DE1029943B - Kathode fuer elektrische Entladungsgefaesse - Google Patents

Description

Es sind Kathoden für elektrische Entladungsgefäße bekannt, bei denen bei Betriebstemperatur Emissionssubstanzen aus einem Emissionsstoffvorrat durch feine Öffnungen eines diesen bedeckenden Mantels zur Kathodenoberfläche gelangen. Der Mantel dieser Kathoden ist meistens ein poröser Sinterkörper aus Wolfram, Molybdän oder ähnlichen schwer schmelzenden Stoffen. Es hat sich herausgestellt, daß Barium, Thorium oder ähnliche emissionsfördernde Substanzen auf diesen Stoffen gut zu wandern vermögen.

Es ist bereits eine Kathode mit zusammenhängend untergebrachtem Vorrat bekanntgeworden, bei der die Porosität des Mantels dadurch erzielt wird, daß ein dem Grundmetallpulver beim Pressen als Pulver zugesetztes Fremdmetall nach dem Sintern chemisch herausgelöst wird. Der Nachteil einer derartigen Kathode besteht unter anderem darin, daß auf Grund der von den Poren ausgeübten Kappillarwirkung das im porösen Körper festgehaltene restliche chemische Ätzmittel beim Betrieb des betreffenden Entladungsgefäßes nicht nur die Funktion der Kathode, sondern auch die Funktion des Entladungsgefäßes selbst beeinträchtigt und eventuell das Entladungsgefäß unbrauchbar macht.

Bei einer weiteren bekannten Vorratskathode, bei der der poröse Mantel oberflächlich oxydiert oder mit dem Oxyd des die Emissionssubstanz bildenden Metalls bedeckt ist, erfolgt der Aufbau insofern schichtweise, als auf einen Träger zunächst eine Erdalkalimetallegierung, durchsetzt mit einem weiteren Metall; zum Legieren des im Betrieb frei werdenden Metalls aufgebracht und anschließend mit einer Metallpulverschicht 1>esprüht wird. Diese wird jedoch nicht besonders gesintert. Die emissionsfördernde Substanz findet bei dieser bekannten Kathode nicht nur ungünstige Wanderungsbedingungen an der Oberfläche vor infolge ungünstiger Auswahl des Grundmetalls, sondern sie wird auch durch die sich im Betrieb ausbildende Metallegierung erheblich daran gehindert, an die Oberfläche zu gelangen.

Es sind weiterhin Kathoden bekanntgeworden, die ähnlich aufgebaut sind, bei denen jedoch der Emissionsstoffvorrat sich nicht zusammenhängend in einem gesonderten Vorratsraum befindet, sondern innerhalb der Poren des Sinterkörpers verteilt ist. Eine solche imprägnierte Kathode ist derart aufgebaut, daß ein Barium-Aluminat zum Durchtränken der porösen Sinterschicht benutzt wird. Besonders nachteilig für diese bekannte Kathode ist der Umstand, daß das Auffüllen der Poren des porösen Körpers durch Tränken besonders an der Tiefe sehr unvollkommen erfolgt.

Während bei der bekannten Kathode als emissions-,, fördernde Substanz Barium-Aluminat zur Verweri-" Kathode für elektrische
Entladungsgefäße

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Witteisbacherplatz 2

Dr. Helmut Katz, München,
ist als Erfinder genannt worden

dung kommt, wird bei der Kathode nach der Erfindung von Thorium oder Thoriumverbindungen oder -legierungen Gebrauch gemacht. Erreicht wird dies bei einer Kathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der ein mit feinen Öffnungen versehener poröser Sinterkörper aus Wolfram, Molybdän oder einem anderen schwer schmelzenden Metall mit emissionsfördernden Substanzen durchsetzt ist, dadurch, daß der Kathodenkörper aus einzelnen Schichten, die allwechselnd Thorium, Thoriumlegierungen oder Thoriumverbindungen und schwer schmelzende Metalle enthalten, aufgebaut und gesintert ist und daß die Deckschicht aus Wolfram oder Molybdän dicker als die Metallschichteii im Inneren ist. Die Unterlage der Schichten !«steht zweckmäßig aus Wolfram, Molybdän od. dgl. Es ist aber auch möglich, als Unterlage Kohle oder ein kohlehaltiges Material zu verwenden. Die Thorium enthaltenden Schichten sind zweckmäßig so dünn ausgebildet, daß einzelne Bestandteile der jeweils schwer schmelzenden Metallschicht durch diese derart hindurchgreifen, daß eine innige Verzahnung der Schichten vorhanden ist. Die Deckschicht

■ kann aus einem etwas dickeren Belag aus Wolfram oder Molybdän gebildet sein.

Es sind an sich bereits Kathoden bekannt, deren Kathodenkörper im wesentlichen aus Wolfram und Thoriumoxyd bestehen. Es handelt sich dabei um sogenannte thorierte Wolframkathoden. Ihr wesent-Iieher Nachteil besteht darin, daß der Anteil des feinverteilten Vorrats nur relativ gering, etwa'2%, sein kann und deshalb nur eine geringe Lebensdauer' ermöglicht.

Weiterhin ist eine Thoriumvorratskathode bekannt-¹ geworden, bei der ein geschlossener Mantel aus Wölfram eine den Vorrat darstellende Thoriumlage; bedeckt. Der Mantel solcher "Kathoden hat jedoch· keifte" poröse Struktur, so daß keine Wanderung von Emissionssubstanzen zur Kathodenoberfläche hin, sondern

M9 5M/S99

bestenfalls nur eine sehr geringe Diffusion eintreten kann. Eine richtige Abstimmung von an der Oberfläche verdampfter und aus dem Inneren an die Oberfläche gelangender Thoriummenge ist bei dieser bekannten Kathode kaum zu erreichen.

Bei einer weiteren schichtweise hergestellten als sogenannte »Matrixkathode« bekanntgewordenen Kathode auf Thoriumbasis wird auf einem dichten Wolframkern zunächst durch Aufsprühen und anschließendes Sintern eine schwammartige Wolframschicht io beliebig oft wiederholt, erzeugt und diese anschließend von außen mit Tho- Schließlich ist oberhalb einer Wolfram- oder

riumoxyd bedeckt, wobei jedoch das Thoriumoxyd Molybdänpulverschicht 4 eine letzte Thoriumschicht 5

Mit 1 ist ein Teil einer Unterlage aus Wolfram, Molybdän, Kohle oder kohlehaltigen Stoffen bezeichnet. Auf diese Unterlage ist durch Aufspritzen eine thoriumhaltige Schicht 2 aufgebracht. Auf dieser wiederum sind Wolfram- oder Molybdänpulverkörner od. dgl. so aufgebracht, daß eine Verzahnung der Schichten entsteht. Auf diese später zu sinternde Schicht 3 wird wiederum eine thoriumhaltige Schicht aufgespritzt; diese Maßnahme wird wechselweise

nur sehr unvollkommen die Poren der schwammartigen Unterlageschicht auffüllt. Zweck dieser Anordnung ist die Erhöhung der Querleitfähigkeit der oberflächlichen Thoriumoxydschicht. Bei einer weiteren als »Thoriakathode« bekanntgewordenen Thoriumkathode wird die erhöhte Querleitfähigkeit der von außen aufgetragenen Oxydschicht durch einen Zusatz von etwa 33.% Wolframpulver erreicht.

Gegenüber diesen bekannten Kathoden besitzt die Kathode nach der Erfindung den wesentlichen Vorteil, daß trotz feinverteilter Anordnung der emissionsfördernden Substanz innerhalb des porösen Mantels ihre prozentuale Menge praktisch nicht beschränkt ist und somit eine lange Lebensdauer ermöglicht. Darüber hinaus bietet ihre technische Herstellung durch den einfach durchzuführenden schichtweisen Aufbau erhebliche Vorteile.

Um eine Kathode nach der Erfindung herzustellen, kann so verfahren werden, daß auf einer dünnen WoI fr amunter lage, gegebenenfalls auch Molybdänunterlage, eine dünne Schicht Thorium enthaltender Massen aufgespritzt wird. Zweckmäßig wird dabei von reinem Thorium ausgegangen. Auf diese Schicht wird dann Wolframpulver aufgebracht; ist die Thoriumschicht sehr dünn, greifen einzelne Wolframpulverkörner bzw. Molybdänkörner durch die Schicht auf die Unterlage durch, und die geschilderte innige Verzahnung kommt zustande.

Auf diese Schicht können in beliebiger Anzahl wechselweise wieder Thorium- und Molybdän- oder Wolframpulverschichten folgen; schließlich wird die obere Deckschicht angebracht. Die Sinterung erfolgt bei relativ niedrigen Temperaturen, bei denen noch keine Zersetzung der Zwischenlagen eintritt.

Die Sinterung kann im Vakuum oder in Wasserstoffatmosphäre vorgenommen werden. Zweckmäßig ist dabei jedoch, eine Wasserstoff atmosphäre anzuwenden. An Stelle einer Unterlage aus Wolfram oder Molybdän kann auch eine solche aus Kohle od. dgl. verwendet werden. Weiterhin ist es auch möglich, zwischen die Schichten noch Kohle oder kohlehaltige Massen einzulagern.

Eine weitere Möglichkeit der Herstellung einer Kathode nach der Erfindung besteht darin, daß man, von der Oberseite der Kathode ausgehend, zunächst die Deckschicht herstellt. Diese wird dann auf ihrer Rückseite mit den genannten Stoffen bedampft, wobei in der gleichen Reihenfolge wiederum abwechselnd Thorium und schwer schmelzende Metalle aufgebracht vorgesehen, auf der dann die dickere Deckschicht 6 aufgebracht ist.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Kathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der ein mit feinen öffnungen versehener poröser Sinterkörper aus Wolfram, Molybdän oder einem anderen schwer schmelzenden Metall mit emissionsförclernden Substanzen durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper aus einzelnen-Schichten, die abwechselnd Thorium, Thoriumlegierungen oder Thoriumverbindungen und schwer schmelzende Metalle enthalten, aufgebaut und gesintert ist und daß die Deckschicht aus Wolfram oder Molybdän dicker als die Metallschichten im Inneren ist.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage, auf der die Schichten aufgebaut sind, aus Wolfram, Molybdän od. dgl, besteht.

3. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage, auf der die Schichten aufgebaut sind, aus Kohle oder einem kohlehaltigen Material besteht.

4. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thoriumschichten so dünn ausgebildet sind, daß einzelne aus Metallpulverkörnern hervorgegangene Bestandteile der hochschmelzenden Metallschicht durch diese derart hindurchgreifen, daß eine innige Verzahnung der Schichten vorhanden ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Kathode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Unterlage nacheinander wechselweise Thorium aufgespritzt und Wolfram- oder Molybdänpulver aufgebracht wird und danach eine Sinterung erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung in Wasserstoffatmosphäre bei Temperaturen erfolgt, bei denen noch keine Zersetzung der Zwischenschichten eintritt.

7. Verfahren zur Herstellung einer Kathode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Deckschicht auf ihrer Rückseite abwechselnd mit Thorium- und Wolfram- oder Molybdänschichten bedampft wird,

werden. Als Deckschicht wird eine poröse Schicht verwendet.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter Weise dargestellt.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 857101, 873 872, 233;

USA.-Patentsch.rift Nr. 2 339 392; Journ. appl. phys., Vol. 20, 1949, S. 682 bis 690; Frequenz, 5, 1951, S. 192 bis 196;

Entwicklungsber. Siemens u. Halske, 14, 1951, S. 123 bis 126.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© «09 510/399 5.58