Glühkathode für Entladungsgefässe. Es ist durch die Untersuchungen von Wehnelt bekannt, dass die Oxyde, Chloride und Fluoride der Erdalkalien und deren Ge mische schon bei sehr niedrigen Temperaturen Elektronen aussenden. Neuere Arbeiten haben dann gezeigt, dass diese Eigenschaften im gleichen Masse allen einfach zusammengesetz ten Verbindungen der betreffenden Elemente zukommt. Von allen diesen Verbindungen hat praktisch nur das Oxyd Bedeutung er langt.
Sind in der Technik andere Ausgangs materialien, zum Beispiel das Nitrat (nach dem alten Verfahren von Wehnelt) benutzt worden, so war doch in allen Fällen die Emis sionssubstanz das Oxyd, welches sich durch irgendwelche Umsetzungen gebildet hatte. Nun zeigen gerade diejenigen Verbindungen, die bei besonders niedrigen Temperaturen schon sehr hohe Emission haben, nämlich die Verbindungen des am stärksten elektroposi tiven Bariums, welches in dieser Beziehung den Alkalien schon recht ähnlich ist, die un angenehme Eigenschaft, dass sie der Wirkung des Glimmbogens schlecht widerstehen und sich leicht verflüchtigen. Auch jetzt noch ergeben sich bei der Her stellung der Wehneltkathode recht erhebliche Schwierigkeiten.
Die Oxyde verändern sich während des Fabrikationsganges, zum Bei spiel durch Kohlensäureaufnahme, sehr leicht. Die notwendige Gleichmässigkeit der Fabrikation lässt sich daher mit den Oxyden nur schwer erreichen, und es sind Ausschüsse, welche die Unkosten des Verfahrens sehr er höhen, nicht zu vermeiden.
Der Versuch, an Stelle der empfindlichen Oxyde die wesentlich unempfindlicheren und beständigeren Salze der Sauerstoffsäuren der i rdalkalien zur Fabrikation von Glühkatho- den zu verwenden, scheiterte bisher vollkom men. Die in Frage kommenden Verbindun gen, zum Beispiel die Sulfate, Silikate, Phos phate und Karbonate, zeigen keine Emission, da der stark elektronegative Säurerest den Austritt der Elektronen vollständig verhin dert.
Erst wenn die .Salze dissoziieren, das heisst, wenn ein Teil des in vielen Fällen flüchtigen Säurerestes bei hoher Temperatur abgespalten und dementsprechend freies Oxyd vorhanden ist, setzt eine merkliche Elektro- nenemission ein. Das unter diesen Verbin dungen noch am leichtesten dissoziierbare Karbonat ergibt daher bei vorsichtiger und vollständiger Dissoziation eine brauchbare Kathode; doch ist der Prozess langwierig und schwierig.
Eine genaue Durchprüfung der vorliegen den Verhältnisse ergab nun, dass doch eine ganze Reihe von .Salzen von Sauerstoffsäuren, und zwar gerade Salze von nichtflüchtigen Säuren, in hervorragendem Masse befähigt sind, schon bei recht niedrigen Temperaturen Elektronen auszusenden.
Die hier in Frage kommenden Salze sind die Verbindungen, der Oxyde der stark elektropositiven Metalle, zum Beispiel der Alkali- und Erdalkalioxy de mit den Sauerstoffverbindungen der Ele mente, die sogenannte amphotere Oxyde bil den, also zum Beispiel die Aluminate, Zin- kate, Chromite, Zirkoniate etc. Über die Eig nung solcher Salze, die emittierende Substanz zu bilden, gibt im allgemeinen folgende Re gel Auskunft:
Mit steigender Azidität des Säurerestes nimmt die Fähigkeit der Substanz, Elektro nen auszusenden, ab.
Die Verbindungen zeigen eine etwas, jedoch nur unwesentlich höhere Emissionstempera tur, besitzen aber eine Temperaturstabilität, wie ,sie den einfachen Verbindungen, wie zum Beispiel den Oxyden, nicht zukommt. Wäh rend zum Beispiel Barium als Oxyd auf einer Platinenunterlage unter dem Einfluss des Entladungsstromes sich bald verflüchtigt, widerstehen die obengenannten Verbindungen auch dauernden. bedeutend stärkeren Ent ladungen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Glüh- kathode für Entladungsgefässe, bei welcher die emittierenden Substanzen wenigstens in der Hauptsache aus mindestens einem Salze eines stark elektropositiven Metalles mit einem amphoteren Oxyd als Säurerest be stehen.
Zur Herstellung der Kathoden kann man die Verbindungen vorher fertigstellen (siehe Gmelin-Handbuch) und auf die stromfüh- rende Unterlage aufbringen. Zweckmässiger stellt man jedoch die Verbindungen erst auf der Kathode her. Man erreicht dadurch, dass man von Substanzen ausgehen kann, die voll ständig luftbeständig sind.
Zum Beispiel kann man zur Herstellung der Aluminate oder Zirkoniate .der Erdalkalien so verfahren, dass man die Erdalkalikarbonate mit Alumi wum- resp. Zirkonoxyd oder Hydrooxyd mit etwas Bindemittel auf die Unterlage auf bringt und dann erhitzt. Die Kohlensäure wird namentlich im Vakuum leicht ausgetrie ben, indem sich gleichzeitig das entsprechende Salz bildet.
Man kann dementsprechend auch ohne Bedenken von den Oxyden oder Hydrooxyden der Erdalkalien ausgehen, da die während des Fabrikationsganges aufge nommene Kohlensäure beim Erhitzen durch die Wirkung des sauren Oxydes leicht und schnell verdrängt wird.
Eine weitere Möglichkeit, die Verbindun gen herzustellen, besteht darin, Legierungen der betreffenden Metalle oder entsprechende Metallpulvergemische zu oxydieren.
Die soeben: beschriebenen Salze können auch untereinander gemischt oder in Verbin dung mit andern Elektronen emittierenden Substanzen verwendet werden; so kann eine. Glühkathode nach der Erfindung ausser den vorgenannten Verbindungen noch mindestens ein Oxyd als andere elektronenemittierende Substanz enthalten. Zur Erhöhung der me chanischen Festigkeit oder der Temperatur beständigkeit kann man dem emittierenden Salz geeignete Substanzen, zum Beispiel Erdalkalifluoride oder überschüssiges Alumi niumoxyd, zusetzen.
Als Unterlage für die aktive Schicht kön nen. Metalle bezw. Legierungen verwendet werden, die bei der Oxydation amphotere Oxyde liefern. Ein geeignetes Ausführungs beispiel einer derartigen Glühkathode stell sieh dar als ein wenigstens an der Oberfläche aus Zirkon bestehender Kerndraht; welcher mit den in Frage kommenden Oxyden oder Salzen bedeckt ist. Diese Metalle oder Legie rungen können zweckmässig auf ein darunter- liegendes Xernmetall aufgetragen worden sein. Man kann zum Beispiel einen Wolfram draht mit einer Zirkonschicht überziehen und darauf die aktive Substanz bilden.
Hot cathode for discharge vessels. It is known from Wehnelt's studies that the oxides, chlorides and fluorides of alkaline earths and their mixtures emit electrons even at very low temperatures. More recent work has shown that these properties apply equally to all simply composed compounds of the elements concerned. Of all these compounds, only the oxide is of practical importance.
If other starting materials were used in technology, for example nitrate (according to the old Wehnelt process), in all cases the emission substance was the oxide that had formed through some kind of conversion. It is precisely those compounds that have very high emissions at particularly low temperatures, namely the compounds of the strongest electropositive barium, which in this respect is quite similar to alkalis, the uncomfortable property that they are bad for the action of the glow arc resist and evaporate easily. Even now there are still considerable difficulties in the manufacture of the Wehnelt cathode.
The oxides change very easily during the manufacturing process, for example through carbonic acid intake. The necessary uniformity of manufacture can therefore only be achieved with difficulty with the oxides, and rejects, which greatly increase the costs of the process, cannot be avoided.
The attempt to use the considerably less sensitive and more stable salts of the oxygen acids of the alkaline earths for the manufacture of hot cathodes in place of the sensitive oxides has so far failed completely. The compounds in question, for example the sulfates, silicates, phosphates and carbonates, show no emission because the strongly electronegative acid residue completely prevents the electrons from escaping.
Only when the salts dissociate, that is, when part of the acid residue, which in many cases is volatile, is split off at high temperature and correspondingly free oxide is present, does noticeable electron emission begin. The most easily dissociable carbonate among these connec tions therefore gives a usable cathode if carefully and completely dissociated; yet the process is lengthy and difficult.
A precise examination of the existing conditions now showed that a whole series of salts of oxygen acids, specifically salts of non-volatile acids, are extremely capable of emitting electrons even at very low temperatures.
The salts in question here are the compounds of the oxides of the strongly electropositive metals, for example the alkali and alkaline earth oxides with the oxygen compounds of the elements, the so-called amphoteric oxides, so for example the aluminates, zincates, chromites , Zirconates, etc. The following rules generally provide information about the suitability of such salts to form the emitting substance:
With increasing acidity of the acid residue, the ability of the substance to send out electrons decreases.
The compounds show a somewhat, but only insignificantly higher emission tempera ture, but have a temperature stability that is not attributable to the simple compounds, such as, for example, the oxides. While barium, for example, as an oxide on a printed circuit board, soon volatilizes under the influence of the discharge current, the above-mentioned compounds are also resistant to permanent. significantly stronger discharges.
The subject matter of the invention is a glow cathode for discharge vessels, in which the emitting substances consist at least mainly of at least one salt of a strongly electropositive metal with an amphoteric oxide as the acid residue.
To produce the cathodes, the connections can be completed beforehand (see Gmelin manual) and applied to the live surface. However, it is more expedient to make the connections only on the cathode. This means that you can start from substances that are completely air-resistant.
For example, for the production of the aluminates or zirconates .der alkaline earths, the alkaline earth carbonates are wum- resp. Apply zirconium oxide or hydroxide with a little binding agent to the base and then heat it. The carbonic acid is easily expelled, especially in a vacuum, in that the corresponding salt is formed at the same time.
Accordingly, one can also safely start from the oxides or hydroxides of the alkaline earths, since the carbonic acid taken up during the manufacturing process is easily and quickly displaced when heated by the action of the acidic oxide.
Another way to produce the connections is to oxidize alloys of the metals in question or corresponding metal powder mixtures.
The salts just: described can also be mixed with one another or used in conjunction with other electron-emitting substances; so can one. In addition to the aforementioned compounds, hot cathode according to the invention also contain at least one oxide as another electron-emitting substance. To increase the mechanical strength or the temperature resistance, suitable substances, for example alkaline earth fluoride or excess aluminum oxide, can be added to the emitting salt.
Can be used as a base for the active layer. Metals resp. Alloys are used that provide amphoteric oxides when oxidized. A suitable embodiment example of such a hot cathode is shown as a core wire made of zirconium at least on the surface; which is covered with the oxides or salts in question. These metals or alloys can usefully have been applied to an underlying core metal. For example, a tungsten wire can be coated with a zirconium layer and the active substance can be formed on it.