DD228393A5

DD228393A5 - Oxidkathode

Info

Publication number: DD228393A5
Application number: DD84271170A
Authority: DD
Inventors: Johannes Van Esdonk; Jacobus Stoffels; Jan Hasker
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1983-12-22
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1985-10-09
Also published as: ES538796A0; GB2151842B; NL8304401A; DE3444333A1; IT1177459B; GB8431843D0; IT8424131A0; IT8424131A1; GB2151842A; FR2557356A1; ES8608731A1; US4904897A; JPS60154430A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Oxidkathode mit einer Basis, die im wesentlichen aus Titan besteht, und einem mit Aluminiumoxid bedeckten Heizelement zum Erwaermen dieser Basis, auf der eine Erdalkalimetalloxid enthaltende poroese Schicht angebracht ist. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Oxidkathode, mit der das Problem, dass eine chemische Unstabilitaet des Titans in Beruehrung mit Aluminiumoxid besteht, ueberwunden wird. Erfindungsgemaess ist die Titanbasis an ihrer dem Heizelement zugewandten Seite mit einer Schicht aus zumindest einem Metall oder einer Legierung von Metallen aus der Gruppe Platin, Molybdaen, Tantal und Wolfram bedeckt. Vorzugsweise besteht die Schicht aus reinem Wolfram und wird mit Hilfe des "chemical vapour deposition" (CVD)-Verfahrens angebracht. Die Schicht hat vorzugsweise eine Dicke von 1 bis 10 mm. Figur

Description

Berlin, den 19.4,1985

AP H Ol 0/271 170 64 731/12

Oxidkathodö

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Oxidkathode mit einer Basis, die im wesentlichen aus Titan besteht, und einem mit Aluminiumoxid bedeckten Heizelement zum Erwärmen dieser Basis, auf der eine Erdalkalimetalloxid enthaltende poröse Schicht angebracht ist.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eine Oxidkathode mit den oben angegebenen Merkmalen ist aus der EP-OS 0059491 bekannt, die als hierin aufgenommen betrachtet werden kann. Darin ist gesagt, daß for die elektrische Isolierung zwischen dem Heizelement und der Basis durchweg Aluminiumoxid verwendet wird, daß sie doch nicht chemisch stabil bei Berührung mit Titan ist, so daß während der Lebensdauer der Kathode Isolierprobleme auftreten können. Mit Hinblick auf die Stabilität und andere thermische und elektrische Eigenschaften ist Berylliumoxid ein sehr geeignetes Isoliermaterial. Ein Nachteil ist jedoch, daß es äußerst giftig ist. Ein anderes geeignetes Isoliermaterial ist Yttriumoxid. -Dieses hat wieder den Nachteil, daß es sich viel schwerer als Aluminiumoxid auf einem Wolframheizelement anbringen läßt.

Weiterhin ist in der NL-PS 153 018 eine indirekt geheizte Kathode beschrieben, dia mit einem mit Aluminiumoxid bedeckten Heizelement und mit einer Basis versahen ist, dia

zumindest an ihrer dem Heizelement zugewandten Seite aus Molybdän besteht. Zur Vermeidung der Diffusion des Molybdäns in das Aluminiumoxid und dadurch von Isolierproblemen, insbesondere wenn ein Potentialunterschied von mehr als 400 V zwischen der Basis und dem Heizelement auftritt, wobei die Basis gegen das Heizelement positiv ist, wird eine zumindest 3 fim dicke Schicht aus zumindest einem der Metalle der Platingruppe auf dem Molybdän der Basis angebracht. Dedoch ist in dieser Patentschrift nicht die Rede von einer Titanbasis. Auch wird eine Lösung für ein ganz anderes Problem gegeben, insbesondere die Diffusion von Molybdän in Aluminiumoxid.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Oxidkathode, mit der das Problem, daß eine chemische Unstabilität des Titans in Berührung mit Aluminiumoxid besteht, überwunden wird,

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Oxidkathode zur Verfügung zu stellen mit einer Basis, die im wesentlichen aus Titan besteht, und einem mit Aluminiumoxid bedeckten Heizelement, in dem eine Reaktion des Aluminiumoxids mit Titan nicht auftritt.

Diese Aufgabe wird bei einer Oxidkathode mit einer Basis, die im wesentlichen aus Titan besteht, und einem mit Alu-

miniumoxid bedeckten Heizelement zum Erwärmen dieser Basis, auf der eine Erdalkalimetalloxid enthaltende poröse Schicht angebracht ist, erfindungsgemäS dadurch gelöst, da$ die Titanbasis an ihrer dem Heizelement zugewandten Seite mit einer Schicht aus zumindest einem Metall oder einer Legierung von Metallen aus der Gruppe Platin (Pt), Molybdän (Mo), Tantal (Ta) und Wolfram (VV) bedeckt ist.

Die vorliegende Erfindung gibt eine Lösung für das Problem, das bei Titankathoden durch die chemische (.Instabilität des Titans in Berührung mit Aluminiumoxid auftritt. Bei der verhältnismäßig niedrigen Betriebstemperatur von Titankathoden, 700 ⁰C statt 800 ⁰C oder darüber, ist auch Molybdän, das bei höheren Temperaturen Isolierprobleme ergeben könnte, wie es sich aus der NL-PS 153 018 gezeigt hat, dazu geeignet, als Trennschicht zwischen Aluminiumoxid und Titan zu dienen, Der Vorteil eines Metalls als Trennschicht besteht darin, daß es sich einfach, beispielsweise durch Aufdampfen, Kathodenzerstäubung oder auf galvanischem Weg anbringen läSt, Die Metalle sind stabil in bezug auf Aluminiumoxid (Al₂O-) und eignen sich daher als Trennschicht zwischen Titan und dem Glühdraht zur Vermeidung von Reduktion der Aluminiumoxid-Glühfaden-Isolierung. Diffusion der Metalle in das Titan der häufig becherförmigen Kathodenbasis könnte während der Lebensdauer einerseits zu einer, die Emission beeinträchtigenden Blockierungsschicht zwischen dem Titan und dem Erdalkalioxid und zum anderen zum Verschwinden der Trennschicht zwischen dem Titan und der Glühfadenisolierung führen. Durch de geringe Diffusion von Wolfram in Titan ist es besonders vorteilhaft, Wolfram für die Trennschicht zu verwenden. Mit

Hilfe des "chemical vapour deposition"-Verfahrens läßt sich die Schicht auf einfache Weise an der Innenseite von Titankathodenschäften anbringen. Ein anderer Vorteil der CVD-Bedeckung besteht darin, daß bis zu einer verhältnismäßig großen Schichtdicke von etwa 10 um keine Störung durch den Unterschied in der Ausdehnung beim Erwärmen (zwischen Titan und Wolfram) erfahren wird. Oie gewonnene, gut haftende, mehr oder weniger poröse Schicht ist flexibel genug zum Auffangen dieses Unterschieds, so daß Abschieferung vermieden wird. Es sei bemerkt, daß sich die Vorteile dieser Textur selbstverständlich nicht auf Wolfram beschränken.

Wie bereits oben erwähnt, ist es möglich, jede Katfiodenbasis mit einer derartigen Schicht auszurüsten. Eine andere Möglichkeit ist die Herstellung der Basis aus TitanplattanmatarJal, das mit einer Schicht aus einem Metall oder einer Legierung aus der erwähnten Gruppe bedeckt ist. Es ist beispielsweise möglich, eine becherförmige Basis mit einem Tiefziehverfahren aus dem erwähnten Plattenmaterial herzustellen. Mit Hilfe des CVD-Verfahrens ist es jedoch auch möglich, eine becherförmige Basis aus Titan an der Innenseite mit einer Schicht zu bedecken, wodurch die Möglichkeit von Beschädigungen verringert wird. Schichten mit einer Dicke von 1 bis 10 ^im haben sich als besonders geeignet erwiesen.

AusfOhrungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert.

In der beiliegenden Zeichnung ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäSe Kathode dargestellt.

Beispiel 1:

Diese Kathode besteht aus einer Basis 1 aus Titan in Form eines Bechers mit einer Länge von 2,2 mm und einem Durchmesser von 1,8 mm« Die Dicke der Wand 2 dieses Bechers ist 40 ^jm. Auf der Außenseite des Bodens 3 befindet sich nach dem Ausheizen und Aktivieren in Vakuum eine poröse Schicht 4 aus Bariumoxid (BaO) und Strontiumoxid (SrO) und ggf. Calciumoxid (CaO). In der becherförmigen Basis ist ein Wolframheizfaden 5 angebracht, der mit Aluminiumoxid 6 bedeckt ist. Die Innenseite der becherförmigen Basis 1 ist mittels des CVD-Verfahrens mit einer 2 ^im dicken Wolframschicht 7 bedeckt, so daß das Titan der Basis 1 das Aluminiumoxid nicht reduzieren kann. Die Diffusion des Wolframs in das Titan der Basis 1 ist so gering, daß sich zwischen der Schicht 4 und dem Boden 3 der becherförmigen Basis 1 während der Lebensdauer der Kathode keine Sperrschicht bildet,

Beispiel 2;

Es ist auch möglich, die in der Figur dargestellte Kathode aus Titanplattenraaterial herzustellen, das vorzugsweise galvanisch mit einer 5 ym dicken Platinschicht bedeckt ist. Nach dem Tiefziehen der becherförmigen Basis 1 aus dem bedeckten Plattenmaterial wird durch das Anbringen des Emitters und des mit Aluminiumoxid 6 bedeckten Heizdrahtes 5 die Kathode erhalten. Die Platinschicht verhindert, daß das Titan der Basis 1 das Aluminiumoxid 6 reduziert.

Claims

Erfindungsanspruch

1. Oxidkathode rait einer Basis, die im wesentlichen aus Titan besteht, und mit einem mit Aluminiumoxid bedeckten Heizelement zum Erwärmen dieser Basis, auf der eine Erdalkalimetalloxid enthaltende poröse Schicht angebracht ist, gekennzeichnet dadurch, daß die Titanbasis (1) an ihrer dem Heizelement (5; 6) zugewandten Seite mit einer Schicht (7) aus zumindest einem Metall oder einer Legierung von Metallen aus der Gruppe Platin (pt), Molybdän (Mo), Tantal (Ta) und Wolfram (VV) bedeckt ist.
2. Oxükathode nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Schicht (7) aus reinem Wolfram besteht»
3. Qxidkathode nach Punkt 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß die erwähnte Schicht (7) mittels des "chemical vapour deposition" (CVD)-Verfahrens angebracht ist«
4. Oxidkathode nach einem der vorangehenden Punkte, gekennzeichnet dadurch, daß die Schicht (7) 1 bis 10 um dick ist.

Hierzu 1 Saite Zeichnungen