Ogydkathode und Verfahren zur Herstellung derselben. Die Erfindung bezieht sich auf die unter dem Namen "Oxy dkathoden" bekannten Elektroden für Entladeröhren, wie zum Beispiel Sende- oder Empfangslampen für drahtlose Telegraphie, Telephonie und ähn liche Zwecke, Röntgenröhren und Gleich richter. Die bisher bekannten Elektroden die ser Gattung bestehen aus einem Körper, z. B.
aus Platin, der mit einer Schicht gewisser Metalloxyde, insbesondere von Erdalkali- metalloxyden überzogen ist, die bei mässigen Temperaturen eine sehr starke Elektronen emission aufweisen.
Der Herstellung und der praktischen Ver wendung dieser zum gerstenmal von Wehnelt beschriebenen Elektroden setzen sich mehrere Schwierigkeiten entgegen. So war die nicht konstante Wirkung der Elektrode, infolge des Abfallens der Oxydschicht und des Ver- dampfens des Oxyde, störend. und ist auch der hohe ohmsche Widerstand der wirksamen Schicht als eine nachteilige Eigenschaft zu erwähnen.
Man hat bereits verschiedene Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften der
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Oxyds-chicht <SEP> vorgeschlagen. <SEP> So <SEP> hat <SEP> man <SEP> zum
<tb> Beispiel <SEP> angeregt, <SEP> die <SEP> Schicht <SEP> mit <SEP> edlen <SEP> Me tallen <SEP> zu <SEP> versetzen;
<SEP> auch <SEP> ist <SEP> es-bekannt, <SEP> die
<tb> Schicht <SEP> auf <SEP> einem <SEP> aus <SEP> einer <SEP> Legierung <SEP> von
<tb> Platin <SEP> und <SEP> Nickel <SEP> bestehenden <SEP> Kern <SEP> anzu bringen,
<tb> Beim <SEP> Verfahren <SEP> nach <SEP> der <SEP> Erfindung <SEP> wird
<tb> nicht <SEP> eine <SEP> Oxydkathode <SEP> hergestellt, <SEP> bei <SEP> der
<tb> sich <SEP> eine <SEP> mehr <SEP> oder <SEP> weniger <SEP> starke <SEP> Schicht
<tb> der <SEP> wirksamen <SEP> Oxyde <SEP> auf <SEP> einem <SEP> Metallkern
<tb> befindet, <SEP> sondern <SEP> eine <SEP> Oxydkathode, <SEP> bei <SEP> der
<tb> das <SEP> wirksame <SEP> Material <SEP> vom <SEP> Elektrodenkör per <SEP> aufgenommen <SEP> wird.
<SEP> Das <SEP> Verfahren <SEP> nach
<tb> der <SEP> Erfindung <SEP> ist <SEP> einfacher <SEP> als <SEP> die <SEP> bisher
<tb> üblichen <SEP> und <SEP> behebt <SEP> mehrere <SEP> der <SEP> vorgenann ten <SEP> Schwierigkeiten.
<tb> Bei <SEP> der <SEP> Ausführung <SEP> des <SEP> Verfahrens <SEP> nach
<tb> der <SEP> Erfindung <SEP> wird <SEP> auf <SEP> einen <SEP> Elektroden körper, <SEP> der <SEP> mindestens <SEP> an <SEP> der <SEP> Oberfläche <SEP> aus
<tb> einem <SEP> metallischen <SEP> Material <SEP> - <SEP> einem <SEP> Metall
<tb> oder <SEP> einer <SEP> Metallegierung <SEP> - <SEP> besteht, <SEP> wel ches <SEP> unter <SEP> Wärmeeinwirkung <SEP> Erdalkali metalle <SEP> in <SEP> sich <SEP> aufzunehmen <SEP> vermag, <SEP> eine
<tb> Schicht <SEP> von <SEP> mindestens <SEP> einem <SEP> Erdalkalime tall <SEP> angebracht,
<SEP> von <SEP> welcher <SEP> mindestens <SEP> ein Teil im Verlaufe des Verfahrens oxydiert wird; nach der Aufbringung dieser Schicht wird der Körper in einer nichtoxydierenden Umgebung, z. B. in einem Vakuum oder in einer neutralen oder reduzierenden Atmo sphäre, derart erhitzt, -dass .das Erdalkali- metall von dem genannten metallischen Ma terial aufgenommen wird.
Die Oxydation findet zweckmässigerweise nach der Auf nahme des Erdalkalimeta.lles durch das me- talli-che Material des Elektrodenkörpers statt, zum Beispiel mittelst einer oxydieren den Atmosphäre, wie weiter unten, erwähnt werden wird. Es ist jedoch auch möglich, dass sieh eine besondere Oxydation erübrigt. so dass man die Elektrode gleich nach dem Erhitzen, welches zur Aufnahme des Metalle führt, in einer Entladeröhre anwenden kann.
Es müssen sieh jedoch in .diesem Falle im Material der Elektrode gewisse Verunreini- mungen vorfinden. die imstande sind, das Erdalkalimetall ganz oder teilweise zu oxy dieren. Dies kann zum Beispiel der Fall sein, wenn die Elektrode im wesentlichen aus Kupfer besteht.
In manchen Fällen kann es erwünscht sein, den Körper zum Voraus an der Ober fläche porös zu machen.
Bei der Aufnahme des geschmolzenen Erdalkalimetalles durch das feste metallische Material des Elektrodenkörpers wird ersteres sehr fein unter die Partikelchen des zweiten Meta.lles verteilt, sei es indem eine Le-ie. rung entsteht, sei es auch nur indem der zu vor an der Oberfläche porös gemachte Kör per (las Erdalka.limetall in flüssigem Zu stande "aufsaugt".
Metalle oder Metallegierungen, die im tande sind, Erdalkalimetalle in sieh aufzu nehmen, sind zum Beispiel Platin, Palladium, Nickel und Kupfer, sowie deren Legierungen. Diese Materialien eignen sieh auch sonst gut für das vorliegende Verfahren, da sie leicht in jede beliebige Form gebracht werden kön nen und bei der Temperatur, die sie im Be trieb erhalten (z. B. 700 bis<B>1000'</B> C) nicht schmelzen oder weich werden. Es ist ein leuchtend. dass man zweckmässig den ganzen, als Elektrode dienenden Körper daraus an fertigen wird; man kann aber gewünschten falls auch die vorgenannten Metalle auf einem Kern eines andern Metalles anbringen.
Auf dem Körper, zweckmässigerweise nachdem er in die Form gebracht worden ist, die er als Elektrode haben soll, wird eine im allgemeinen dünne Schicht eine.. oder mehrerer Erdalkalimetalle auf der Oberfläche angebracht. Dies kann zum Beispiel. durch Destillation oder dadurch erfolgen, dass etwas Erdalkalianetall auf der Oberfläche aufge tragen und geschmolzen wird, worauf es sieh über die Oberfläche ausbreitet.
Man kann aber auch Verbindungen be nutzen, die sieh beim Erwärmen zersetzen und dann das Erdall@alimeta.ll erbeben. So kann man zum Beispiel Ba.riumazyd (BaN,) verwenden, das beim Erwärmen in Barium und Stichstoff zerfällt, so dass, wenn man eine Schicht Bariuma.zid auf der Elektrode anbringt, nach dem Erwärmen eine dünne Schicht metallischen Bariums auf der Elek trode zurückbleibt.
Man kann auch zum Beispiel Azide der andern Erda.lka.limetalle oder ein Gemenbe derselben benutzen.
Die Elektrode muss erhitzt werden, um zu bewirken, dass das Erdalkalimetall von der Oberfläche der Kathode .aufgenommen wird. Ein Erhitzen bis zu etwas über dem Schmelzpunkt des Erdalka.limetalles genügt bei Verwendung der obgena.nnten Materialien für den Körper. Die Elektrode muss bei diesem Erhitzen in ein hohes Vakuum oder in eine neutrale oder reduzierende Gasatmosphäre gebracht -erden, um Oxydation des Erd.a.l- kalimetalles zu verhüten.
Diese Behandlung braucht in vielen Fäl len nur sehr kurze Zeit zu währen und kann zum Beispiel in etwa. einer Minute fertig sein. Die erhöhte Temperatur der Elektrode kann dadurch erzielt werden, dass man einen elektrischen Strom durch die Elektrode führt. Ergibt dies Sebwierigkeiten, so kann man auch die Elektrode in einer Edelgasatmo- sphä.re anordnen und sie als Kathode einer Glimmentladung- schalten. Die mindestens teilweise Oxydation des Erdalkalimetalles kann sodann zweckmässig dadurch ausgeführt werden, dass die Elek trode trockener Luft ausgesetzt wird.
Zweckmässig ist es, dafür Sorge zu tra gen, dass nicht alles Erdalkalimet.all oxydiert wird. Barium zum Beispiel verbindet sich nämlich sehr leicht mit Gasresten und Bei mengungen einer Gasfüllung wie Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf usw., so dass es vor teilhaft ist, wenn sich etwas Barium, das beim Betrieb der Entla-deröhre verdampft, in der Elektrode befindet.
Man kann auch das Material für eine Oxy dkathode nach der Erfindung in ununter brochenem Betriebe herstellen, zum Beispiel dadurch, da.ss ein Draht .des Metaller oder einer Legierung, die sich mit den Erdalkali metallen legieren lassen, durch ein oder meh rere Erdalkalimetalle in geschmolzenem Zu stande, z. B. durch geschmolzenes Barium, geführt und :darauf in der oben beschriebenen Weise erhitzt und oxydiert wird.
Man kann so eine Elektrode herstellen, die mindestens an einem Teil ihrer Oberfläche aus einer Legierung eines oder mehrerer Erd- alkalimetalle mit einem' oder mehreren an dern Metallen, wie Kupfer, Nickel, Platin, besteht, wobei wenigstens ein Teil des Erd- alkalimetalles oxydiert ist.
Eine solche Elektrode unterscheidet sich dadurch von den bisher üblichen Oxydkatho- den, dass nicht eine Schicht des wirksamen Stoffes um die Kathode herum angebracht ist, sondern dass dieser wirksame Stoff sehr fein zwischen dem Material des Elektroden körpers verteilt ist, so dass die Elektrode ein metallisches Aussehen hat.
Es ist denn auch einleuchtend, dass die Elektrode nach der Erfindung nicht nur we sentlich leichter herzustellen ist, als die be kannten Oxydkathoclen, sondern dass; sie auch für den Betrieb erhebliche Vorteile bietet.
Die Elektrode weist eine gleichmässige Wirkung und eine lange Lebensdauer auf. Es kann, wie schon oben gesagt, empfeh lenswert sein, den für die Herstellung der Elektroden nach der Erfindung benutzten Körper vorher an der Oberfläche porös zu machen, und zwar auch dann, wenn sich das Material des Körpers mit Erdalkalimetallen legieren lässt, was den Vorteil ergibt, da.ss die Aufnahme des Erdalkalimetalles leichter und schneller erfolgt.
Der Körper, dessen Oberfläche porös ge macht werden soll, z. B. Platin, wird in ge eigneter Weise mit einer Schicht eines Me- talles oder einer Legierung überzogen, die mit. dem metallischen Material des Körpers legieren können, wie, im Falle des Platins, z. B. Kupfer, und dann derart erhitzt, dass das Metall oder die Legierung mit dem Ma terial des Körpers an der Oberfläche zunächst legiert und darauf verdampft. so dass kleine Öffnungen im Körper zurückbleiben.
Auch kann man eine poröse Schicht da durch erhalten, dass man zum Beispiel Pla tin elektrolytisch auf einem Kern aus Platin oder einem andern geeigneten Metall ausfällt.
Der Elektrodenkörper kann entweder an seiner ganzen Oberfläche oder an einem Teil derselben dem Verfahren nach der Erfindung unterzogen werden und kann, wie eingangs gesagt wurde, verwendet werden.
In der Zeichnung ist als Beispiel in Fig. 1 ein mit einer Oxydkathode nach der Erfindung versehener .Gleichrichter, mit zu gehörigem Schaltungsschema, in Seitenan sicht dargestellt; Fig. 2 ist eine Unteransicht der Oxyd kathode.
1 bezeichnet eine Glashülle, mit der die Glasfüsse 5 und 8 luftdicht verschmolzen sind. Innerhalb der C'olashülle befinden sich einander gegenüber eine in einer gemäss dem Verfahren nach der Erfindung behandelten Spirale, z. B. aus Platin oder Nickel, beste hende Oxydkatbode 3 und eine Anode 2, z. B. aus Kupfer. Die Anode 2 wird von einem luftdicht in den Fuss 5 eingeschmolzenen Stützdraht 4 und die Kathode 3 von den in den Fuss 8 eingeschmolzenen Stromführuugs- drähten 6 und 7 getragen.
Die Röhre 1 ist mit einem geeigneten Gas, z. B. einem Edelgas wie Argon, oder tiner Mischung von Edelgasen von einem Druck von ca. 3 cm Quecksilber gefüllt.
In Fig. 1 ist der Gleichrichter in bekann- ler Weise in ein Wechselstromnetz geschaltet, wobei das Netz durch einen zweipoligen Schalter mit der Kathode 3 und einer der Pole über eine aufzuladende Batterie 12 und einen Regelungswiderstand 13 mit der Anode verbunden ist. Mittelst des Regelungswider standes 1-1 kann die Intensität des zum Er hitzen der Kathode 3 dienenden Stromes ge- rebelt werden.
Bei der Inbetriebsetzung der Röhre ist der Schalter S geschlossen, so dass ein elek trischer Strom durch die O y dkatho-de fliesst. Sobald die Entladung zwischen den Elektro den \? und 3 eine stabile Form angenommen hat, wird S geöffnet, worauf die Oxydka- thede unter Einfluss der Entladung, die an der Kathode den Charakter einer Bogenent ladung hat, auf der erforderlichen Glühtem- peratur (etwa 7110 bis 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 0.1 und 1 Ampere schwanken kann, ohne dass die Entladung unsicher wird.
Es ist einleuchtend, dass man auch Ent- laderöhren für eine höhere Kapazität her- -tellen kann.
Im nachfolgenden soll noch .anhand der Fig. 1 und 2 beispielsweise das Herstellungs- verfahren erläutert werden.
Ein Draht, z. B. aus Nickel. wird in die in Fig. 2 dargestellte Form gebogen und auf derselben eine Ba.riumazidschicht angebracht, beispielsweise, indem man den Draht mit einer Ba.riumazidlösung netzt. Der auf diese Weise erhaltene Körper wird in einer Glashüll-, wie in Fib. 1 dargestellt, angebracht, in die auch die Anode 2 eingeschmolzen wird.
Die Cllashülle 1 wird nun durch Vermittlung einer mit einem luftdicht abschliessenden Hahn 11 versehenen Röhre 10, die später a.b- gesehmolzen wird. entlüftet.
Ist ein genügend hohes Vakuum erzielt, so wird die Elektrode 3 .durch einen elektri schen Strom auf eine derart hohe Tempera tur gebracht, dass das Bariuma,zid in Stick stoff und Barium zersetzt wird. Bei dieser Behandlung lässt man die Anode spannungs los. Um den Stickstoff und gegebenenfalls andere Gase zu beseitigen, kann man sie während des Erhitzens oder Elektrode fort während abpumpen. Das Erhitzen der Elek trode wird so weit fortgesetzt. bis das Barium schmilzt und mit dem Nickel der Elektrode legiert.
Dieses Erhitzen ist in der lehr kurzen Zeit von höchstens einigen Minuten beendet.
Sodann führt man zur Oxydation von wenigstens einem Teil des Bariums der Elek trode 3 durch die Röhre 10 trockene Luft rin. Nachdem die Elektrode auf diese 'eist-. zum Beispiel während einiger Minuten, z. B. bei Zimmertemperatur, einer oxydierenden Atmosphäre ausgesetzt gewesen ist, wird die Röhre von neuem entlüftet.
Die Elektrode 3 ist. nun fertig erstellt. Die Röhre 1 wird mit einem geeigneten Gas, z. B. Argon, von einem Druck zum Bei spiel von etwa 3 cm gefüllt. und eine Ent ladung durch das Gas herbeigeführt, wobei die Elektrode 3 als Kathode beschaltet ist. Eine Schaltung. wie in Fig. 1 dargestellt, kann dabei benutzt werden.
Es ist einleuch tend, .dass man bei der Fertigstellung der Röhre die Batterie 1? auch durch einen Wi derstand geeigneter Crrösse ersetzen kann. Die gegebenenfalls noch im Anfang frei werdende Gase werden beseitiofi, indem \die Röhre wie- der entlüftet, alsdann auf: neue mit Artion gefüllt und die Röhre 10 abgeschmolzen wird.
Die gemäss der Erfindung herbestellte Elektrode eignet :ich auch vorzüglich zur Verwendung in Gleichrichtern mit einge- schlossener 13o-eiientla.dunb in einer Edelgas atmosphäre, wobei eine bei normaler Netz spannung auftretende Glimmentladung zwecks Ilerbeiführunb der Bogenentladun#y- benutzt und die Kathode durch die Entla dung auf Glühtemperatur behalten wird.
während die Anode auf einer Temperatur bleibt, bei welcher sie nicht merklich Elek tronen aussendet. Die bisher bekannten Ogydkathoden sind infolge des von der Oxydschicht in kaltem Zustande in den Kreis hineingebrachten, ho hen ohmschen Widerstandes für diesen Zweck weniger geeignet, während ein solcher Wi derstand bei der Elektrode nach der Erfin dung nicht vorhanden ist.
Ein nach dem vorgenannten Prinzip ge zündeter Gleichrichter kann zum Beispiel folgendermassen gebaut sein: Eine Kathode, die aus einem gemäss dem Verfahren nach der Erfindung behandelten Platindraht besteht, ist gegenüber einer plat- tenförmigen Anode aus Eisen oder anderem Metall angeordnet. Der Abstand der Elek- iroden kann zum Beispiel 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 Vorschal- tung eines Widerstandes oder einer Span nungsquelle geeigneter Grösse auf eine Span nung von etwa. 150 Volt Wechselstrom ein geschaltet wird, so entsteht eine Glimment ladung, die an der Oxydkathode bald in eine Bogenentladung übergeht.