, ein vorteilhafter Kompromiss zwischen dem Schutz der Träger- oder Kernmetallaktivatoren und der Wechselwirkung (gutes Haften) des überzuges mit Nickelformiat erzielt werden kann. Ferner ist das Nickelformiat oder-oxalat eine Verbindung, mittels welcher nach dessen Zersetzung die bereits oben erwähnte Flächenporosität erzeugt werden kann.
Die weitere Bearbeitung der Kathode erfolgt bereits in der aus der Literatur bekannten Weise. Diese besteht aus den bereits beschriebenen Vorgängen, u. zw. Überziehen des mit Nickelpulver überzogenen Trägers mit den Karbonaten von Erdalkalimetallen, Anordnen der überzogenen Kathode in dem Kolben mit gleichzeitigem Glühen der Kathode, das Pumpen des Kolbens usw.
Die Haftfähigkeit des erfindungsgemäss hergestellten Kathodenüberzuges ist eine mehrfache des mit dem üblichen Verfahren hergestellten Überzuges, wobei auch sein Emissionsfähigkeitswert nicht geringer ist. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren kann also eine Kathode verlängerter Lebensdauer und verbesserter Eigenschaften hergestellt werden.