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Verfahren zur Herstellung von Oxydkathoden.
Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung der unter dem Namen"Oxydkathoden"bekannten
Elektroden für Entladeröhren, wie z. B. Sende-oder Empfangslampen für drahtlose Telegraphie, Tele- phonie und ähnliche Zwecke, Röntgenröhren und Gleichrichter. Die bisher bekannten Elektroden dieser
Gattung bestehen aus einem Körper, z. B. aus Platin, der mit einer Schicht gewisser Metalloxyde überzogen ist, die bei einer Erhöhung der Temperatur eine sehr starke Elektronenemission aufweisen. Zweckmässig werden für die wirksame Schicht Erdalkalioxyde verwendet.
Der Herstellung und der praktischen Verwendung dieser zum erstenmal von Wehnelt beschriebenen Elektroden setzten sich mehrere Schwierigkeiten entgegen. So war das Abfallen der Oxydschicht, die nichtkonstante Wirkung der Elektrode infolge ungleichmässigen Erwärmens der Schicht, das Verschwinden des Oxyds störend und auch der hohe Ohmsche Widerstand der wirksamen Schicht ist als eine nachteilige Eigenschaft zu erwähnen.
Man hat bereits verschiedene Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften der Oxydschicht vorgeschlagen. So hat man z. B. angeregt, die Schicht mit edlen Metallen zu versetzen ; auch ist es bekannt, die Schicht auf einem aus einer Legierung von Platin und Nickel bestehenden Kern anzubringen.
Gemäss dem Verfahren nach der Erfindung wird nicht eine Oxydkathode hergestellt, bei der sich eine mehr oder weniger starke Schicht der wirksamen Oxyde auf einem Metallkern befindet, sondern eine Oxydkathode, bei der das wirksame Material in das Ausgangsmaterial der Elektrode aufgenommen wird. Das Verfahren nach der Erfindung ist einfacher als die bisher gebräuchlichen und behebt mehrere der vorgenannten Schwierigkeiten.
Bei der Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung wird auf einem Körper, der mindestens an der Oberfläche aus einem Metall oder einer Metallegierung besteht, die sich mit den Erdalkalimetallen legieren lassen, eine dünne Schicht eines oder mehrerer Erdalkalimetalle angebracht, sodann wird der Körper in einer nichtoxydierenden Umgebung, somit in einem Vakuum oder in einer neutralen oder redu- zierenden Atmosphäre, derart erhitzt, dass das Erdalkalimetall mit dem Material des Körpers eine Legierung bildet, worauf der Körper einem Oxydationsprozess unterworfen wird.
In manchen Fällen kann es gemäss der Erfindung erwünscht sein, den Körper zunächst an der Oberfläche porös zu machen.
Wo in der vorliegenden Beschreibung von "legieren" gesprochen wird, soll darunter auch das Aufnehmen eines Metalles in flüssigem Zustande von einem anderen Metall, was zur Folge hat, dass das erste Metall sehr fein unter die Teilchen des zweiten Metalles verteilt wird, verstanden werden, z. B. wenn ein Metallkörper porös ist, so kann er gewisse andere Metalle in flüssigem Zustande aufsaugen".
Metalle oder Metallegierungen, die sich mit den Erdalkalimetallen legieren lassen, sind z. B. Platin, Palladium, Nickel und Kupfer sowie deren Legierungen. Diese Stoffe eignen sich auch sonst gut zum Zwecke der Erfindung, da sie leicht in jede beliebige Form gebracht werden können und bei der Temperatur, die sie im Betrieb annehmen (z. B. 700 -1000 C) nicht schmelzen oder weich werden. Es ist einleuchtend, dass man im allgemeinen den ganzen als Elektrode dienenden Körper aus diesen Metallen anfertigen wird ; man kann aber gewünschtenfalls auch die genannten Metalle auf einem Kern eines anderen Metalls anbringen.
Auf dem Körper, der z. B. vorher in die Form gebracht worden ist, die er als Elektrode haben muss, wird eine dünne Schicht eines oder mehrerer Erdalkalimetalle auf der Oberfläche angebracht. Dies kann
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fläche aus einer Legierung eines oder mehrerer Erdalkalimetalle mit einem oder mehreren Metallen, wie
Kupfer, Nickel, Platin, besteht, wobei wenigstens ein Teil des Erdalkalimetalls oxydiert ist.
Die gemäss der Erfindung hergestellte Elektrode unterscheidet sich dadurch von den bisher üblichen Oxydkathoden, dass nicht eine Schicht des wirksamen Stoffes an die Kathode herum angebracht ist, sondern dass dieser wirksame Stoff sehr fein zwischen dem Material oder Oberfläche der Elektrode verteilt ist, wodurch letztere ein metallisches Aussehen hat.
Es ist denn auch einleuchtend, dass die Elektrode nach der Erfindung nicht nur wesentlich leichter herzustellen ist als die bekannten Oxydkathoden, sondern dass sie auch für den Betrieb erhebliche Vorteile bietet. Es ist nunmehr ausgeschlossen, dass die Schicht abfallen oder einen grossen Ohmschen Widerstand in dem Kreis verursachen kann. Die Elektrode weist eine gleichmässige Wirkung und eine lange Lebensdauer auf.
In gewissen Fällen kann es empfehlenswert sein, den für die Herstellung der Elektroden nach der Erfindung benutzten Körper vorher an der Oberfläche porös zu machen, was den Vorteil ergibt, dass das Legieren leichter und schneller erfolgt. Hiezu kann man gemäss der Erfindung z. B. folgendermassen vorgehen :
Der zu behandelnde Körper, z. B. Platin, wird in geeigneter Weise mit einer Schicht eines Metalles oder einer Legierung überzogen, die sich mit dem metallischen Material des Körpers legieren können, wie im Falle des Platins, z. B. Kupfer, und dann derart erhitzt, dass sich das Metall oder die Legierung mit dem Material des Körpers an der Oberfläche zunächst legiert und darauf verdampft, so dass kleine Öffnungen im Körper zurückbleiben. Auch kann man eine poröse Schicht dadurch erhalten, dass man z. B.
Platin elektrolytisch auf einem Kern aus Platin oder einem anderen geeigneten Metall ausfällt.
Die Elektrode nach der Erfindung kann entweder an ihrer ganzen Oberfläche oder an einem Teil derselben dem Verfahren nach der Erfindung unterworfen werden und ist in mancher bekannten Weise anwendbar.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt. Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines mit einer Oxydkathode nach der Erfindung versehenen Gleich-
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Mit der Glashülle 1 sind die Glasfüsse 5 und 8 luftdicht verschmolzen. Innerhalb der Glashülle befinden sich einander gegenüber eine aus einer gemäss dem Verfahren der Erfindung behandelten Spirale, z. B. aus Platin oder Nickel bestehende Oxydkathode. 3, und eine Anode 2, z. B. aus Kupfer. Die Anode 2
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wird von einem luftdicht in den Fuss 5 eingeschmolzenen Stützdraht 4 und die Kathode J von den in den Fuss 8 eingeschmolzenen Stromzuführungsdrähten 6 und 7 getragen. Die Röhre 1 ist mit einem geeigneten Gase, z. B. Edelgas wie Argon, oder einer Mischung von Edelgasen gefüllt.
Der Gasdruck beträgt ungefähr 3 cm Quecksilbersäule.
Gemäss der Zeichnung ist der Gleichrichter in bekannter Weise in ein Wechselstromnetz geschaltet, wobei durch einen zweipoligen Schalter das Netz mit der Kathode 3 und einer der Pole über eine aufzuladende Batterie 12 und einen Regelungswiderstand 13 mit der Anode 2 verbunden werden kann. Mittels des Regelungswiderstandes 14 kann die Intensität des zum Erhitzen der Kathode 3 dienenden Stromes
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Form angenommen hat, wird S geöffnet, worauf die Oxydkathode unter Einfluss der Entladung, die an der Kathode den Charakter einer Bogenentladung hat, auf der erforderlichen Glühtemperatur (etwa 700 -1000 C) bleibt. Eine Röhre wie die in den Figuren dargestellte kann an einen Wechselstromkreis niedriger Spannung (z.
B. 220 Volt) angeschlossen werden und es hat sich bei einer bestimmten Röhre ergeben, dass der Strom zwischen O''l und 1 Ampere schwanken kann, ohne dass die Entladung unsicher wird. Es ist einleuchtend, dass man auch Entladeröhren für höhere Kapazität herstellen kann.
Im nachfolgenden soll noch ein gewisses, in den Fig. 1 und 2 erläutertes Herstellungsverfahren beschrieben werden.
Ein Draht, z. B. aus Nickel, wird in die in Fig. 2 dargestellte Form gebogen und mit einer Bariumazidschicht überzogen. Der auf diese Weise erhaltene Körper wird in einer Glashülle, wie in Fig. 1 dargestellt, angebracht, in die auch die Anode 2 eingeschmolzen wird. Die Glashülle 1 wird nun durch Vermittlung eines mit einem luftdicht abschliessenden Hahn 11 versehenen Rohres 10, das später abgeschmolzen wird, entlüftet. Ist ein genügend hohes Vakuum erzielt, so wird die Elektrode 3 durch einen elektrischen Strom auf eine so hohe Temperatur gebracht, dass das Bariumazid in Stickstoff und Barium zersetzt wird. Bei dieser Behandlung lässt man die Anode spannungslos. Um den Stickstoff und gegebenenfalls andere Gase zu beseitigen, kann man gewünschtenfalls während des Erhitzens der Elektrode fortwährend pumpen.
Das Erhitzen der Elektrode wird so weit fortgesetzt, bis das Barium schmilzt und sich mit dem Nickel der Elektrode legiert. Dieses Erhitzen ist in der sehr kurzen Zeit höchstens einiger Minuten beendet. Sodann führt man zur Oxydation von wenigstens einem Teil des Bariums der Elektrode 3 durch das Rohr 10 trockene Luft ein. Nachdem die Elektrode auf diese Weise, z. B. während einiger Minuten, einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt gewesen ist, wird die Röhre von neuem entlüftet.
Die Elektrode 3 ist nun fertiggestellt. Die Röhre 4 wird mit einem geeigneten Gas, z. B. Argon, mit einem Druck z. B. von etwa 3 cm gefüllt und eine Entladung durch das Gas herbeigeführt, wobei die Elektrode. 3 als Kathode geschaltet ist. Eine Schalteinrichtung wie in Fig. 1 dargestellt kann dabei benutzt werden. Es ist einleuchtend, dass man in diesem Falle die Batterie 12 auch durch einen Widerstand geeigneter Grösse ersetzen kann. Die gegebenenfalls noch im Anfang frei werdenden Gase werden beseitigt, indem die Röhre wieder entlüftet, darauf aufs neue mit Argon gefüllt und von dem Rohr 10 abgeschmolzen wird.
Die gemäss der Erfindung hergestellte Elektrode eignet sich auch vorzüglich zur Verwendung in Gleichrichtern mit eingeschlossener Bogenentladung zwischen feststehenden Elektroden in einer Edelgasatmosphäre, wobei eine bei normaler Netzspannung auftretende Glimmentladung zwecks Herbeiführung der Bogenentladung benutzt und die Kathode durch die Entladung auf Glühtemperatur gehalten wird, während die Anode auf verhältnismässig niedriger Temperatur bleibt.
Die bisher bekannten Oxydkathoden sind infolge des von der Oxydschicht in kaltem Zustande in den Kreis hineingebrachten hohen Ohmschen Widerstandes für diesen Zweck weniger geeignet, während ein solcher Widerstand bei der Elektrode nach der Erfindung ganz fehlt.
Ein gemäss dem vorgenannten Prinzip gezündeter Gleichrichter kann z. B. folgendermassen gebaut sein :
Eine Kathode, die aus einem gemäss dem Verfahren nach der Erfindung behandelten Platindraht besteht, ist gegenüber einer plattenförmigen Anode aus Eisen oder anderem geeignetem Metall angeordnet.
Der Abstand der Elektroden kann z. B. 2 mm betragen und die Gasfüllung kann aus Argon oder einem Gemenge von Neon und Argon mit einem Druck von etwa 10 mm Quecksilber bestehen.
Wenn eine solche Röhre unter Vorschaltung eines Widerstandes oder einer Spannungsquelle geeigneter Grösse auf eine Spannung von etwa 150 Volt Wechselstrom eingeschaltet wird, so entsteht eine Glimmentladung, die an der Oxydkathode bald in eine Bogenentladung übergeht.
Die Elektrode nach der Erfindung kann auch in Entladeröhren mit drei Elektroden für drahtlose Telegraphie, Telephonie oder ähnliche Zwecke angewendet werden. Auch in Entladeröhren dieser Gattung mit vier oder mehreren Elektroden bietet ihre Anwendung besondere Vorteile.
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