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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Entladungslampen vom Kurzbogentyp und speziell auf Kurzbogen-Entladungslampen, bei denen an der Kathode ein Emitterteil vorgesehen ist, das Thoriumoxid enthält.
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Da Entladungslampen vom Kurzbogentyp, die Quecksilber enthalten, eine kurze Distanz zwischen den Spitzenenden eines Paares von Elektroden aufweisen, die einander gegenüberliegend in einer lichtemittierenden Röhre angeordnet sind und nahezu Punktlichtquellen darstellen, werden sie herkömmlich als Lichtquelle von Beleuchtungsgeräten verwendet, die durch Kombination mit einem optischen System eine effiziente Fokussierung erzielen. Kurzbogen-Entladungslampen, die Xenon enthalten, kommen ferner als Lichtquellen für sichtbares Licht in Projektoren und ähnlichen Geräten und in letzter Zeit auch als Lichtquellen für das digitale Kino zur Anwendung.
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Unter diesen Entladungslampen vom Kurzbogentyp sind Lampen bekannt, die so ausgelegt sind, dass sie eine stärkere Elektronenemission erreichen, indem an ihrer Kathode ein Emittermaterial vorgesehen ist. Eine derartige Entladungslampe mit zusätzlichem Emittermaterial ist aus
DE 10 2007 013 583 A1 bekannt. In dieser Hinsicht wurden in letzter Zeit unter dem Aspekt der Einsparung knapper Ressourcen an Elementen der seltenen Erden Einschränkungen für die Verwendung von Thorium als Emittermaterial festgelegt, so dass die Forderung heute lautet, den Einsatz großer Mengen dieser Elemente zu vermeiden. Zudem ist Thorium eine radioaktive Substanz, und der Umgang mit solchen Stoffen ist durch gesetzliche Vorschriften eingeschränkt.
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In Anbetracht dieser Gegebenheiten wurden verschiedene Entladungslampen entwickelt, die so konfiguriert sind, dass nur das Spitzenende der Kathode Emittermaterial enthält. In der
JP 2010-033 825 A wird die Konfiguration der Kathode einer solchen bekannten Kurzbogen-Entladungslampe beschrieben.
4 veranschaulicht diese herkömmliche Technik, wobei
4(a) eine Gesamtansicht der Lampe vom Kurzbogentyp und
4(b) die Konfiguration ihrer Kathode zeigt. Wie in
4(a) zu sehen ist, sind eine Anode
11 und eine Kathode
12 aus Wolfram einander gegenüberliegend im Inneren einer lichtemittierenden Röhre
10 einer Entladungslampe vom Kurzbogentyp
1 angeordnet. Eine lichtemittierende Substanz wie z. B. Quecksilber oder Xenon ist in der lichtemittierenden Röhre
10 eingeschlossen. In dieser Zeichnung ist ein Zustand dargestellt, in dem die Entladungslampe
1 vom Kurzbogentyp vertikal angeordnet ist; je nach Verwendungszweck gibt es jedoch auch horizontal betriebene Lampen. Die Konfiguration der Kathode in dieser Lampe ist in
4(b) dargestellt. Die Kathode
12 besteht aus einem Kathoden-Hauptteil
12b aus hochreinem Wolfram und einem einstückig mit diesem geformten Emitterteil
12a. In diesen Emitterteil
12a wurde eine Emittersubstanz wie zum Beispiel Thoriumoxid in Wolfram eingebracht. Wird in dieser Art von Lampen Thorium als Emittersubstanz verwendet, so wird das im thorierten Wolfram des Spitzenendes der Kathode enthaltene Thoriumoxid aufgrund der hohen Temperatur, die sich an der Kathodenoberfläche entwickelt, zu Thoriumatomen reduziert, die an die Außenfläche der Kathode diffundieren und zum Spitzenende hin wandern, wo die Temperatur hoch ist. Hierdurch können die Austrittsarbeit verringert und das Elektronenemissionsverhalten verbessert werden.
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Im vorgenannten Beispiel gemäß dem Stand der Technik ist allerdings die Emittersubstanz, die zur Verbesserung des Elektronenemissionsverhaltens beiträgt, auf die Emittersubstanz beschränkt, die in einer sehr flachen Region der Außenfläche des Spitzenendes der Kathode enthalten ist. Ursprünglich verdampft die Emittersubstanz aufgrund der Hitze an der Außenfläche des Spitzenendes der Kathode und wird dabei verbraucht; es ist jedoch zu erwarten, dass Emittersubstanz wegen der Konzentrationsdiffusion vom Inneren der Kathode zugeführt wird. Es gibt jedoch das Phänomen, dass die durch die Konzentrationsdiffusion vom Inneren der Kathode, wo eine niedrigere Temperatur herrscht, hervorgerufene Zufuhr im Vergleich zu der Menge unzureichend wird, die auf der Außenfläche, wo die höchste Temperatur herrscht, verbraucht wird, und dass die zugeführte Menge die verbrauchte Menge nicht ausgleichen kann. Somit kommt es selbst dann, wenn eine große Menge der Emittersubstanz im Inneren der Kathode enthalten ist, zu dem Phänomen, dass auf der Oberfläche der Kathode ein Mangel an Emittersubstanz herrscht. Bei der vorgenannten bekannten Technik besteht daher das Problem, dass im Spitzenende der Kathode zwar eine Emittersubstanz enthalten ist, aber nicht ausreichend genutzt wird, und dass sich die Elektronenemissionseigenschaften verschlechtern und ein Flackern auftritt, wenn das Emittermaterial am Spitzenende der Kathode aufgebraucht ist.
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In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme des Standes der Technik hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine Entladungslampe vom Kurzbogentyp bereitzustellen, bei der eine Kathode und eine Anode einander gegenüberliegend im Inneren einer lichtemittierenden Röhre angeordnet sind und die Kathode aus einem Hauptteil mit Wolfram als Hauptbestandteil und einem aus thoriertem Wolfram bestehenden Emitterteil am Spitzenende des Hauptteils besteht, wobei eine Verknappung der Emittersubstanz auf der Kathodenoberfläche dadurch vermieden wird, dass eine effektive Nutzung der im inneren Teil der Kathodenspitze enthaltenen Emittersubstanz angestrebt wird, wobei die Elektronenemissionseigenschaften trotz der Reduktion des Emittersubstanz-Nutzungsgrades über lange Zeit aufrechterhalten werden, weil diese Reduktion durch eine ausreichende Nutzung der Emittersubstanz ausgeglichen wird, und wobei eine Verlängerung der Flackerbeständigkeit der Lampe beabsichtigt wird.
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Die vorgenannte Aufgabe wird durch eine Entladungslampe vom Kurzbogentyp mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ferner ist in einer bevorzugten Ausführungsform eine Carbidschicht an der Seite der Kathode gebildet.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Emitterteil an einem Spitzenende des Hauptteils durch Schweißen, Löten, Reibschweißen oder Diffusionsbonden befestigt, wobei unter Diffusionsbonden verstanden wird, dass Metalle übereinander angeordnet werden und anschließend erwärmt und im festen Zustand unterhalb des Schmelzpunktes der Metalle zusammengepresst werden.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der Hauptteil und der Emitterteil der Kathode durch Diffusionsbonden miteinander verbunden.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der Hauptteil der Kathode aus reinem Wolfram.
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In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht der Hauptteil der Kathode aus dotiertem Wolfram, das ein Metalloxid enthält.
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Das Metalloxid ist vorzugsweise ein Oxid von mindestens einem der Elemente Thorium, Cer, Rhenium und Lanthan.
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Da gemäß der vorliegenden Erfindung Wolframcarbid an der Spitzenendfläche des Thoriumoxid enthaltenden Emitterteils gebildet ist, diffundiert Kohlenstoff (C) aus der Carbidphase in das Innere der Kathode, also in das Innere des Emitterteils, die Reduktionsreaktion des Thoriumoxids im Emitterteil wird gefördert, und das im Inneren der Kathode enthaltene Thoriumoxid wird effektiv genutzt. Weil der Sauerstoff, der aufgrund der Reduktionsreaktion des Thoriumoxids im Emitterteil entsteht, schnell in den Hauptteil der Kathode mit einer niedrigen Sauerstoffkonzentration diffundiert, wird die Reduktionsreaktion des Thoriumoxids im Emitterteil in Verbindung mit dem Diffusionseffekt des Kohlenstoffs zusätzlich gefördert. Infolgedessen tritt eine Verarmung des Thoriumoxids an der Oberfläche des Kathoden-Emitterteils nicht auf, so dass sich trotz der Einschränkungen bei der Verwendung der Emittersubstanz eine Lampe mit langer Flackerbeständigkeit realisieren lässt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert. In den beispielhaften und rein schematischen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile.
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1 ist eine schematische Gesamtansicht der Konfiguration der Kathode einer Entladungslampe gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 ist eine schematische Schrägansicht des oberen Teils der Kathode von 1.
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3 ist eine Ansicht zur Erläuterung der Vorgänge an der Kathode gemäß der vorliegenden Erfindung.
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4(a) ist eine schematische Gesamtansicht einer bekannten Entladungslampe, und 4(b) zeigt die Konfiguration der Kathode dieser Lampe.
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1 zeigt die Konfiguration der Kathode, die in der Entladungslampe vom Kurzbogentyp gemäß der vorliegenden Erfindung zur Anwendung kommt. Die Kathode 2 besteht aus einem Hauptteil 3 mit Wolfram als Hauptbestandteil und einem Emitterteil 4, der an das Spitzenende des Hauptteils gebondet ist. Das Bonden des Hauptteils 3 und des Emitterteils 4 kann beispielsweise durch Schweißen, Löten, Reibschweißen oder Diffusionsbonden bewerkstelligt werden. Unter diesen Bonding-Verfahren ist jedoch das Diffusionsbonden besonders bevorzugt. Unter Diffusionsbonden wird in diesem Zusammenhang ein Festphasen-Bonden verstanden, bei dem Metalle übereinander angeordnet und anschließend erwärmt und im festen Zustand unterhalb des Schmelzpunktes der Metalle zusammengepresst werden, so dass keine plastische Verformung auftritt und die Atome der gebondeten Teile diffundiert werden. Da die Erwärmungstemperatur in diesem Verfahren des Diffusionsbondens etwa 2000°C beträgt und im Gegensatz zum Fusionsbonden kein Aufheizen bis zur Schmelztemperatur von Wolfram (ca. 3400°C) erforderlich ist, kann die Metallstruktur des Hauptteils 3 und des Emitterteils 4 aufrecht erhalten werden, und die Leistungsfähigkeit der Kathode wird nicht nachteilig beeinflusst. Da sich ferner die Metallstruktur der Kathode nicht ändert, bietet das Verfahren den weiteren Vorteil, dass ein Schneidverfahren auch nach dem Bonden des Hauptteils 3 und des Emitterteils 4 durchgeführt werden kann.
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Der Hauptteil 3 besteht aus reinem Wolfram mit einem Reinheitsgrad von beispielsweise 99,99 Gewichts-%, während der Emitterteil 4, für den Thoriumoxid (ThO2) als Emittersubstanz in das Wolfram, das den Hauptbestandteil bildet, eingebracht wurde, aus so genanntem (und im Folgenden auch so bezeichneten) thorierten Wolfram besteht. Der Thoriumoxidgehalt beträgt beispielsweise 2 Gew.-%. Normalerweise wird das Thoriumoxid, das im thorierten Wolfram, aus dem der Emitterteil 4 besteht, enthalten ist, durch Erreichen einer hohen Temperatur während des Leuchtens der Lampe zu Thoriumatomen reduziert, an der Außenfläche der Kathode diffundiert und wandert zur Spitzenendseite hin, wo eine hohe Temperatur herrscht. Hierdurch können die Austrittsarbeit verringert und das Elektronenemissionsverhalten verbessert werden.
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Des Weiteren ist ein Teilbereich 3a mit einem reduzierten Durchmesser, bestehend aus einer Konusform, in welcher der Durchmesser zum Spitzenende hin kleiner wird, am Hauptteil 3 gebildet, und an dessen Spitzenende ist der kegelstumpfförmige Emitterteil 4 gebondet. Auf diese Weise erhält das Spitzenende der Kathode 2 insgesamt die Form eines Kegelstumpfs, der aus einer Konusform besteht. Allerdings ist die Form des Teilbereichs 3a mit einem reduzierten Durchmesser des Hauptteils 3 nicht auf diese Konusform beschränkt, sondern kann auch eine Bogenform sein, und auch das Spitzenende des Emitterteils 4 kann beispielsweise eine so genannte projektilförmige Bogenform aufweisen. Wie ferner zu sehen ist, ist der Emitterteil 4 an den Teilbereich 3a mit einem reduzierten Durchmesser des Hauptteils 3 gebondet, kann aber auch in Abhängigkeit von der Gesamtform der Kathode an den säulenförmigen Teil des Hauptteils 3 gebondet sein.
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Wie die 2(a) und 2(b) im Detail zeigen, ist bandförmiges Wolframcarbid 5 in der Wolframphase (W) auf der Oberfläche der Seite des Spitzenendes des Emitterteils 4 der Kathode 2 gebildet. Des Weiteren ist eine Carbidschicht 6 an der Seite des Teilbereichs 3a mit einem reduzierten Durchmesser des Hauptteils 3 der Kathode gebildet.
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Anhand von 3 seien die Vorgänge erläutert, bei denen beim Leuchten der Lampe eine Reduktionsreaktion mit dem fest im Wolfram (W) gelösten Kohlenstoff (C) an der Oberfläche des Thoriumoxids (ThO2) im thorierten Wolfram erfolgt, aus dem der Emitterteil 4 besteht, Thorium (Th) gebildet wird und gleichzeitig Kohlenmonoxid (CO) entsteht. ThO2 + C ⇆ Th + 2CO (1)
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Das bei dieser Reduktionsreaktion entstandene Kohlenmonoxid löst sich fest im umgebenden Wolfram. CO ⇆ [C]w + [O]w (2)
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Nun ist [C]w der fest im Wolfram gelöste Kohlenstoff, während [O]w der fest im Wolfram gelöste Sauerstoff ist. Das bedeutet, dass es zur Förderung der Reduktionsreaktion erforderlich ist, dass Kohlenstoff (C) in der Umgebung des Thoriumoxids vorhanden ist, und dass es ferner nötig ist, das entstandene Kohlenmonoxid (CO) zu entfernen. Da hier Wolframcarbid (W2C) 5 auf der Spitzenendfläche der Kathode 2 gebildet ist und der Teil des Kathoden-Spitzenendes eine hohe Temperatur erreicht, wenn die Lampe leuchtet, bildet Kohlenstoff (C) mit hoher Konzentration eine feste Lösung im Wolfram, diffundiert vom Oberflächenbereich in das Innere des Emitterteils 4 der Kathode und wird der Thoriumoxidoberfläche zugeführt. Auf diese Weise wird die der Thoriumoxidoberfläche zugeführte Kohlenstoffmenge vergrößert und die in der obigen Formel (1) angegebene Reduktionsreaktion des Thoriumoxids gefördert.
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Da sich außerdem in der vorliegenden Erfindung der aus thoriertem Wolfram bestehende Emitterteil 4 am Hauptteil 3 mit Wolfram als Hauptbestandteil befindet, wird angenommen, dass die Reduktionsreaktion des Thoriumoxids durch den nachstehend beschriebenen Mechanismus zusätzlich gefördert wird. Wie die Formel (2) zeigt, zerfällt das durch die Reduktionsreaktion (1) des Thoriumoxids entstehende CO in C und O, bildet eine feste Lösung im Wolfram und verteilt sich aus der Umgebung des Thoriumoxids durch eine Konzentrationsdiffusion in das Wolfram. Infolgedessen sinkt der CO-Druck an der Oberfläche des Thoriumoxids, so dass die Reduktionsreaktion abläuft. Da im Inneren des Emitterteils 4 [C]w und [O]w sich von den im Wolfram fein verteilten Partikeln aus Thoriumoxid (THO2) weg verteilen, werden die Konzentrationen von [C]w und [O]w im Wolfram ungefähr gleichmäßig. Dies bewirkt, dass die Konzentrationsdiffusion von [C]w und [O]w aus der Umgebung des Thoriumoxids unterdrückt wird. Da jedoch in der Kathode 2 der vorliegenden Erfindung der aus reinem Wolfram bestehende Hauptteil 3 an den Emitterteil 4 gebondet ist, wird ein Konzentrationsgradient von [O]w zwischen dem Emitterteil 4 und dem Hauptteil 3 ermöglicht (die Konzentration im Hauptteil 3 ist geringer), und aufgrund dessen wird die Dispersion von [O]w vom Emitterteil 4 zum Hauptteil 3 aufgrund einer Konzentrationsdiffusion stimuliert. Da als Folge davon die Konzentration von [O]w im Emitterteil 4 in der Umgebung des Thoriumoxids abnimmt, verstärkt sich die Fest-Lösungsreaktion von O, wie in Formel (2) gezeigt, und der CO-Druck sinkt. Auf diese Weise wird die Reduktionsreaktion des Thoriumoxids gemäß Formel (1) im Emitterteil 4 gefördert. Weil nun die Temperatur in der Umgebung des Bondingteils mit zunehmender Nähe des Bondingteils des Emitterteils 4 und des Hauptteils 3 zum Kathoden-Spitzenende steigt oder, anders ausgedrückt, je kürzer der Emitterteil 4 ist, wird die Diffusion von [O]w angeregt, so dass vermutet wird, dass die oben erwähnte Verteilung von [O]w in den Hauptteil 3 schnell wird und die Reduktion des Thoriumoxids im Emitterteil befördert wird.
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Nun ist der Hauptteil 3 nicht auf reines Wolfram beschränkt, sondern kann auch aus einem Material mit einer niedrigeren Sauerstoffkonzentration als der des Emitterteils 4 bestehen, d. h. aus so genanntem dotierten Wolfram, das ein Oxid von Thorium, Cer, Rhenium, Lanthan oder einem anderen Metall enthält. Da auch in solch einem Fall die Sauerstoffkonzentration des Hauptteils 3 niedriger als diejenige des Emitterteils 4 ist, kommt es zu einer Verteilung von Sauerstoff vom Emitterteil 4 zum Hauptteil 3, und es ergibt sich ebenfalls der Vorteil, dass die mechanische Verarbeitung des Hauptteils 3 einfach wird.
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Da gemäß der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, die Zufuhr von C zur Oberfläche des im Emitterteil 4 enthaltenen Thoriumoxids erhöht wird und gleichzeitig eine Stimulation der Verteilung von [O]w weg vom Emitterteil 4 erfolgt, wird die Reduktionsreaktion (1) des Thoriumoxids gefördert.
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Als Nächstes wird ein Beispiel für die Herstellung der Kathode gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Hierfür werden Stäbe aus thoriertem Wolfram mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 5 mm und aus reinem Wolfram mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 20 mm angefertigt. Dann werden die Verbindungsflächen des thorierten und reinen Wolframs zusammengefügt, und im Vakuum wird ein axialer Pressdruck von ca. 2,5 kN ausgeübt. Anschließend wird die Temperatur des Verbindungsbereichs durch Erwärmen mittels Anlegen eines Stroms auf etwa 2000°C gebracht, und das thorierte Wolfram und das reine Wolfram werden etwa 5 Minuten lang diffusionsgebondet. Mit einem Schneidverfahren des Materials nach dem Diffusionsbonden wird eine Kathode 2 erhalten, deren Spitzenende der Emitterteil 4 (thoriertes Wolfram) und dessen hinterer Bereich der Hauptteil 3 (reines Wolfram) ist.
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Als Nächstes wird eine Wolframcarbidschicht 6 mit einer Dicke von etwa 30 μm mit Hilfe eines Carbonisierungsprozesses an der Oberfläche der Kathode 2 mit Ausnahme des Spitzenendbereichs hergestellt, konkret an der Oberfläche der Kathode 2 an einer Position, die beispielsweise von der Spitzenendfläche mindestens etwa 2 mm in Axialrichtung nach hinten zurückversetzt ist.
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In dieser Ausführungsform ist nun ein Beispiel gezeigt, in dem die Wolframcarbidschicht 6 an einer vom Emitterteil 4 entfernten Position gebildet ist, aber sie kann auch so positioniert sein, dass ein Teil davon den Emitterteil 4 bedeckt. Die Position einer solchen Bedeckung wird anhand der Menge des Kohlenstoffs festgelegt, der aufgrund der Temperatur verdampft, wie nachstehend erläutert wird.
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Während des Leuchtens der Lampe bildet sich Kohlenmonoxid (CO) aus dem Wasserdampf (H2O), der von der Innenfläche der lichtemittierenden Röhre freigesetzt wird, dem Sauerstoff (O), der von den Elektroden freigesetzt wird, und dem Kohlenstoff (C) der Wolframcarbidschicht 6. Ein Teil von diesem CO gelangt in den Lichtbogen, indem er im gasförmigen Zustand ins Innere der lichtemittierenden Röhre diffundiert. Dieses CO wird im Lichtbogen durch die hohe Temperatur zersetzt, wobei C+-Ionen entstehen. Diese C+-Ionen werden durch das elektrische Feld im Lichtbogen zur Oberfläche des Kathoden-Spitzenendes transportiert, und ein Teil von ihnen löst sich fest im Wolfram oder reagiert dort mit dem Wolfram, so dass ein Wolframcarbid 5 wie z. B. W2C oder WC gebildet wird, wird der hohen Temperatur der Kathoden-Spitzenendfläche ausgesetzt und schmilzt.
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Die Menge dieses Kohlenstoffs, der sich fest im Wolfram gelöst hat, oder dieses Wolframcarbids ist sehr gering, denn C wurde aus der Gasphase zugeführt. Das über den geschmolzenen Zustand eingebrachte Carbid bildet ein Streifenmuster in Form von mehreren Bändern eines Wolframcarbids 5 auf der Kathoden-Spitzenendfläche des Wolframs, wenn die Lampe erlischt, da die Menge von C, das der Kathoden-Spitzenendfläche zugeführt wird, gering ist. Dann wird auch ein Teil des C, der während des Leuchtens der Lampe fest im Wolfram gelöst wurde, zu einem Wolframcarbid und schlägt sich auf der Kathoden-Spitzenendfläche nieder, während die Lampe erlischt, weil die Löslichkeitsgrenze mit sinkender Temperatur zurückgeht. Da aber da die Menge dieses C gering ist, bildet sie mehrere Bänder eines Wolframcarbids 5, ähnlich wie das Carbid aus dem geschmolzenen Zustand.
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Der Grund für die Notwendigkeit, dass bandförmige Phasen von Wolframcarbid an der Seite des Kathoden-Spitzenendes gebildet werden, besteht darin, dass sich die Kathode, weil die Oberfläche des Kathoden-Spitzenendes eine hohe Temperatur von ca. 2900°C erreicht, abnutzen würde, eine Schwärzung der lichtemittierenden Röhre eintreten, die Intensität des emittierten Lichts abnehmen und das Ende der Betriebslebensdauer früh erreicht würde, wenn Wolframcarbid mit einem niedrigen Schmelzpunkt in einer Menge vorhanden wäre, die ausreicht, um die Seite des Spitzenendes abzudecken. Die Tatsache, dass die Wolframcarbidschicht 6 auf der Oberfläche, jedoch mit Ausnahme des Kathoden-Spitzenendteils, gebildet wird, basiert auf demselben Grund.
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Die bandförmigen Phasen 5 von Carbid, die an der Kathoden-Spitzenendfläche gebildet werden, lassen sich über die Position der Bereitstellung der Wolframcarbidschicht 6 kontrollieren. Weil die Bildung von CO stimuliert wird, je höher die Temperatur der Position der Bereitstellung der Wolframcarbidschicht 6 wird (mit zunehmender Nähe zum Kathoden-Spitzenende), steigt die transportierte C-Menge, und wenn diese Menge zu groß wird, kommt es nicht zur Bildung von Bändern, sondern es findet eine Bildung im gesamten Bereich der Kathoden-Spitzenendfläche statt, und durch Schmelzen des Wolframcarbids wird eine unerwünschte Verformung des Kathoden-Spitzenendes hervorgerufen.
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Die Kohlenstoffquelle zum Zuführen von C zur Kathoden-Spitzenendfläche über die Gasphase ist nicht auf eine Wolframcarbidschicht auf der Kathodenoberfläche beschränkt, sondern es ist auch möglich, eine Wolframcarbidschicht an der Oberfläche der Anode vorzusehen oder einen Kohlenstoff-Festkörper in der lichtemittierenden Röhre anzuordnen. Je nach Lampentyp kann es auch möglich sein, keine separate Kohlenstoffquelle vorzusehen, wie oben erwähnt, sondern den Kohlenstoff im Wolfram enthalten zu haben, so dass die Kathode die Kohlenstoffquelle bildet, wobei in solch einem Fall der Kohlenstoff der Kathodenoberfläche zu CO und in die Gasphase zugeführt verwendet wird.
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Details des bandförmigen Wolframcarbids, das wie oben beschrieben gebildet wurde, sind in 2 dargestellt, wobei 2(a) eine vergrößerte Schrägansicht des Spitzenendteils und 2(b) wiederum eine vergrößerte Ansicht davon ist. Konkret zeigen die Zeichnungen, dass das Wolframcarbid bandförmige Phasen bildet, indem es in Form von mehreren Streifen erzeugt wird, die nebeneinander auf der Wolframphase (W) verlaufen, die den Hauptbestandteil des Endteils der Kathodenspitze bildet. Diese bandförmigen Phasen 5 eines Wolframcarbids haben eine Breite von etwa 0,1 bis 0,5 μm, und die Vielzahl der Phasen sind mit einem Abstand von etwa 0,5 bis 3 μm gebildet.
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Der Anteil des Kohlenstoffs am Kathoden-Spitzenende beträgt etwa 1 Gew.-%, ist am größten an der Oberflächenschicht des Kathoden-Spitzenendes und nimmt um so mehr ab, je weiter die Position vom Spitzenende zurückverlagert wird. Dies bestätigt selbstverständlich, dass der Kohlenstoff in der Gasphase zum Kathoden-Spitzenende transportiert wurde.
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Da, wie oben erwähnt, erfindungsgemäß ein Wolframcarbid an der Kathoden-Spitzenendfläche gebildet ist, steigt die Menge des Kohlenstoffs, die dem Thoriumoxid im Inneren des Emitterteils der Kathode zugeführt wird, die Reduktionsreaktion des Thoriumoxids im Emitterteil wird gefördert und eine effektive Wirkung des im Inneren des Emitterteils befindlichen Thoriumoxids kann bewerkstelligt werden kann. Somit kann nicht nur das Thoriumoxid im Bereich der Oberfläche des Emitterteils effektiv genutzt und eine kurze Betriebslebensdauer aufgrund einer Verarmung an der Emittersubstanz vermieden werden. Weil ferner der durch die Reduktionsreaktion erzeugte fest gelöste Sauerstoff durch Konzentrationsdiffusion vom Emitterteil zum Hauptteil gelangt, wird die Reduktionsreaktion in Verbindung mit der Kohlenstoffzufuhr zusätzlich gefördert. Somit ist eine Kathodenkonfiguration realisierbar, mit der sich zugleich die gesellschaftliche Forderung nach einer Begrenzung der Verwendung von Emittersubstanz erfüllen lässt, und was die konkrete Konfiguration betrifft, so kann trotz der Konfiguration, bei welcher der Emitterteil an den Bereich des Kathodenhauptteils mit einem reduzierten Durchmesser gebondet ist, die Funktion zur Vermeidung von Flackererscheinungen für eine hinreichend lange Zeit aufrechterhalten werden.
