AT351645B - Erschuetterungs- und stosssichere kathode und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

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   Gegenstand der Erfindung ist eine in Elektronenröhren zur Verwendung gelangende Thoriumoxyd und/oder Uranoxyd enthaltende Wolframkathode, die in homogener und/oder inhomogener Verteilung z. B. ein oder mehrere Elemente von Sc, Yt, La (bzw. Lanthaniden) und/oder deren Oxyde enthält. Als An-   wendungsmög1ichkeit   der Erfindung wird der Werkstoff (das Material) der Kathode von Rundfunksenderöhren angegeben. Vor der Beschreibung der Einzelheiten der Erfindung soll kurz deren technischer Hintergrund bekanntgegeben werden, da dadurch zugleich auf die Vorteile der Erfindung hingewiesen wird. Bekanntlich werden die Kathoden von Hochleitungs-Rundfunksenderöhren im allgemeinen aus-auf dem üblichen pulvermetallurgischen Weg   hergestelltem - etwa 2% Th02   enthaltendem Wolfram gefertigt.

   Um eine gute Emission zu erreichen, wird die Oberfläche dieser Kathoden mit einer Karbidschicht versehen. 



  Infolge der auf der Oberfläche gebildeten Karbidschicht kommt es jedoch zu einer Verminderung der Schlag- und Biegefestigkeit des Kathodenwerkstoffes, der gegen Stösse und Erschütterungen empfindlich wird und leicht bricht. 



   Gemäss der allgemeinen Erfahrung gehören zu den wichtigsten Ursachen der Zerstörung von Senderöhren eben die durch die vorgenannten Gegebenheiten bedingten Kathodenbrüche. 



   In unseren Versuchen-die schliesslich zu der Erfindung   führten-wurde in   erster Linie die Beseitigung der Bruchanfälligkeit der Kathoden angestrebt. Dabei wurde festgestellt, dass in dem Fall, wenn man in das Material der bekannten   Th02-haltigen   Wolfram-Kathoden, sei es in homogener Verteilung oder nur auf die Oberfläche der Kathode in geringer Menge Y203 und/oder Metall in einer Konzentration von zirka 0, 01 bis 5   Gew.-%   zuführt, die Bildung der Karbidschicht auf der Oberfläche nicht nur überflüssig wird, sondern auch die Sprödheit des Materials nachlässt, der thoriumhaltige Wolframdraht seine Biegbarkeit behält, wobei seine Emissionsfähigkeit die der Werkstoffe mit karbidhaltiger Oberfläche erreicht.

   
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 gekennzeichnet, dass das Kathodenmaterial in homogener und/oder inhomogener Verteilung Scandium-,   Yttrium- oder Lanthanmetall oder -Oxyde,   wobei gegebenenfalls ein Teil des Lanthans durch Lanthanide ersetzbar ist, in einem Anteil von 0, 01 bis 5   Gew.-%,   bezogen auf die gesamte Kathode, als Zusatzstoffe enthält. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung einer Kathode ist dadurch gekennzeichnet, dass man auf die Oberfläche des Thoriumoxyd und/oder Uranoxyd enthaltenden Wolfram-Grundmaterials in an sich bekannter Weise, z. B. elektrophoretisch bzw. kataphoretisch den Zusatzstoff aufträgt und/oder das Grundmaterial zusammen mit dem Zusatzstoff in homogener Verteilung in an sich bekannter Weise pulvermetallurgisch verarbeitet. 



   Gemäss der Erfindung sind mehrere unterschiedliche Lösungen möglich. Man kann so vorgehen, dass man auf die Oberfläche der im Handel erhältlichen   Wolframkörper-z. B. Drähte-z. B.   elektrophoretisch eine Y203-Schicht aufträgt, bis die Konzentration von Y auf den gesamten Körper bezogen zirka 0, 01 bis 5% erreicht. Ein ebenso gutes Ergebnis bringt jedoch, wenn man das Yttrium oder Y203 mit dem Thoriumoxyd zusammen dem Grundmaterial des Wolframmetalls zuführt, d. h. eine homogene Th- und Y-Verteilung gemäss dem üblichen pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren herbeiführt. Es können sogar zwei verschiedene Zusammensetzungen erzielt werden. Auf dem bekannten pulvermetallurgischen Weg wird ein in homogener Verteilung Th-Y enthaltender Wolframkörper hergestellt und auf dessen Oberfläche wird dann die Y203-Schicht gebildet. 



   Demgemäss kann im Inneren des Wolframkörpers eine   Y-bzw. Y Og-Reserve   vorgesehen werden. 



   Gemäss einer weiteren Variante ist das bei der pulvermetallurgischen Herstellung von W verwendete Zusatzoxyd   Y203, dans   höchstens 10   Mol.-% ThO   enthält. Charakteristisch für das verwendete gemischte Oxyd ist, dass es einphasig und in einem regulären System kristallisiert. 



   Der Yttriumgehalt kann zum Teil oder vollständig auch durch Scandium (Sc) und/oder Lanthan (La) ersetzt werden, und Lanthan kann sogar zum Teil durch Elemente mit der Atomzahl 58 bis 71 des periodischen Systems (-Lanthanide-) ersetzt werden, wobei deren Verwendung mehr durch den hohen Handelspreis gehindert wird. 



   Auch die Form des Wolframkörpers spielt keine besondere Rolle, da dieser neben dem üblichen Draht auch die Form   z. B.   einer Platte usw. besitzen kann. Im Fall einer inhomogenen Zusammensetzung kann die Stärke des Überzuges bei den im allgemeinen verwendeten thoriumhaltigen Wolframdrähten mit   0   100 bis 

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 1500 p einen Wert von zirka 1 bis 100 p erreichen. Das Vorstehende soll durch Bekanntgabe einiger Ausführungsbeispiele eingehender erläutert werden. 



     Beispiel l :   Auf die aus thoriumhaltigem Wolfram-Grundmaterial hergestellte Kathode wird 
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2 Gew.-%Röhrenmontagearbeiten der Überzug nicht abblättert. Im Verlauf des Auspumpens der fertigmontierten Röhre ist zweckdienlicherweise der endgültige Einbau des Überzuges vorzunehmen. Dabei ist auf die Vakuumverhältnisse zu achten, da der Druck während des Pumpens unter    10-5 Torr   liegen muss. Die zweckdienliche Wärmebehandlungsreihenfolge ist im gegebenen Fall folgende : 
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   Inzwischen stellt sich auch die Emissionsfähigkeit ein, d. h. die Kathode wird aktiviert. 



   Zweckmässigerweise ist die Kathode während der Wärmebehandlung durch Stromentnahme zu belasten, im beispielsweisen Fall betrug die belastende Feldkraft 1000 V/cm. 



   Die nach diesem Verfahren angefertigte Kathode behält die ursprüngliche Biegbarkeit des thoriumhaltigen Wolframdrahtes. Nach dem Ausbau kann der Draht sogar bis zu einem Winkel von   180    ohne zu brechen gebogen werden. Bei gleichem geometrischem Aufbau beträgt die Vibrationsfestigkeit einer nach dieser Methode hergestellten Kathodenarmatur mindestens   1000 "g",   wogegen dieser Wert bei den üblichen Kathoden aus karbidisiertem Material nur   300 "g" beträgt.   



     Beispiel 2 :   Hier handelt es sich um die in Beispiel   l   beschriebene Lösung mit der Abweichung, dass der im Wolframmetall befindliche Thoriumoxydgehalt durch Uranoxyd ersetzt wird. 



     Beispiel 3 :   Es wird die bekannte und den üblichen Thoriumoxydgehalt aufweisende Wolfram-Kathode verwendet, in deren Material bei der Herstellung zirka 3% Sc203 eingebaut wurde ; dann wird die Kathodenoberfläche gemäss Beispiel 1 mit Sc203 überzogen. Das weitere stimmt mit dem beim Beispiel   l   beschriebenen überein. 



     Beispiel 4 : Hier   handelt es sich um die im Beispiel   l   beschriebene Ausführung mit der Abweichung, dass die durch eine Elektrophorese auf die Oberfläche der Kathode aufgetragene Schicht La beinhaltet und dass der durchschnittliche La-Gehalt des Körpers 0, 01 bis 5   Gew.-%   beträgt. 



     Beispiel 5 :   Hier handelt es sich um die im Beispiel 1 beschriebene Ausführung mit der Abweichung, dass die auf der Oberfläche der Kathode gebildete Schicht Yttriumoxyd enthält, wobei die Konzentration des gesamten   Yttriums-d. h.   des Oxyds und des Metalls - auf die gesamte Masse der Kathode gerechnet, 0, 01 bis 5   Gew.-%   ausmacht. 



   Zusammenfassend möchten wir kurz auf die wichtigsten Vorteile der Erfindung hinweisen. An erster Stelle ist zu betonen, dass die Karbidschicht und so der C-Gehalt der Kathode beseitigt wird, was in vakuumphysikalischer und in technologischer Hinsicht vorteilhaft ist. 



   Der die gewünschte Zusammensetzung aufweisende Werkstoff bzw. Körper kann nach einfachen und wohlbekannte Fertigungsverfahren (Pulvermetallurgie, Kataphorese usw. ) hergestellt werden. 



   Bei einer homogenen Verteilung der Zusatzstoffe gewährleistet eine Kathode ohne Reserve bei niedrigerer Betriebstemperatur eine normale Emission ; bei inhomogener Verteilung ist eine Kathode mit Reserve bei höherer Temperatur zu einer grösseren Emission fähig. 



   Die Konzentration der nützlichen Komponenten ist in einem verhältnismässig weiten Bereich (zwischen weiten Grenzen) wirksam, und dieser Umstand bedeutet eine Vereinfachung und Erleichterung in der Produktion. Schliesslich ist das Material der eine gute Emission aufweisenden Kathode elastisch und nicht spröd sowie gegen mechanische   Beanspruchungen - Erschütterungen   und   Stösse-widerstandsfähig   (tragbare Einrichtungen).

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE : 1. Erschütterungs- und stosssichere Kathode, vorzugsweise für Senderöhren, aus einem Thoriumoxyd und/oder Uranoxyd enthaltendem Wolfram-Grundmaterial mit Zusatzstoffen, dadurch ge- kennzeichnet,dass das Kathodenmaterial in homogener und/oder inhomogener Verteilung Scandium-, Yttrium- oder Lanthanmetall oder -Oxyde, wobei gegebenenfalls ein Teil des Lanthans durch Lanthanide ersetzbar ist, in einem Anteil von 0, 01 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die gesamte Kathode, als Zusatzstoffe enthält. EMI3.1 5 Atom-bzw. Mol.-% des Bestandteils aus der Gruppe der Scandium-, Yttrium-, oder Lanthanmetall oder - Oxyde durch ein Metall oder Oxyd aus der Gruppe der Lanthaniden ersetzt ist.

   4. Verfahren zur Herstellung einer Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch EMI3.2 tisch den Zusatzstoff aufträgt und/oder das Grundmaterial zusammen mit dem Zusatzstoff in homogener Verteilung in an sich bekannter Weise pulvermetallurgisch verarbeitet.