Verfahren zur Herstellung rvon Ogydkathoden. Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellung .der unter dem Namen .,Oxyd kathoden" bekannten Elektroden für Ent- laderöhren, wie z. B. Sende- oder Empfangs lampen für drahtlose Telegraphie, Telepho- nie und ähnliche Zwecke. Röntgenröhren und Gleichrichter.
Die bisher bekannten Elektroden dieser Art bestehen aus einem Körper, z. B. aus Platin, der mit einer Schicht gewisser Me talloxyde überzogen ist, die bei Temperatur erhöhung eine sehr starke Elektronenemis sion geben. Zweckmässig werden für die wirksame Schicht Erdalkalioxyde ver wendet.
Bei der Herstellung und praktischen Ver wendung dieser Elektroden, die zum ersten Mal von Wehnelt beschrieben wurden, ha ben sich verschiedene Schwierigkeiten er geben. So waren das Abfallen der Oxyd schicht, die nicht konstante Wirkung der Elektroden infolge ungleichmässiger Erhit zung der Schicht, das Verschwinden des Oxyds störend, und .auch der grosse 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 zum Beispiel vorgeschlagen, die wirksame Schicht auf einem aus einer Legierung von Platin und Nickel bestehenden Kern anzubringen.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird auf einem Körper, von dem .mindestens ein Teil der Oberfläche aus einem Oxyd minde stens eines mit den Erdalkalimetallen legier- baren Metalles besteht, eine Schicht aus min destens einem Erdalkalimetall angebracht, worauf der Körper in einer nicht oxydieren den Atmosphäre derart erhitzt wird, dass das aufgebrachte Erdalkalimetall schmilzt, w iihrend darnach das Erdalkalimetall min destens teilweise oxydiert wird.
Diese Oxy dation kann durch Einwirkung einer oxydie renden Atmosphäre oder aber durch Reak tion zwischen dem Erdalkalimetall und -dem als Unterschicht dienenden Metalloxyd er- f olgen.
Metalle, die sich mit den Erdalkalimetal- len legieren lassen und oxydiert werden kön nen, sind z. B. Nickel und Kupfer. Sehr gute Ergebnisse werden erzielt, wenn min- destens ein Teil der Oberfläche des Körpers aus Kupferoxyd bestellt.
Ferner kann es vorteilhaft sein, den Körper nach der zweiten Oxydation in einer reduzierenden Atmosphäre zu erhitzen.
Die nach dem Verfahren der Erfindun;r Herbestellte Elektrode weist mehrere Vorteile gcbenüber den bisher bekannten auf.
Der wirksame Stoff ist zwischen dem Stoff der Oberfläche der Elektrode fein ver teilt. Es ist also keine .Schicht mehr vorhan den, die abfallen kann und die einen grossen Ohnischen Widerstand in die Kette bringt. Die Elektrode hat eine sehr hohe Elektro- nenemission und eine gute Lebensdauer.
Die Form des Körpers, von der man a.us- gelit, hängt von dem Zwecke ah, zu dem man die 1,lektrode zii verwenden wünscht.
Öfters wird der Körper eine Drahtform haben, und in diesem Falle überzieht. man gewiilinlicli die bau ze Oberfläche des Drahtes mit dem Oxyd eines Metalles, das sich mit den Erd- alkalimetallen legieren lässt, vorzugsweise Kupferoxyd,
da man im Betrieb den ganzen Draht als Oxy dkathode zu benützen nAnscht. Der Körper kann jedoch auch eine ganz an dere Form haben und in einigen Fällen kann es dann genügen, dass nur ein Teil der Ober- fliielie. des Körpers das Metalloxyd ent hält.
Das 0iy d eines Metalles, das sieh niit den Erilalkalimetallen legieren lässt, kann verschicdenartifr auf der Oberfläche des Kör pers angebracht werden. Vorzugsweise kann ;iiif der Oberfläche zunächst das 3Teta11 selbst, z. B. durch Elektrolyse, angebracht und dann dieses Aletall ganz oder teilweise oxydiert werden.
Es hat sich als nicht not- weildig erwiesen, dass der später zur Elek- tronenemission dienende Teil der Oberflüche des h@@rhers ganz aus dem Oxyd eines oder mehrerer Metalle bestellt, die sieh mit den Erdalkali.metallen legieren lassen.
Gute Ergebnisse werden auch erzielt, wenn ein Körper, der an der Oberfläche eilt oder mehrere Metalle enthält, die sich mit den Erdalkalimetallen legieren lassen, derart in einer oxydierenden Atmosphäre erhitzt wird, dass nur Teile der Oberfläche oxy dieren.
Der Kern des Körpers, auf dessen Ober- 1'lii.che beispielsweise Kupferoxyd angebracht wird, besteht v orzubsweise aus einem Metall oder einer Legierung von Metallen, die sich nicht leicht mit den Erdallzalimetallen legie ren lassen, wie z. B. 11lolybdän oder Nickel chrom.
Sehr gute Ergebnisse werden zum Beispiel erzielt, wenn auf einem Molybdän- oder Niekelchromkern ein Mantel aus Kup fer oder einem andern Metall angebracht wird, das sich mit den Erdalkalimetallen le- #)-icren <B>IM,</B> worauf der Körper oxydiert wird.
Auch andere Metalle mit vorzugsweise hahein Schmelzpuitl@t. wie Platin oder Pla- tinlegierungen, wie z. B. Platin-Rhodium, Nickel oder Palladium, können jedoch für dun Kern des Wirpers angewendet werden.
Das Otydalionsverfahren, dem der Kör per unterzogen wild, der ;in der Oberfläche z. B. Kupfer eiitliä.1t:, kann darin bestehen, dass der Kilrper alt der Luft erhitzt wird.
Dabei wird .das Kupfer ganz oder teilweise @@iy < liert; und auf dem so bearbeiteten Kör per wird nun eine Schicht irgendeines Erd- alkalimetalleangebracht. Dies kann ver- #schiedenartig, zum Beispiel mittelst Destil lation oder in der Weise vor sich gehen,
dass raun eine gewisse Menge Erdalkalimeta.lles auf die Oberflüche des Körpers lebt und diese Men-e selimilzt, worauf sie sich über die @berflü@hc auslreitet. -Man kann ,jedoch auch eine Schicht einer Verbindung anbrin gen, die sich heim Erhitzen zersetzt und dann das Erdalikalimetall ergibt.
Zu diesem Zweck kann man zum Beispiel ein Azid eines Erdalhalimetalles oder ein Gemisch solcher Verbindun,-en verwenden. Diese zer fallen beim Erhitzen, wobei das Edalkali- meta.ll gebildet wird.
Der Körper muss jetzt in einer nicht oxy dierenden Atmosphäre, folglich in einem Hochvakuum oder in einer neutralen oder reduzierenden Gasatmosphäre, erhitzt wer den. Eine Erhitzung bis etwas über den Schmelzpunkt des Erdalkalimetalles genügt dabei. Das Erdalkalimetall schmilzt, breitet sich über die Oberfläche der Elektrode aus und wird zwischen dem Stoff der'Oberfläche fein zerteilt. Es ist nicht unwahrscheinlich, dass das Erdalkalimetall bei dieser Erhit zung mit dem Kupfer oder mit einem an dern derairtigen Metall eine Legierung bildet.
Man kann die Elektrode für diese Behand lung in einem Ofen oder dadurch erhitzen, dass man einen elektrischen Strom hindurch führt. Ergibt dies Schwierigkeiten, so kann man z. B. die Elektrode in einer Edelgas atmosphäre anordnen und in ihr den Körper unter dem Einfluss einer elektrischen Ent ladung durch das Edelgas auf die erforder liche Temperatur bringen, wobei der Kör per als Kathode geschaltet ist.
Ist das Erdalka-limetall durch diese Er hitzung zur Genüge über die Oberfläche der Elektrode verteilt, so ist jedenfalls ein Teil des Erdalkalimeta.lles zu oxydieren. Dies kann in der Weise geschehen, dass man die Elektrode dem Einflusse einer oxydierenden Atmosphäre aussetzt, vorzugsweise dadurch, dass die Elektrode trockener Luft ausgesetzt wird.
Es ist jedoch auch möglich, dass es sich erübrigt, eine oxydierende Atmosphäre her beizuführen, weil es in manchen Fällen mög lich ist, dass das Erdalkalimetall, nachdem es geschmolzen ist und während es sich über die Oberfläche der Elektrode verteilt, minde stens teilweise unter dem Einfluss des auf der Elektrode befindlichen Kupferoxyds oder der Verunreinigungen in .das Oxyd überge führt wird. Bisweilen kann es vorteilhaft sein, dafür Sorge zu tragen, dass nicht alles Erdalkalimetald oxydiert wird.
Barium zum Beispiel hat an und für sich eine starke gas reinigende Wirkung, so dass es vorteilhaft sein kann, wenn ein wenig metallisches Ba rium in der Elektrode zurückbleibt; .dieses Metall verdampft im Betrieb der Entlade röhre.
Mit der .derart behandelten Elektrode können schon gute Ergebnisse erzielt wer den. In einigen Fällen kann es empfehlens wert sein, die Oberfläche des Körpers dem Einflusse der elektrischen Entladung durch ein Edelgas zu unterziehen, wobei der Kör. per als Kathode geschaltet wird. Eine Ver besserung der Elektrode, namentlich eine wesentliche Steigerung der Elektronenemis sion, kann man ferner noch dadurch erzie len, dass man die Elektrode schliesslich in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt.
Man kann die Elektrode in einer Wasser stoffatmosphäre oder in einer Magnesium dampfatmosphäre ausglühen; ferner kann man zunächst in Wasserstoff und dann in Magnesiumdampf erhitzen.
Das Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung von Oxydkathoden kann man auch ununterbrochen durchführen. Man kann dann zum Beispiel von einem Draht aus gehen, der aus einem Kern aus hochscb,mel- zendem Metall mit einem Mantel aus Kupfer besteht, und man kann dann diesen Draht vorwärts bewegen, wobei er zunächst durch Erhitzunb in einer oxydierenden Atmosphäre oxydiert, dann mit dem Erdalkalimetall überzogen wird, indem man den Draht durch eine Lösung oder durch den Dampf einer Verbindung führt, die sich beim Erhitzen zersetzt und dann das<B>Ei</B> rdalkalimetall ergibt, den Draht darauf wieder erhitzt,
so dass das Erdalkalimetall schmilzt, usw.
Ein Beispiel der Ausübung des Verfah rens nach der Erfindung soll anhand der Zeichnung ausführlicher beschrieben wer den. Hierbei ist eine Drei-Elektroden.röhre dargestellt, deren Elektrode, im fertigen Zu stande, eine nach der Erfindung hergestellte Oxydkathode ist.
In der Zeichnung ist 1 die Glashülle der Entladeröhre, mit der ein Glasfuss 2 luft dicht verbunden ist. In die Quetschstelle dieses Glasfusses sind Stromzuleitungsdrähte 'v und 4 für die Glühkathode 5. ein Strom zuleitungsdraht 9 für ein Gitter 7 und ein Stro,mzuleitungsd@raht 8 für eine Anode 9 luftdicht eingeschmolzen. Die Elektroden sind in bekannter Weise gleichachsig zuein ander angeordnet.
Für die Kathode 5 wird ein Draht ver wendet, der zum Beispiel aus einem Nickel- (,hromkern mit einem Kupfermantel besteht. Di@@s(r Draht wird zum Beispiel durch elek- t rieben Strom oder durch eine Gasflamme an der Luft erhitzt, so dass das Kupfer an der Oberfläche oxydiert, und darauf wird (eine Schicht aus einem Erdalkalimetall, z. B. Barrom, auf den Draht aufgebracht.
Es ist erwünscht, dass die Schicht möglichst gleich mässig über die Oberfläche ausgebreitet wird. Dies kann man zum Beispiel dadurch er reichen, dass man eine Bariu,mazidlösung tropfenweise .den Draht entlang laufen lässt und darauf die aufgebrachte Lösung trock net, so class eine dünne Bariumazidschicht auf dem Draht zurückbleibt.
Der so behandelte Draht wird jetzt an Stützdrähten 10 und 11 befestigt, die mit den Elektroden 7 und 9 auf dem Fuss ange ordnet sind, und darauf wird das ganze Elektrodengestell in die Glocke luftdicht eingeschmolzen. Diese Glocke wird mittelst einer Evakuierröhre 1.2 entlüftet, und der Draht 5 wird langsam erhizt, indem man die CTloelie in einen Ofen bringt, und zwar der art, dass das Bariumazid in Stickstoff und Barium zerfällt.
Der sich bildende Stick stoff wird zweckmässig durch dauerndes Aus pumpen durch die ss.öhre 12 entfernt.
Darauf wird der Draht 5 von neuem bis zu etwas über den Schmelzpunkt von Ba rium in nicht oxydierender Atmosphäre er hitzt, so dass sich das Barium über die Ober- Nielie des Drahtes ausbreitet und zwisch#.m dein Stoff dieser Oberfläche fein verteilt wird.
Während dieser Verteilung über die Oberfläehe wird in manchen Fällen schon (las Barium wenigstens zum Teil oxydiert werden. wie schon oben erläutert wurde, oder es wird nach dem Schmelzverfahren ein c@sydierc@ndcs Gas für diese teilweise Oxyda- tion zu7elassen.
Z@vec#ks Vei-weridung als Dreielektroden- r@@hrc für drahtlose Telegraphie, Telephonie lind ähnliche Zwecke wird die Glocke 1 in bekannter Weise entlüftet, und gleichfalls in bekannter Weise werden die Glaswand der Glocke und die Elektroden 7 und 9 von den in sie aufgenommenen Gasen befreit. Vorteilhaft ist. es ferner, den Draht in einer Magne:iu.md@iinpfatmosphäre zu glü hen.
Man kann zum Beispiel etwas 31agne- sium auf die Anode aufbringen und durch Erhitzung der Anode durch Elektronenauf prall verdampfen. Das Magnesium bleibt auch in der fertigen Entladeröhre vorhanden und fährt fort, einen günstigen Einfluss auf die Elektronenemission und die Lebensdauer der Oxydkathode auszuüben.
Es ist einleuchtend, dass die Oxydkathode nur beispielsweise in einer Drei-Elektroden- entladeröhre dargestellt ist. Sie kann selbst verständlich mit gleichem Erfolg in Entlade röhren mit vier oder mehreren Elektroden, in Gleichrichtern oder dergleichen verwendet werden.