DE1015941B - Vorratskathode und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung befaßt sich mit Vorratskathoden, deren aktives Kathodenmaterial durch eine gepreßte und gesinterte Masse der gemischten Pulver von Nickel oder Kobalt und emissionsfähigen Erdalkaliverbindungen gebildet ist.

Es sind bereits Vorratskathoden bekannt, die durch Mischen von Nickelpulver mit Verbindungen von Barium, Strontium od. dgl. und nachträglichem Sintern gebildet sind. Es ist auch bekannt, an Stelle des Nickelpulvers Wolframpulver zu verwenden. Bei derartigen Kathoden ist die Porengröße durch die ganze Schichtdicke der Kathode gleichmäßig. Dies kann dazu führen, daß zuviel Barium von der Oberfläche der Kathode abdampft, was wiederum zu Isolationsschwierigkeiten innerhalb der Röhre führen kann.

Um diese Nachteile zu vermeiden und die Diffusionsmenge und damit auch die Verdampfungsmenge des Bariums von der Oberfläche der Kathode möglichst klein zu halten, ist bei Vorratskathoden, deren aktives Kathodenmaterial durch eine gepreßte und gesinterte Masse der gemischfei Pulver von Nickel oder Kobalt und emissionsfähigen Erdalkaliverbindungen gebildet ist, nach der Erfindung die Porosität des gesinterten Materials an der Kathodenoberfläche kleiner als im Inneren. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Oberflächenschicht mit genügend aktiviertem Material versehen wird, ohne daß jedoch die Verdampfungsmenge von der Oberfläche so groß ist, daß Schädigungen der Röhre auftreten können.

An Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnungen sei die Erfindung im folgenden näher erläutert:

Eine Kathode, bei der die Porosität des gesinterten Materials geändert ist, so daß die Porosität vergleichsweise an der Oberfläche klein und im Inneren größer ist, ist in Fig. 1 wiedergegeben. In dem Zylinder 6 aus Nickel oder anderem widerstandsfähigem Material, ζ. Β. Molybdän, Tantal, Wolfram, Nickeleisen u. dgl., ist ein zusammengesetzter Pfropfen 9 untergebracht. Der Pfropfen besteht aus vier Schichten von aktivem Material. Die Schicht 10 enthält 40% Erdalkalikarbonat in der ursprünglichen Pulvermischung, die Schicht 11 20% und die Schichten 12 10% Karbonate. Die Porengröße wird mit größerem Prozentsatz an Karbonat größer. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den Pulvermischungen Zirkonhydrid als Reduktionsmittel beizufügen. Die untere Oberfläche des Pfropfens wird durch eine Schicht 13 aus Nickelpulver ohne Zumischung irgendwelchen emissionsfähigen Materials gebildet. Jede dieser Schichten kann in der Dicke beispielsweise zwischen 0,25 und 0,5 mm variieren. Die Herstellung der Kathode der Fig. 1 kann so er-Vorratskathode und Verfahren
zu ihrer Herstellung

Anmelder:

International Standard Electric Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

ίο Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 14. August 1953
15

Arnold Hugh William Beck, Alan Butler Cutting,
Alan Douglas Brisbane und George King, London,
_ä0 sind als Erfinder genannt worden

folgen, daß die verschiedenen Schichten nacheinander gemacht werden, beispielsweise so¹: Zuerst wird in der Hülle 6 eine geeignete Trageplatte angebracht und darauf Nickelpulver angeordnet, aus welchem die Schicht 13 gebildet werden soll, dann Zusammenpressen dieser Schicht, dann Hinzufügen der nächsten Schicht von aktivem Material und darauffolgendes Pressen usf., bis der Pfropfen gebildet ist. Danach wird aktiviert. Es ist möglich, die losen Pulver nacheinander einzufüllen und den Pfropfen in einem einzigen Arbeitsgang zu verdichten. Die Schicht 13 aus Nickelpulver verhütet im wesentlichen die Emission in den Heizerraum. Auf Wunsch kann sie durch eine feste Metalltrageplatte ersetzt werden.

Um eine kleinere Austrittsarbeit auf der Kathodenoberfläche als bei den bereits beschriebenen Kathoden zu erhalten, wurden Versuche unternommen, und befriedigende Resultate mit einer porösen Oberflächenschicht eines Metalls mit kleinerer Austrittsarbeit als Nickel oder Kobalt in Verbindung mit einem Propfen oder einer Schicht aus aktivem Material erreicht. In Fig. 2 hat die Kathode eine äußere Schicht 14 aus gesintertem Metall mit kleinerer Austrittsarbeit, beispielsweise Tantal, Wolfram, Zirkon, Titan, Thorium oder Silizium. Bei der Herstellung dieses Ausführungsbeispiels wird die Schicht 14 zuerst geformt und getrennt gesintert. Die Schicht 14, das aktive Material des Pfropfens 7 in der ursprünglichen Pulverform und die Trageplatte 8 werden in die Hülle 6 eingeführt und zusammengepreßt. Die Kathode wird dann in der bereits beschriebenen Weise weiterbehandelt. In einer

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Mehrschichtkathode, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist, kann die äußere Schicht 14 der Fig. 2 die obere Schicht 12 der Fig. 1 mit 10% Karbonatmischung enthalten oder sie ersetzen.

Die Kathoden werden mit Heizern versehen und entweder zusammen mit den anderen Elektroden, mit welchen sie zusammenarbeiten sollen, oder jede für sich mit einer geeigneten Anode, also als Dioden, aktiviert. Nach der Aktivierung werden die Kathoden den Dioden wieder entnommen. Die so- zusammengesetzten Röhren werden auf ein Pumpaggregat in der üblichen Weise aufgesetzt und 1 Stunde lang bei einer Temperatur zwischen 350 und 400° C ausgeheizt. Bei Anwesenheit einer Schutzschicht findet dabei eine beachtliche Gasentwicklung statt. Nach dem Ausheizen werden die Anoden und die anderen Elektroden in der üblichen Weise durch Temperaturerhöhung ausgeheizt und während der nachfolgenden Umwandlung der Karbonate in die Oxyde, welche durch Temperaturerhöhung bis zum Aufhören der Kohlendioxydentwicklung erfolgt, auf höherer Temperatur gehalten. Nachdem die Umwandlung der Karbonate in die Oxyde vollständig ist, wird die Kathodentemperatur etwas erniedrigt und van der Kathode ein Elektronenstrom durch Anlegen geeigneter Spannungen an die Anode und die anderen Elektroden gezogen. In dieser Anfangsstufe der Aktivierung kann die Kathode leicht vergiftet werden^ wenn eine zu hohe Stromdichte von ihr gezogen wird. Bei niedrigeren Stromdichten wächst die thermische Emission mit der Zeit auf einen Wert, welcher von der Stromdichte abhängt. Die Kathode wird daher aktiviert, bis die gewünschte Dichte erreicht ist, durch Abziehen des Maximalstromes, welcher vom Aktivierungszustand der Kathode und der Temperatur abhängt. Dadurch wird die obenerwähnte Vergiftung vermieden. Die Aktivierung hat keine beträchtliche Gasabgabe zur Folge und kann, wenn gewünscht, nachdem die Röhre abgeschmolzen ist, ausgeführt werden, vorausgesetzt, in der Röhre ist ein Getter untergebracht, welches vor der Aktivierung abgeschossen wird.

Während des Aktivierungsprozesses wird das aktive Material gesintert. Nach der Aktivierung sind die Kathoden ganz stabil und können der Atmosphäre, ohne permanente Vergiftung zu erleiden, ausgesetzt werden. Daher können die Kathoden, falls gewünscht, in Dioden aktiviert werden, denen sie dann entnommen werden. Der Aktivierungsprozeß erfaßt die ganze Dicke des aktiven Materials, und dieses kann in diesem Stadium mechanisch bearbeitet, z. B. geschliffen werden, falls es erforderlich sein sollte. Da die Oberfläche nun gesintert ist, kann sie leichter bearbeitet werden als vor der Aktivierung und ohne dauernde Verschlechterung. Trotzdem kann, wie bereits früher erwähnt, das aktive Material vor dem Aktivierungsprozeß, wenn gewünscht, bearbeitet werden, obgleich keine so gut polierte Oberfläche erhalten werden kann, als wenn die Bearbeitung nach der Aktivierung vorgenommen wird. Das aktivierte und gesinterte Material kann auch geschweißt werden.

Nachdem solche Schweiß- oder Bearbeitungsvorgänge erfolgt sind, wird die Kathode in der Entladungsröhre, in der sie verwendet werden soll, angeordnet. Die Röhre· wird in normaler Weise entgast; für die Kathode ist nur ein kurzer Reaktivierungsprozeß erforderlich.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde Nickelpulver in dem aktiven Material verwendet. Es hat sich gezeigt, daß, wenn gewünscht, das Nickelpulver durch Kobalt ersetzt werden kann.

Die Kathoden gemäß der Erfindung ergeben für eine bestimmte Betriebstemperatur Werte der Emissionsdichte, welche beträchtlich größer sind, als sie für andere Arten von Vorratskathoden bekannt sind> oder —■ anders ausgedrückt — sie ergeben die gleiche Emission wie bekannte Arten, aber bei niedrigerer Temperatur.

Lebensdauerversuche ergaben, daß sehr lange Lebensdauern sogar bei beachtlich hohen Emissionsdichten erreicht wurden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorratskathode, deren aktives Kathodenmaterial durch eine gepreßte und gesinterte Masse der gemischten Pulver von Nickel oder Kobalt und emissionsfähigen Erdalkaliverbindungen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Porosität des gesinterten Materials an der Kathodenoberfläche kleiner als im Inneren ist.

2. Vorratskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Erdalkaliverbindungen zum Metallpulver nach der Emissionsoberfläche' hin abnimmt.

3. Vorratskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht eines gesinterten Metalls mit kleinerer Austrittsarbeit als Nickel oder Kobalt in festem Kontakt mit der äußeren Oberfläche ist.

4. Vorratskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den gemischten Pulvern als Reduktionsmittel Zirkonhydrid zugesetzt ist.

5. Vorratskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des aktiven Materials mechanisch bearbeitet ist.

6. Verfahren zur Herstellung einer Vorratskathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode· zuerst

als Kathode einer Diode aktiviert, dann der Diode entnommen wird und mit ihrem zugehörigen Entladungsgefäß vereinigt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 543 439; »Journal of applied physics«, Vol. 24, 1953, S. 233.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©709 697/337 9.57