DE1027801B - Traeger fuer Oxydkathoden - Google Patents

Description

DEUTSCHES

kl. 21 g 13/04

INTERNAT. EL. HOIj

PATENTAMT

BIBLIOTHEK

DES DEUTSCHEN

PATENTAMTES L 22776 VIII c/21g ANMELDETAG: 25. A UGUST 1 9 5 5

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 10.APRIL1958

Die Erfindung befaßt sich mit Trägern für Oxydkathoden und insbesondere für Oxydkathoden großer Lebensdauer.

Bei Oxydkathoden werden die Oxyde, Karbonate oder sonstigen Verbindungen, z. B. des Bariums, Strontiums, Calciums, auf einen metallischen Träger, in der Hauptsache Nickel, aufgebracht. Es hat sich nun gezeigt, daß sich nach einer Betriebszeit in der Größenordnung von 1000 bis 5000 Stunden durch die im Trägermaterial befindlichen Fremdmetalle eine Schicht zwischen der Oxydschicht und der Trägerschicht, eine sogenannte Zwischenschicht, bildet. Diese Zwischenschicht hat eine wesentlich geringere Leitfähigkeit als die Öxydschicht. Es ergibt sich damit eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften einer mit einer derartigen Kathode ausgestatteten Entladungsröhre, insbesondere zeigt sich ein merklicher, frequenzabhängiger Steilheitsabfall und eine Verstärkung des Rauschens, besonders des Funkeleffektes.

Zum Teil wird dem Nickel eine geringe Menge anderer Metalle absichtlich zugesetzt. Es wird damit eine bessere Verarbeitbarkeit und Desoxydation des Nickels (z. B. durch Mg-, Al-, Ta-, Cr-, Th-, Ce-Zusätze), eine höhere Festigkeit (z. B. durch W-, Mo-, Co-Zusätze) oder eine stärkere Reduktion der Emissionsoxyde und damit eine erhöhte Emissionsfähigkeit der Kathode, z. B. durch Mg, Al, C, Cr, W, erzielt.

Bei der Herstellung des Trägermaterials lassen sich selbst bei äußerster Vorsicht gewisse Verunreinigungen wie Si, Fe, Cu usw. nicht vermeiden.

Als besonders schädliche Verunreinigung hat sich das Silizium erwiesen, während die Wirkung der anderen unvermeidbaren Verunreinigungen noch nicht restlos geklärt ist.

Durch das Silizium wird eine Zwischenschicht mit besonders hohem Widerstand gebildet. Neuere Untersuchungen ergaben, daß die Ausbildung des Zwischenschichtwiderstandes durch Zusätze von Wolfram verzögert werden kann. Dies wird dadurch hervorgerufen, daß sich durch das beigegebene Wolfram zuerst eine Zwischenschicht bildet, welche aus Barium-W-Verbindungen, z. B. Wolframaten, besteht. Der Zwischenschichtwiderstand ist in diesem Fall sehr klein. Bei längerer Betriebszeit wird aber das Wolfram durch das in jedem Kathodenträger mehr oder weniger vorhandene Silizium verdrängt. Es ergibt sich damit nach längerer Betriebszeit über 5000 bis 10 000 Stunden die Ausbildung einer Zwischenschicht, welche aus Bariumsilikat aufgebaut ist und den bereits geschilderten großen Zwischenschichtwiderstand aufweist.

Es sind bereits mittelbar geheizte Kathoden bekannt, bei denen sich die Konzentration der Zusätze zum Trägermetall innerhalb desselben Trägers ändert.

Träger für Oxydkathoden

Anmelder:

C. Lorenz Aktiengesellschaft,

Stuttgart-Zuffenhausen,

Hellmuth-Hirth-Str. 42

Dipl.-Ing. Albert Lieb, Eßlingen/Neckar-Obereßlingen, ist als Erfinder genannt worden

Das wird dadurch bewirkt, daß die als Äquipotentialschicht und damit als Unterlage für die Emissionsschicht dienende Nickelschicht aus einem äußeren Teil mit emissionsfördernden Zusätzen und einem inneren, dem Kathodenheizkörper zugewandten Teil ohne solche Zusätze besteht. Bei einer derartigen Anordnung erfolgt durch die Zusätze eine Reduktion der Emissionsoxyde, die beim Umwandeln, Formieren und in der ersten Betriebszeit der Kathode außerordentlich stark ist infolge der Einwanderung der Zusätze von der Oberfläche des Trägers in die Emissionsschicht. Diese Reduktionsaktivierung führt, da eine gewisse Sättigung der Emission erreicht ist, zu keiner weiteren Steigerung der Kathodenaktivierung. Die frei gewordenen Barium- und Metallmengen der Zusätze ergeben außerdem störende Bedampfungserscheinungen.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile bei einem Träger für Oxydkathoden, bei dem sich die Konzentration der Zusätze zum Trägermetall innerhalb desselben Trägers ändert. Das wird dadurch erreicht, daß nach der Erfindung zu Beginn der Betriebszeit der Kathode die Konzentration der Zusätze, z. B. Al, W, Mg, an der die Emissionsschicht tragenden Oberfläche des Trägers gering bzw. Null ist und etwa in der Mitte des Trägers ihren höchsten Wert hat. Bei einer derartigen Anordnung wandern nach längerer Betriebszeit eine große Menge metallischer Zusätze in die Zwischenschicht ein, ohne daß beim Pumpen, beim Formieren und in der ersten Betriebszeit eine übermäßig hohe und damit störende Abdampfung erfolgt. Die Zusatzstoffe gelangen erst nach längerer Betriebs-

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zeit in merklichen Mengen an die Oberfläche des Trägers. Dadurch wird die Zwischenschicht mit Störstellen versehen oder umgebildet, und die Emissionsschicht erfährt eine fortlaufende Aktivierung der Emissionsoxyde.

Gemäß weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens läßt sich die Konzentrationsverteilung im Trägermaterial so wählen, daß die Durchwanderung der einzelnen Zusätze zeitlich nacheinander erfolgt. Wird dabei die Verteilung so gewählt, daß innerhalb der Betriebszeit pro Zeiteinheit eine weitgehend konstante und ausreichende Störstellenmenge die Zwischenschicht durchsetzt, so ergibt sich der weitere Vorteil, daß der Zwischenschichtwiderstand zu jedem Zeitpunkt der Lebensdauer klein ist bzw. eine Vergrößerung vermieden wird.

Eine besonders vorteilhafte Anordnung ergibt sich dann, wenn die ursprünglich im Innern des Metalls eingebrachten Zusätze außerdem noch in der Lage sind, die bereits vorhandene Zwischenschicht durch chemische Reaktion umzubilden. In diesem Falle werden, bedingt durch die bei der chemischen Reaktion frei werdende Energie, Störstellen erzeugt, welche sehr stabil in die Zwischenschicht eingelagert sind. Beispielsweise ist es möglich, Barium-Wolframate, z. B. Ba₃WO₁J, durch Silizium in Bariumorthosilikat Ba₂SiO₄ zu überführen. Bei dieser Reaktion wird Barium und Wolfram frei, welches in verhältnismäßig stabiler Weise in das Gitter des Silikates eingelagert ist. Die gebildete Bariumsilikatschicht läßt sich in ähnlicher Weise durch nachdiffundierendes Aluminium in Barium-Aluminium-Verbindungen, wie BaAl₂O₄, BaAl₆O₃ u. dgl., umwandeln. Auch bei dieser Reaktion werden wieder Metallatome, welche als Störstellenzentren auftreten, in stabiler Weise eingelagert. Dabei ensteht der weitere Vorteil, daß die aus Barium-Aluminium-Verbindungen bestehende Zwischenschicht von sich aus ohne stärkere Störstelleneinlagerung einen geringeren Zwischenschichtwiderstand als das Bariumsilikat aufweist. So wird erreicht, daß die Zusätze in der richtigen Menge zum richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Reihenfolge in der Zwischenschicht eintreffen.

Bei den bisher bekannten Kathodenträgern erfolgt durch den überwiegenden Teil der Zusätze eine Reduktion der Emissionsoxyde. Diese Reduktion ist beim Umwandeln, Formieren und in der ersten Betriebszeit der Kathode außerordentlich stark, da die Zusätze von der Oberflächenschicht des Trägers rasch in die Emissionsschicht einwandern. In den meisten Fällen führt diese Reduktionsaktivierung, da eine gewisse Sättigung der Emission erreicht ist, zu keiner weiteren Steigerung der Aktivierung der Kathode. Die als Folgeerscheinung von der Kathode abdampfenden Barium- und Metallmengen der Zusätze ergeben aber störende Bedampfungserscheinungen, wie isolationsfehler zwischen den Röhrenelektroden, Sekundär- und Primäremission der Röhrenelektroden u. dgl. Die Reduktion nimmt jedoch mit wachsender Betriebszeit stark ab. Da beim Betrieb einer Oxydkathode die die Aktivierung bestimmenden Bariumatome von der Oberfläche abdampfen oder durch auftretende Ionen chemisch gebunden werden, ist für die Erhaltung des Aktivierungszustandes der Kathode eine ausreichende Neubildung von Bariumatomen durch Reduktion erforderlich.

Während bei den bisher bekannten Kathodenträgern die in der Zeiteinheit durch die die Emissionsschicht durchwandernden Zusätze gebildete Menge der Bariumatome mit der Betriebszeit stark abnimmt, kann durch die Anordnung der Zusätze innerhalb des Trägers nach der Erfindung erreicht werden, daß die Menge der neugebildeten Bariumatome auch nach längerer Betriebszeit so groß ist, daß mit Sicherheit die für den Aktivierungszustand nötigen Bariumatome frei werden, ohne daß die Verdampfungsmenge der Zusätze beim Herstellungsprozeß der Röhre und der ersten Betriebszeit, ohne einen Nutzen zu bringen, zu groß wird.

ίο Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in. Fig. 1 dargestellt. Der Kathodenträger besteht hier aus drei Schichten 1, 2 und 3. Die Schichten 1 und 3 des Trägers weisen nur sehr kleine Mengen an Zusätzen auf, abgesehen von den bei der Herstellung unvermeidlichen Beimengen, vor allem von Silizium. Die mittlere Schicht 2 enthält einen verhältnismäßig starken Zusatz eines bzw. mehrerer die elektrische Leitfähigkeit der Zwischenschicht beeinflussenden und die Emissionsschicht in der Lebensdauer aktivierenden Fremdstoffmetalls, wie z. B. Mg, Al, W u. dgl. Eine andere vorteilhafte Ausführung besteht darin, für die Schicht I₁ auf die die Emissionsschicht aufgebracht wird, wolframhaltiges Nickel, z. B. in Gehalten von 1 bis 6 Gewichtsprozent, zu verwenden. Die Schicht 2 besteht zweckmäßigerweise aus Nickel mit Aluminiumgehalt, während die Schicht 3 wieder aus Nickel mit äußerst geringen Mengen von Ni-Fremdmetallen oder überhaupt keinen Zusätzen besteht.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die Zusätze zum Trägermaterial, z. B. Nickel, in Abhängigkeit von der Dicke des Trägers durch die in Fig. 2 wiedergegebenen Kurven bestimmt.

Die Konzentrationsverteilung ist in der Fig. 2 für verschiedene Arten von Zusätzen dargestellt. Die Verteilungskurve 4 stellt beispielsweise die Konzentration von Aluminium im Trägermaterial dar. Diese Konzentration ist in der Mitte des Trägermaterials am stärksten. In den Randgebieten ist sie klein bzw. Null. Ein weiterer Zusatz ist in der ganzen Trägerschicht gleichmäßig verteilt. Eine derartige Verteilung ergibt sich beispielsweise für das beim Trägermaterial Nickel nicht vermeidbare Silizium. Diese Konzentrationsverteilung ist mit 5 bezeichnet.

Eine derartige Konzentrationsverteilung läßt sich

z. B. dadurch herstellen, daß mehrere Blechstücke mit verschiedener Fremdstoffzusammensetzung aufeinandergelegt und zusammen ausgewalzt werden. In gleicher Weise lassen sich auch Rohre herstellen und durch einen Ziehprozeß zu einer Einheit vereinigen.

Durch die Konzentrationsverteilung wird erreicht, daß der Zusatz mit der Verteilungskurve 4 erst nach längerer Betriebszeit in merkbarer Weise an die Oberfläche des Trägers gelangt. Dadurch ergeben sich die bereits geschilderten Wirkungen, daß die Zwischenschicht mit Störstellen versehen oder umgebildet und die Emissionsschicht eine fortlaufende Aktivierung durch Reduktion der Emissionsoxyde erfährt und dabei die Verdampfungsmenge aus der Kathode gering gehalten wird.

Ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel, welches nur zwei Schichten Γ und 2' enthält, zeigt die Fig. 3. Die Schicht 1' ist, abgesehen von den unvermeidlichen Verunreinigungen und einem gewissen Fremdstoffzusatz, z. B. Mg, Al, welcher für eine ausreichende Reduktionsaktivierung beim Formieren der Röhre erforderlich ist, frei von sonstigen Beimengungen. Der für die Herabsetzung des Zwischenschichtwiderstandes und die Reduktionsaktivierung der Emissionsschicht in der Lebensdauer erforderliche Fremdstoffzusatz,

z. B. Al, Mg, W, befindet sich in der Schicht 2'. Die

Emissionsschicht wird auf die Schicht V aufgebracht. Gegenüber der Schicht 2' ist der Heizer angeordnet. Dabei kann die Konzentration in der Schicht 2' gleichmäßig verteilt sein, sie kann aber auch irgendwelche beliebige Verteilung aufweisen. Eine besonders vorteilhafte Verteilung ergibt sich dann, wenn die Konzentration an der Trennschicht mit der Schicht 1 besonders hoch, gegen die Außenfläche des Trägermaterials jedoch klein bzw. Null ist.

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Träger für Oxydkathoden, bei dem die Konzentration der Zusätze zum Trägermetall sich innerhalb desselben Trägers ändert, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn der Betriebszeit der Kathode die Konzentration der Zusätze, z. B. Al, W, Mg, an der die Emissionsschicht tragenden Oberfläche des Trägers gering bzw. Null ist und etwa in-der Mitte des Trägers ihren höchsten Wert hat.

2. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Heizer zugekehrte Oberflächenzone keine Zusätze, insbesondere keine leicht verdampfbaren Zusätze, wie z. B. Mg und Mn, enthält.

3. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentrationsverteilung mehrerer Zusätze innerhalb des Trägermaterials voneinander verschieden ist.

4. Träger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatz, z. B. W, im Träger gleichmäßig verteilt, während die Konzentration eines weiteren Zusatzes, z. B. Al, von den beiden Oberflächen gegen die Mitte des Trägers zunimmt bzw. an den Randzonen völlig fehlt und nur in der Mitte vorhanden ist.

5. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus mehreren Schichten mit verschiedenartigen Zusätzen besteht.

6. Träger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermetall Nickel verwendet ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Trägers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Blechstücke oder Röhren mit verschiedenartigen Fremdstoff zusammensetzungen aufeinandergelegt und zusammen ausgewalzt bzw. durch einen Ziehprozeß zu einer Schicht vereinigt werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 720 753.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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