CH659916A5 - Katode und gasentladungsroehre, ausgefuehrt auf der basis dieser katode. - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Emissionselektronik, und zwar betrifft sie Katoden und Gasentladungsröhren, die auf der Basis dieser Katoden hergestellt sind.

Die Erfindung kann in Gasentladungsgeräten wie Lichtblitzröhren, Entladungsgefässen sowie in Elektrovakuumgeräten verschiedenen Typs eingesetzt werden.

Bekannt ist eine Katode aus Wolfram mit einem auf ihre Oberfläche aufgebrachten Zäsiumfilm (siehe beispielsweise L.N. Dobretsov und M.V. Gomoyunova «Emissionselektio-nik», Verlag Nauka, Moskau, 1966, Seite 195).

Die genannte Katode besitzt eine verhältnismässig hohe Austrittsarbeit, die etwa 1,36 eV bei einer Temperatur der Katode von 600°C und eine entsprechend niedrige Emissionsfähigkeit auf, die bei der genannten Temperatur 0,1 mA/cm2 nicht übersteigt. Ausserdem besitzt die genannte Katode eine ungenügende Stabilität der Emissionskennwerte bei der Arbeit, besonders unter den Bedingungen eines intensiven Ionenbeschusses, was zu einer Zerstörung des Zäsiumfilmes an seiner Oberfläche unter diesen Bedingungen führt. Deshalb weisen die Gasentladungsröhren, insbesondere die Lichtblitzröhren, in denen diese Katode angewandt wird, eine hohe Zündspannung und eine geringe Lebensdauer auf.

Ausserdem ist es bei der Herstellung der oben genannten Katode sehr schwierig, das Zäsium im Prozess seines Aufbringens an die Oberfläche der Katode zu dosieren.

Eine genaue Dosierung des Zäsiums ist deshalb notwendig, weil von seiner Menge an der Oberfläche der Katode die Emissionsfähigkeit der letzteren abhängt. Die mit der Dosierung des Zäsiums verbundenen technologischen Schwierigkeiten erschweren die Verwendung solcher Katoden in Gasentladungs- und Elektrovakuumgeräten.

Viel einfacher bei der Herstellung sind Katoden in Form eines Sinterkörpers.

Unter solchen bekannten Katoden besitzen eine besonders hohe Emissionsfähigkeit Katoden mit einer Zäsiumverbindung als emissionsaktives Material. Entsprechend weisen Gasentladungsröhren mit solchen Katoden niedrige Werte der Zündspannung auf.

Bekannt ist eine Katode, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, der ein Metall von hohem Schmelzpunkt wie Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob oder ihre Gemische, ein das Gas absorbierendes Metall und einen den Sintervorgang verbessernden Zusatzstoff enthält, wobei auf den Sinterkörper eine Schicht eines emissionsaktiven Materials, von Zäsiumkarbonat oder Zäsiumchromat, aufgebracht ist.

Als das Gas absorbierendes Metall verwendet man Titan, Zirkonium, Vanadin, Hafnium oder ein Gemisch derselben. Als den Sintervorgang verbessernden Zusatzstoff verwendet man Aluminiumoxid oder Siliziumoxid.

Die Gasentladungsröhre mit der oben genannten Katode weist eine Anfangszündspannung von 150 bis 190 V (in Abhängigkeit von den den Sinterkörper zusammensetzenden Komponenten) und eine Zündspannung von 155 bis 200 V nach 10000 Lichtblitzen auf, wobei eine Zerstäubung des Katodenmaterials praktisch fehlt.

Bekannt ist auch eine Katode, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, der ein Metall von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemisch solcher Metalle und ein emissionsaktives Material enthält.

In einer solchen Katode besteht das in dem Sinterkörper enthaltende emissionsaktive Material aus einem Stoff, der Bariumionen enthält, während in den Poren des Sinterkörpers ein anderes emissionsaktives Material der folgenden Zusammensetzung CS2MO4, worin M ein Metall von hohem Schmelzpunkt bedeutet, dispergiert ist. Als Metalle von hohem Schmelzpunkt werden im allgemeinen Schwer-Übergangs-Metalle der IV., V. oder VI. Gruppe des Periodensystems der Elemente verstanden, wie beispielsweise Zirkonium, Wolfram, Tantal, Molybdän.

Bekannt ist auch eine Gasentladungsröhre, welche einen mit einem ionisierbaren Gas gefüllten Kolben und zwei in dem Kolben in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete Elektroden enthält, wobei eine als Katode dienende Elektrode auf der Basis der oben beschriebenen Katode ausgeführt ist.

Eine solche Röhre von 5 mm Innendurchmesser mit einer Flektrodenkatode, die in einem Abstand von 37 mm von der anderen Elektrode angeordnet ist, weist bei einer Füllung mit Xenon auf einen Druck von 166,7 mbar eine Zündspannung von 190 V bei einer Anlassimpulsspannung von 4,5 kV und eine Zündspannung von 132 V bei einer Anlassimpulsspannung von 9,0 kV auf.

Eine Röhre mit einer analogen von der anderen Elektrode in einem Abstand von 20 mm angeordnete Elektrodenkatode, die einen Innendurchmesser von 2,5 mm aufweist, die mit Xenon auf einen Druck von 693,3 mbar gefüllt ist und eine Lichtblitzenergie von 11,5 J besitzt, weist eine Zündspannung von 176 V bei einer Anlassimpulsspannung von 3,3 kV auf. Dabei bleibt die Zündspannung nach 1500 Lichtblitzen auf dem ursprünglichen Niveau.

Die oben genannte Katode enthält eine Zäsiumverbindung, die im Prozess des Betriebs der Röhre mit dem in dem Sinter5

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körper enthaltenen Metall reagiert. Dabei bildet sich Zäsium in freiem Zustand, das die Austrittsarbeit der Katode senkt und entsprechend ihre Emissionsfähigkeit erhöht. Im Prozess des Betriebs der Röhre kommt es zu einer ununterbrochenen Verdampfung des Zäsiums von der Oberfläche der Katode, die besonders intensiv unter den Bedingungen des Innenbeschusses ist. Das verdampfende Zäsium wird durch die aus dem Volumen der Katode gelangenden Zäsiumatomen kompensiert, die sich durch die genannte Reaktion bilden. Dadurch kommt es zu einer allmählichen Verringerung des Zäsiums in dem Volumen der Katode, die zu einer Abnahme der Emissionsfähigkeit der letzteren führt, was seinerseits eine Zunahme der Zündspannung der Gasentladungsröhre mit einer solchen Katode im Prozess deren Betriebs und eine Verringerung ihrer Lebensdauer zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Katode zu entwickeln, deren Sinterkörper eine solche Zusammensetzung aufweist, dass eine hohe Emissionsfähigkeit der Katode, die während längeren Betriebs, darunter unter den Bedingungen des Ionenbeschusses gewährleistet wird, sowie eine Gasentladungsröhre zu entwickeln, deren eine Elektrode, die als Katode dient, die auf der Basis der oben genannten Katode ausgeführt ist, wodurch eine niedrige Zündspannung gewährleistet wird, die während einer längeren Lebensdauer stabil bleibt.

Das wird dadurch erreicht, dass in der Katode, die in Form eines Sinterkörpers ausgeführt ist, der ein Metall von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemisch dieser Metalle und ein emissionsaktive Material enthält, erfindungsgemäss das emissionsaktive Material Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat enthält.

Der Sinterkörper kann 0,5 bis 25 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat und als Rest ein Metall von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemisch dieser Metalle enthalten, was eine hinreichend hohe Emissionsfähigkeit der Katode gewährleistet, die während längeren Betriebs derselben, darunter auch unter den Bedingungen eines intensiven Ionenbeschusses stabil bleibt.

Zur Erzielung einer hohen Emission ist es zweckmässig, dass das Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat eine Zusammensetzung aufweist, die durch die folgende Formel ausgedrückt wird:

XM2O • yAl203 • ZSÌO2 ,

worin

M Cs oder Rb bedeutet, x = 1 bis 3, y = 1 bis 2, z = 1 bis 6 ist.

Zur Erzielung einer besonders hohen Emissionsfähigkeit der Katode ist es zweckmässig, dass der Sinterkörper 85 Gewichtsprozent Nickel und 15 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat enthält, dessen Zusammensetzung der folgenden Formel entspricht:

Cs20 • AI2O3 • 2Si02 .

Zum Erzielen einer hohen Emissionsfähigkeit der Katode, die ein billigeres emissionsaktives Material enthält, ist es durchaus zweckmässig, dass der Sinterkörper 85 Gewichtsprozent Nickel und 15 Gewichtsprozent Rubidiumalumosilikat enthält, dessen Zusammensetzung der folgenden Formel RbîO • AI2O3 • 2SÌO2 entspricht.

Zum Erzielen einer hohen Emissionsfähigkeit der Katode bei deren Verwendung in Hochleistungs-Gasentladungsröhren ist es zweckmässig, dass der Sinterkörper 90 Gewichtsprozent Tantal und 10 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat enthält, dessen Zusammensetzung der folgenden Formel CS2O • AI2O3 • 2S1O2 entspricht.

Zum Erzielen einer hohen Emissions fähigkeit der Katode bei einer hohen Beständigkeit gegen die Wirkung des Ionenbeschusses ist es zweckmässig, dass der Sinterkörper 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Zirkonium und Niob in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 und 10 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat enthält, deren Zusammensetzung der folgenden Formel CS2O • AI2O3 • 2Si02 entspricht.

Das wird dadurch erreicht, dass in der Gasentladungsröhre, die einen mit dem zu ionisierenden Gas gefüllten Kolben und zwei in dem Kolben in einem gewissen Abstand voneinander angeordneten Elektroden enthält, erfindungsgemäss eine der als Katode dienenden Elektroden auf der Basis der oben genannten Katode ausgebildet ist.

Eine solche Ausbildung der erfindungsgemässen Katode gestattet es, eine hohe Emissionsfähigkeit, die während einer längeren Zeit stabil bleibt, darunter unter den Bedingungen eines intensiven Ionenbeschusses zu erreichen. Die Gasentladungsröhre mit der erfindungsgemässen Katode weist eine niedrige Zündspannung, die während einer grossen Lebensdauer stabil ist, und geringe Abmessungen auf.

Nachstehend wird die Erfindung anhand einer Beschreibung konkreter Beispiele für ihre Ausführung und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, in denen es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemässe Katode (Längsschnitt);

Fig. 2 eine erfindungsgemässe Gasentladungsröhre, hergestellt auf der Basis der Katode nach Fig. 1 (Längsschnitt).

Eine erfindungsgemässe Katode 1 (Fig. 1) ist in Form eines Sinterkörpers ausgeführt, der ein Metall von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemisch solcher Metalle und ein emissionsaktives Material enthält. Unter den Metallen von hohem Schmelzpunkt werden folgende Metalle verstanden: Nickel (der Schmelzpunkt T beträgt 1728 K), Zirkonium (T = 2128 K), Hafnium (T = 2250 K), Tantal (T = 3270 K), Niob (T = 2770 K), Rhenium (T = 3308 K), Molybdän (T = 2890 K), Wolfram (T = 3650 K) oder deren Gemische.

Das emissionsaktive Material enthält Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat.

Der Sinterkörper der Katode 1 enthält 0,5 bis 25 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat, alles übrige ein Metall von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemisch dieser Metalle. Bei einem solchen Verhältnis der Komponenten wird eine hinreichend hohe Emissionsfähigkeit der Katode gewährleistet.

Bei einem Gehalt an Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat von weniger als 0,5 Gewichtsprozent übersteigt der abzunehmende Emissionsstrom Tausendstel nA/cm2 nicht, weshalb Verbindungen der genannten Zusammensetzung anscheinend von keinem praktischen Interesse sind. Bei einem Gehalt an Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat von mehr als 25 Gewichtsprozent der abzunehmende Emissionsstrom zwar einige zehn (iA/cm2 beträgt, bilden die Komponenten des Sinterkörpers keine Legierung, wodurch die Katode für praktische Zwecke unbrauchbar wird.

Das Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat weist eine Zusammensetzung auf, die durch die folgende Formel ausgedrückt wird:

XM2O • yAl203 • zSi02 ,

worin

M Cs oder Rb bedeutet, x = 1 bis 3, y = 1 bis 2, z = 1 bis 6 ist.

Die Grösse des von der Katode 1 abzunehmenden Emissionsstromes hängt von den konkreten Werten von x, y und z ab. Zur Illustration werden in der nachstehenden Tabelle die Emissionskennwerte des Zäsiumalumosilikats angeführt.

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Tabelle

Zusammensetzung des Zäsiumalumosilikats

Emissionsstromdichte bei T = 60°C und E = 5 • IO3 V/cm, nA/cm3

Cs20 • AI2O3 • 2Si02

100

CS2O • AI2O3 • 4SÌO2

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Cs20 • AI2O3 • Si02

50

2Cs20 • Al203 * 5Si02

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3Cs20 • A1203 • 3Si02

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Cs20 • 2A1203 • 3Si02

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3Cs20 • 2AI2O3 • 6SÌO2

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2Cs20 • 2A1203 • 5Si02

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Die Gesetzmässigkeit der Elektronenemission des Rubi-diumalumosilikats weisen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung eine analoge Gestalt auf, nur dass die Grösse des abzunehmenden Emissionsstroms etwas geringer ist.

Somit können als emissionsaktives Material Alumosilikate verwendet werden, deren Werte x, y und z in den oben genannten Grenzen liegen. Alumosilikate anderer Zusammensetzungen weisen eine verhältnismässig unbedeutende Emissionsaktivität auf, weshalb es unzweckmässig ist, diese als emissionsaktives Material zu verwenden.

Die Wirksamkeit der Katode hängt nicht nur von der Zusammensetzung des emissionsaktiven Materials, sondern auch von der chemischen Natur des in dem Sinterkörper enthaltenen Metalls von hohem Schmelzpunkt ab.

Nach der Aktivität der Reihe der Metalle Ni, Zr, Hf, Ta, Nb, Re, Mo, W können sie in drei Gruppen unterteilt werden. Besonders aktiv sind Ni, Zr, Hf, dann folgen Ta, Nb, Re und schliesslich Mo und W.

In Übereinstimmung damit ist eine erfindungsgemässe Katode 1, deren Sinterkörper ein Metall aus der Nickelgruppe, wirksamer gegenüber einer erfindungsgemässen Katode 1, deren Sinterkörper ein Metall aus der Tantalgruppe enthält. Ihrerseits ist die letztere wirksamer gegenüber einer Katode 1, deren Sinterkörper ein Metall der Molybdängruppe enthält.

Eine besonders hohe Emissionsfähigkeit besitzt eine Katode 1, deren Sinterkörper 85 Gewichtsprozent Nickel und 15 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat enthält, wobei das letztere die folgende Formel besitzt:

CS2O • AI2O3 • 2SÌO2 .

Eine hinreichend hohe Emissionsfähigkeit besitzt auch eine Katode 1, deren Sinterkörper 85 Gewichtsprozent Nickel und 15 Gewichtsprozent Rubidiumalumosilikat enthält, wobei das letztere der folgenden Formel entspricht:

Rb20 • AI2O3 • 2Si02 .

Obwohl die Katode 1 mit Rubidiumalumosilikat in der Emissionsfähigkeit der Katode 1 mit Zäsiumalumosilikat etwas nachsteht, ist dieser in einigen Fällen der Vorzug zu geben, weil das Rubidium ein billigeres und zugänglicheres Element gegenüber dem Zäsium ist.

Die Katode 1, deren Sinterkörper Nickel enthält, kann in Gasentladungsröhren mit Erfolg eingesetzt werden, wo der Entladungsstrom 800 A nicht übersteigt. Bei höheren Werten des Entladungsstromes zerstäubt das Nickel. Deshalb verwendet man in Hochleistungs-Gasentladungsröhren zweckmässigerweise Katoden, deren Sinterkörper Metalle aus der Tantalgruppe oder Molybdängruppe mit einem Schmelzpunkt, der den Schmelzpunkt des Nickels bedeutend übersteigt.

Unter solchen Katoden besitzt eine besonders hohe Emissionsfähigkeit eine Katode 1, deren Sinterkörper 90 Gewichtsprozent Tantal und 10 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat enthält, wobei das letztere der folgenden Formel entspricht:

Cs20 • A1203 ■ 2SiOz .

Der Sinterkörper der Katode 1 kann auch ein Gemisch von Metallen von hohem Schmelzpunkt enthalten, die in einem Gewichts Verhältnis genommen werden, das ihrer äquiatomaren Menge in der durch diese Metalle gebildeten Legierung proportional ist. Die Effektivität der Katode wird in diesem Falle durch das Metall bestimmt, dessen Aktivität am höchsten liegt. Deshalb gestatten es solche Katoden, die höchste Emission zu erzielen, die in ihrer Grösse mit der Emission besonders effektiver Katoden mit dem in dem Sinterkörper enthaltenen Nickel vergleichbar ist, unter gleichzeitiger Erhöhung der Beständigkeit gegen einen intensiven lonenbeschuss. Dazu ist es zweckmässig, dass der Sinterkörper ein Gemisch aus einem Metall aus der Nickelgruppe, das aber einen höheren Schmelzpunkt als Nickel aufweist, das heisst Zirkonium oder Hafnium, und einem Metall aus der Tantalgruppe oder Molybdängruppe enthält.

Unter solchen Katoden ist besonders bevorzugt eine Katode 1, deren Sinterkörper 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Zirkonium und Niob mit einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 und 10 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat mit einer Zusammensetzung, die der Formel CS2O • Al203 • 2SÌO2 entspricht. Eine solche Katode 1 weist eine hohe Emissionsfähigkeit auf und übertrifft in der Beständigkeit gegen den lonenbeschuss eine Katode, deren Sinterkörper Nickel enthält. Ausserdem besitzt das Gemisch von Zirkonium und Niob eine hohe Plastizität, die mit der Plastizität von Nickel v Tgleichbar ist, wodurch die Technologie der Herstellung der Katode erleichtert wird.

Die erfindungsgemässe Katode (Fig. 2) kann mit Erfolg in einer Gasentladungsröhre verwendet werden, welche einen mit einem ionisierenden Gas, beispielsweise Xenon, gefüllten Kolben 2 und zwei Elektroden, die oben genannte Katode 1 und eine Anode 3 enthält, die in dem Kolben 2 in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind. Die Katode 1 ist an einem Halter 4 angeordnet. Die Aussenfläche des Kolbens 2 ist mit einem durchschichtigen leitenden Überzug (in der Zeichnung nicht angedeutet) versehen.

Eine konkrete Variante dieser Röhre ist am Beispiel einer Lichtblitzröhre beschrieben. Daneben kann die erfindungsgemässe Katode in Entladungsgefässen sowie in Elektrovakuumgeräten verschiedenen Typs verwendet werden.

Eine erfindungsgemässe Katode 1 kann beliebige Abmessungen und Konfigurationen aufweisen, als Zylinder, wie dies in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, sowie als Scheibe, Stab und Sphäre ausgebildet sein und nach bekannten Methoden zum Pressen des Einsatzgutes, welches aus Metallpulvern von hohem Schmelzpunkt oder einem Gemisch dieser Metalle und einem emissionsaktiven Material besteht, hergestellt werden, unter anschliessender Sinterung in Vakuum oder einer Schutzatmosphäre.

Der Pressdruck hängt von der konkreten Zusammensetzung des Einsatzgutes ab und übersteigt im allgemeinen 98,1 • 107 N/m2 nicht. Die Sintertemperatur hängt ebenfalls von der Zusammensetzung des Einsatzgutes ab und kann in einem Bereich von 1000 bis 2000 K variiert werden.

Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend folgende Beispiele angeführt.

Beispiel 1

Eine Katode 1 (Fig. 1), ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher 99,5 Gewichtsprozent Nickel und 0,5 Gewichtsprozent Cs20 • AI2O3 • 2SÌO2 enthält, wird wie folgt hergestellt.

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Pulverförmiges Nickel" und pulverförmiges Zäsiumalumosilikat der genannten Zusammensetzung vermischt man in dem genannten Gewichtsverhältnis. Das erhaltene Einsatzgut vermischt man innig und mahlt dann bis zur Erzielung einer mittleren Teilchengrösse von höchstens 10' [xm. Dann presst man das Einsatzgut in einer der Form der herzustellenden Katode entsprechenden Pressform bei einem Druck von 19,62 • 107 N/m2. Der Pressling wird in Vakuum bei einem Druck von etwa 1,33 • 10~4 mbar und einer Temperatur von 1000 K innerhalb von 10 Minuten gesintert.

Der Emissionsstrom der dabei erhaltenen erfindungsgemässen Katode beträgt 0,6 mA/cm2, die effektive Austrittsarbeit (p = 0,89 eV. Die Messungen werden in Vakuum bei einem Druck von 1,33 • 10~~8 bis 1,33 - 10—9 mbar bei Zimmertemperatur (300 K) an der Katode und einer elektrischen Feldstärke E = 2, IO4 V/cm durchgeführt. Die effektive Austrittsarbeit der Katode bestimmt man bei einem Wert der Emissionskonstante in der Richardson-Deshman-Formel A =120 A/cm2 ■ grd.2 Diese Emissionsparameter bleiben bei einer Steigerung der Temperatur der Katode auf 700 K praktisch unverändert.

Die Herstellung einer erfindungsgemässen Katode 1 mit den Komponenten anderer Zusammensetzungen des Sinterkörpers unterscheidet sich von dem oben beschriebenen durch die Werte des Pressdruckes, der Temperatur und der Sinterzeit.

Beispiel 2

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher 85 Gewichtsprozent Ni und 15 Gewichtsprozent CS2O • AI2O3 • 2SÌO2 enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Pressdruck betrug in diesem Falle 5 Mp/cm2, die Sintertemperatur 1300 K innerhalb von 30 Minuten.

Die dadurch erhaltene erfindungsgemässe Katode 1 weist einen Emissionsstrom von 101,6 mA/cm2 und eine effektive Austrittsarbeit von <p = 0,76 eV auf. Die Messbedingungen waren den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Beispiel 3

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher 85 Gewichtsprozent Ni und 15 Gewichtsprozent Rb20 • AI2O3 • 2SÌO2 enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Pressdruck betrug in diesem Falle 49,05 • 107 N/m2, die Sintertemperatur 1300 K innerhalb von 25 Minuten.

Die dadurch erhaltene erfindungsgemässe Katode 1 weist einen Emissionsstrom von 76,5 mA/cm2 und eine effektive Austrittsarbeit von <p = 0,72 eV auf. Die Messbedingungen waren den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Beispiel 4

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher 75 Gewichtsprozent Zr und 25 Gewichtsprozent Rb20 • AI2O3 • SÌO2 enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Pressdruck beträgt 68,67 • 107 N/m2, die Sintertemperatur 1500 K innerhalb von 50 Minuten.

Die dadurch erhaltene erfindungsgemässe Katode 1 weist einen Emissionsstrom von 4,5 mA/cm2 auf. Die Messbedingungen waren den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Beispiel 5

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher 90 Gewichtsprozent Hf und 10 Gewichtsprozent 3Rb20 • AI2O3 • 6SÌO2 enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Pressdruck beträgt 58,86 • 107 N/m2, die Sintertemperatur 1200 K innerhalb von 20 Minuten.

Die dadurch erhaltene erfindungsgemässe Katode weist einen Emissionsstrom von 6,9 mA/cm2 bei Zimmertemperatur an der Katode und eine elektrische Feldstärke von E = 1,5 • IO4 V/cm auf.

Beispiel 6

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, der 99,5 Gewichtsprozent eines Gemisches von Zr und Hf bei einem Gewichtsverhältnis von 1 : 2 und 0,5 Gewichtsprozent Rb20 • AI2O3 • 2Si02 enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Pressdruck beträgt 20,43 • 107 N/m2, die Sintertemperatur 1000 K innerhalb von 10 Minuten.

Eine solche erfindungsgemässe Katode weist einen Emissionsstrom von 0,2 mA/cm2 auf. Die Messbedingungen waren den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Beispiel 7

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, der 99,5 Gewichtsprozent Nb und 0,5 Gewichtsprozent Cs20 • AI2O3 • 2Si02 enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Pressdruck beträgt 39,24 • 107 N/m2, die Sintertemperatur 1100 K innerhalb von 8 Minuten.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von 0,2 mA/cm2 auf. Die Messbedingungen waren den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Beispiel 8

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, der 90 Gewichtsprozent Ta und 10 Gewichtsprozent Cs20 • A12Oj • 2Si02 enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Pressdruck beträgt 58,86 • 107 N/m2, die Sintertemperatur 1300 K innerhalb von 10 Minuten.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von 30,5 mA/cm2 auf und eine effektive Austrittsarbeit von cp = 0,75 eV auf. Die Messbedingungen sind den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Beispiel 9

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, der 90 Gewichtsprozent Re und 10 Gewichtsprozent 2Rb20 • A12Oi • 5Si02 enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Pressdruck beträgt 58,86 • 107 N/m2, die Sintertemperatur 1300 K innerhalb von 10 Minuten.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von 7,2 mA/cm2 auf. Die Messbedingungen sind den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Beispiel 10

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, der 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Ta und Re mit einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1- und 10 Gewichtsprozent 2Cs20 • A12C>3 • 5Si02 enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Pressdruck beträgt 58,86 ■ 107 N/m:, die Sintertemperatur 1300 K innerhalb von 10 Minuten.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von 9,3 mA/cm2 bei Zimmertemperatur an der Kathode und einer elektrischen Feldstärke von E = 1,5 • IO4 V/cm auf.

Beispiel 11

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Zr und Nb mit einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 und 10 Gewichtsprozent Cr20 • A1203 • 2Si02 enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Pressdruck beträgt 49,05 • 107 N/m2, die Sintertemperatur 1300 K innerhalb von 10 Minuten.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von 80 mA/ cm2 und eine effektive Austrittsarbeit von (p = 0,71 eV auf. Die Messbedingungen sind den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Beispiel 12

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher 90 Gewichtsprozent Mo und 10 Gewichtsprozent 3Cs20 • A1203 • 6Si02 enthält, wird wie folgt hergestellt.

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Man vermischt pulverförmiges Molybdän, pulverförmiges Zäsiumalumosilikat der genannten Zusammensetzung und Po-lyvinylalkohol in folgendem Gewichts Verhältnis: 85,5 Gewichtsprozent Molybdän, 9,5 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat und 5 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol. Der letztere erfüllt die Funktion eines Weichmachungsmittels, das den Pressvorgang und die Sinterung des Einsatzgutes verbessert. Nach dem Mahlen wird das Einsatzgut unter einem Druck von 74,48 • 107 N/m2 gepresst. Der erhaltene Pressling wird in einem Vakuum von 1,33 • 10~4 mbar bei einer Temperatur von 1400 K innerhalb von 15 Minuten gesintert.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von 0,31 mA/cm2 bei Zimmertemperatur an der Katode und bei der elektrischen Stromstärke von E = 1,5 • IO4 V/cm auf.

Beispiel 13

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher 75 Gewichtsprozent W und 25 Gewichtsprozent 2CS2O ■ 2AI2O3 • 5SÌO2 enthält, wird wie folgt hergestellt.

Man bereitet ein Einsatzgut, welches 71,25 Gewichtsprozent Wolfram, 23,75 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat und 5 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol enthält. Das Einsatzgut wird bei einem Pressdruck von 98,1 • 107 N/m2 gepresst und der erhaltene Pressling in einem Vakuum von 10 4Torr bei einer Temperatur von 1800 K innerhalb von 20 Minuten gesintert.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von 0,11 mA/cm2 auf. Die Messbedingungen sind den in Beispiel 12 beschriebenen analog.

Beispiel 14

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Mo und Ta mit einem Gewichtsverhältnis von 1 : 2 und 10 Gewichtsprozent CS2O • AI2O3 • SÌO2 enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Pressdruck beträgt 58,86 • 107 N/m2, die Sintertemperatur 1300 K innerhalb von 10 Minuten.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von 17,7 mA/cm2 auf. Die Messbedingungen sind den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Beispiel 15

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Hf und Mo mit einem Gewichtsverhältnis von 1 : 2 und 10 Gewichtsprozent 2Rb2Ü • 2AI2O3 ■ 5SÌO2 enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Pressdruck beträgt 49,05 • 107 N/m2, die Sintertemperatur 1300 K innerhalb von 20 Minuten.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von 4,5 mA/cm2 auf. Die Messbedingungen sind den in Beispiel 12 beschriebenen analog.

In der in Fig. 2 dargestellten Gasentladungsröhre, die insbesondere als Lichtblitzröhre verwendet wird, verwendet man zweckmässig eine nach Beispiel 2 hergestellte erfindungsgemässe Katode 1.

Jedoch kann eine auf der Basis einer beliebigen der oben beschriebenen Katoden mit Erfolg hergestellt werden.

Das Prinzip des Betriebs der genannten, auf der Basis der erfindungsgemässen Katode 1 ausgeführten Gasentladungsröhre besteht in folgendem.

Man ionisiert vorher das in dem Kolben 2 der Röhre enthaltene Gas nach einem beliebigen bekannten Verfahren. Man legt beispielsweise an den durchsichtigen leitenden Überzug in dem Kolben 2 einen Anlassimpuls mit einer Spannung, an, deren Grösse für die Ionisation des Gases ausreichend ist. Dann legt man an die Katode 1 und die Anode 3 der Röhre eine elektrische Spannung in Form von Impulsen mit einer Amplitude an, die der Zündspannung gleich ist oder diese übersteigt. Unter der Wirkung der Spannung werden von der Katode Elektronen emittiert, welche in dem Zwischenelektrodenraum eine von einer intensiven Lichtemission begleitete elektrische Entladung, das heisst einen Lichtblitz erzeugen.

Die Entladungszündspannung in der erfindungsgemässen Röhre und die Betriebsspannung dieser Röhre ist der Austrittsarbeit der in dieser verwendeten Katode erfindungsgemäss direkt proportional, weshalb die genannten elektrischen Pararne- • ter in der Röhre um so geringer sind, je weniger die Austrittsar-beit der Katode ist. Ihrerseits verringern die Senkung der Zündspannung und der Betriebsspannung der Gasentladungsröhre die Wärmebelastung der Katode während ihres Betriebs.

Somit werden die elektrischen Parameter der Gasentladungsröhre durch die Grösse der Austrittsarbeit der in dieser verwendeten Katode bestimmt.

Es ist in den oben angeführten Beispielen gezeigt, dass die erfindungsgemässe Katode eine Austrittsarbeit bei Zimmertemperatur an der Katode von weniger als 1 eV aufweist, wodurch ihre hohe Emissionssfähigkeit bedingt ist. Das ist darauf zurückzuführen, dass das aus dem Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat bestehende emissionsaktive Material eine niedrige Austrittsarbeit (etwa 1 eV) aufweist, bedingt durch das Vorliegen von Ionen der Alkalimetalle Zäsium bzw. Rubidium. Diese Ionen sind in den Zwischengitterstellen der Alumosilikate gleichmässig verteilt und durch ihre elektrostastischen Kräfte fest zusammengehalten. Deshalb ist die Verdampfung des Alkalimetalls, des Zäsiums und Rubidiums, von der Katode erfindungsgemäss unbedeutend, wodurch die hohe Stabilität ihrer Emissionskennwerte während längeren Betriebs sowie eine grosse Lebensdauer der Gasentladungsröhren, in denen sie verwendet werden, bedingt ist.

Eines der konkreten Beispiele für die Ausführung der erfindungsgemässen Röhre stellt eine Lichtblitzröhre, ausgelegt für eine Lichtblitzenergie von 15 J, dar. Der Kolben 2 dieser Röhre weist einen Innendurchmesser von 2 mm und einen Abstand zwischen der Katode 1 und der Anode 3 von 16 mm auf und ist mit dem ionisierbaren Gas Xenon bis zu einem Druck von 799 mbar gefüllt. Die erfindungsgemässe Katode 1 ist in Übereinstimmung mit dem Beispiel 2 hergestellt und weist einen Aus-sendurchmesser von 1,5 mm auf.

Eine solche Röhre weist eine Zündspannung von 180 V (bei einer Anlassimpulsspannung von 4,5 kV) und eine Betriebsspannung von 200 V bei einem Entladungsstrom von 500 A auf. Nach 40 000 Lichtblitzen bleiben diese Parameter unverändert.

Eine andere Variante der erfindungsgemässen Röhre ist die Lichtblitzröhre, ausgelegt für eine Lichtblitzenergie von 40 J. Der Kolben 2 dieser Röhre weist einen Innendurchmesser von 3,2 mm, einen Abstand zwischen der Katode 1 und der Anode 3 von 30 mm auf und ist mit dem ionisierbaren Gas Xenon bei einem von 306,6 bis 333,3 mbar gefüllt. Die nach dem Beispiel 2 hergestellte erfindungsgemässe Katode 1 weist einen Aussen-durchmesser von 2,4 mm auf.

Eine solche Röhre weist eine Zündspannung von 80 V (bei einer Anlassimpulsspannung von 4,5 kV) und eine Betriebsspannung von 110 V bei einem Entladungsstrom von 500 A auf. Nach 40 000 Lichtblitzen bleiben diese Parameter unverändert.

Ein Vorteil der erfindungsgemässen Katode ist der einmalig niedrige Wert der Austrittsarbeit: <p = 0,6 bis 0,9 eV bei Zimmertemperatur. Dadurch wird es möglich, von der Katode hohe Emissionsströme bis zu 100 mA/cm2 bei einer elektrischen Feldstärke von 2 • 104 V/cm abzunehmen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemässen Katode ist ihre ausserordentlich hohe Beständigkeit gegen die Wirkung des Ionenbeschusses. So bleibt beispielsweise beim Betrieb der Katode in Lichtblitzröhren mit recht hohem Druck des ionisierbaren Gases (799 mbar) ihre Emissionsfähigkeit auf dem ursprünglichen Niveau nach 40 000 Lichtblitzen, während eine merkliche

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Degradation der Katode erst nach 65 000 Lichtblitzen einsetzt. Es soll bemerkt werden, dass der Sinterkörper einer solchen Katode 85 bis 90% Nickel enthält, das sich unter allen in den gewöhnlich verwendeten Sinterkatoden verwendeten Metallen besonders leicht zerstäuben lässt. Bei der Verwendung in dem Sinterkörper der erfindungsgemässen Katode von Metallen mit höherem Schmelzpunkt wie Tantal, Wolfram und dergleichen ihre Beständigkeit gegen die Wirkung des Ionenbeschusses wesentlich höher wird.

Die oben genannten Vorteile der Katode gestatten es, auf ihrer Grundlage Gasentladungsröhren mit hohen Betriebsparametern wie hohe Lichtausbeute, niedrige Zündspannung, geringe Abmessungen bei einer hohen Lebensdauer zu erhal-5 ten. So weist beispielsweise eine erfindungsgemässe Lichtblitzröhre mit einer Lichtblitzenergie von 15 J eine Zündspannung von 180 V, eine Grösse des leuchtenden Teiles von 2 x 16 mm und eine Lebensdauer von mehr als 40 000 Lichtblitzen auf.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. Katode, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, der ein Metall von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemisch dieser Metalle und ein emissionsaktives Material enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das emissionsaktive Material Zäsiumalumo-silikat oder Rubidiumalumosilikat enthält.
2. 2. Katode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper 0,5 bis 25 Gewichtsprozent Zäsiumalumosili-kat oder Rubidiumalumosilikat und als Rest ein Metall von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemisch dieser Metalle enthält.
3. 3. Katode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat eine Zusammensetzung aufweist, die durch die folgende Formel ausgedrückt ist:

   xM20 • yAl203 • ZSÌO2 ,

   worin

   M Cs oder Rb bedeuten, x = 1 bis 3, y = 1 bis 2, z = 1 bis 6 ist.
4. 4. Katode nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper 85 Gewichtsprozent Nickel und 15 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat, dessen Zusammensetzung der Formel CS2O • AI2O3 • 2SÌO2 entspricht, enthält.
5. 5. Katode nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper 85 Gewichtsprozent Nickel und 15 Gewichtsprozent Rubidiumalumosilikat, dessen Zusammensetzung der Formel Rb20 ■ AI2O3 • 2SÌO2 entspricht, enthält.
6. 6. Katode nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper 90 Gewichtsprozent Tantal und 10 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat, dessen Zusammensetzung der Formel CS2O • AI2O3 • 2SÌO2 entspricht, enthält.
7. 7. Katode nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sinterkörper 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Zirkonium und Niob bei einem Gewichtsverhältnis 1 : 1 und 10 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat, dessen Zusammensetzung der Formel CS2O • AI2O3 • 2SÌO2 entspricht, enthält.
8. 8. Gasentladungsröhre, welche einen mit einem ionisierbaren Gas gefüllten Kolben' (2) und zwei in dem Kolben (2) in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete Elektroden enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Elektroden, die als Katode (1) dient, einem der Ansprüche 1 bis 7 entspricht.