DE1035277B - Gluehkathode fuer elektrische Entladungsgefaesse - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühkathode für evakuierte, gas- oder dampfgefüllte elektrische Entladungsgefäße. Eine solche Kathode zeichnet sich gegenüber den l>ekannten Kathoden aus durch sehr hohe Ergiebigkeit (der entnehmbare Strom ist nur durch die Rücksicht auf das Schmelzen der Kathode begrenzt), durch völliges Fehlen von Spratzerscheinungen auch bei hohen Anodenspannungen, durch Unempfindlichkeit gegen Ionenbeschuß (bei gasgefüllten Gefäßen darf die Anodenspannung gleichzeitig mit der Heizspannung angelegt werden), durch die Abwesenheit leicht verdampfender Bestandteile (die Kathode stellt also keine Quelle für Verunreinigungen anderer Gefäßteile dar) und durch lange Lebensdauer. Außerdem muß sie nach der Herstellung nicht aktiviert und künstlich gealtert werden.

Die Glühkathode für evakuierte, gas- oder dampfgefüllte elektrische Entladungsgefäße ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Oberfläche eines metallenen Trägers in den Korngrenzen seines Kristal Igefüges Einlagerungen aus mindestens einem Oxyd des Trägermetalls befinden, die einen stöchiometrischen Überschuß an freien Metallatomen aufweisen.

Untersuchungen an derartigen Kathoden haben gezeigt, daß die Einlagerungen aus Trägermetalloxyd sich bis zu einer Tiefe von weniger als 0,01 mm in das Trägermetall hinein erstrecken und daß der stöchiometrische Überschuß an freien Metallatomen weniger als 1 Molprozent beträgt.

Der Emissionsmechanismus bei der Kathode gleicht demjenigen bei der bekannten Oxydkathode, denn der stöchiometrische Metallüberschuß macht das Trägermetalloxyd zu einem η-Halbleiter. Trotzdem ist die Kathode nicht eine »Oxydkathode« im herkomm liehen Sinn, denn unter diesem Begriff pflegt man eine Kathode zu verstehen, deren emittierende Oberfläche mit einer Schicht aus Oxyden von Erdalkalimetallen bedeckt ist. Die Vorteile der Kathode nach der Erfindung gegenüber den bekannten Kathoden sind denn auch vorwiegend darauf zurückzuführen, daß die Verdampfungsgeschwindigkeit ihrer Bestandteile bei der Betriebstemperatur um mehrere Zehnerpotenzen geringer ist als bei der bekannten Oxydkathode und daß ihre Oberfläche frei von schlecht haftenden Partikeln ist.

Als Trägermetalle kommen diejenigen Metalle in Frage, welche bei den Betriebstemperaturen der Kathode stabile Oxyde mit kleinen Dampfdrücken besitzen. Es ist im Interesse guter Ergiebigkeit vorteilhaft, ein Metall mit verhältnismäßig hoher Schmelztemperatur, beispielsweise mit einer Schmelztemperatur von mehr als 1200° C zu wählen. Hinsichtlich Ergiebigkeit hat sich Molybdän als höchst Glühkathode
für elektrische Entladungsgefäße

Anmelder:
»Patelhold«

Patentverwertungs- & Elektro-Holding A. G., Glarus (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 4. August 1956

Aldo Patriarca, Laufohr, Brugg,
und Dr. phil. Gysbert Jacob Ekkers, Wettingen

(Schweiz),
sind als Erfinder genannt worden

vorteilhaft erwiesen. Bei einer Betriebstemperatur der Kathode von 1850° C, welche noch eine Lebensdauer von mindestens 500 Stunden erwarten läßt, kann eine Emissionsstromdichte von 1750 A/cm² erreicht werden. Die Austrittsarbeit beträgt dabei 2,48 eV. Hinsichtlich Austrittsarbeit ist Nickel als Trägermetall vorteilhaft. Bei einer Temperatur von 1050° C beträgt die Austrittsarbeit 1,81 eV, die Stromdichte wegen der niedrigeren Temperatur noch 30 A/cm². Die Kathode kann aber ohne Schädigung auch bei tieferen Temperaturen betrieben werden, so daß sich durch Wahl einer geeigneten Betriebstemperatur praktisch jede beliebige Lebensdauer erzielen läßt. Erst unterhalb einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur (bei Nickel beispielsweise etwa 680° C) steigt die Austrittsarbeit mit weiter abnehmender Temperatur stark an.

Eine derartige Kathode kann nach einem bereits vorgeschlagenen Verfahren dadurch hergestellt werden, daß die Oberfläche des Trägers in Gegenwart von Sauerstoff punktweise kurzzeitig auf Temperaturen von mindestens 3500° C erhitzt wird. Der Träger kann dabei jede beliebige Gestalt aufweisen, also etwa draht-, band- oder netzförmig, oder auch flächenhaft ausgedehnt sein. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren, um die punktweise Erhitzung und die

809 579/385

Claims (4)

Anwesenheit von Sauerstoff zu- Stande zu bringen, besteht darin, den Träger mit einer Schicht aus Erdalkalimischoxyd zu bedecken und als Kathode einer Bogenentladung in indifferentem Gas zu verwenden. Zur Zündung des Bogens wird diese Kathode geheizt. Nach der Zündung wird ihre Temperatur so weit herabgesetzt, daß der Bogen sich auf einen kleinen Kathodenfleck zusammenzieht. In diesem Fleck wird der Träger in kurzer Zeit auf die geforderte Temperatur von mehr als 3500° C erhitzt, und das Mischoxyd springt von dieser Stelle ab, wobei es teilweise thermisch dissoziiert und so den notwendigen Sauerstoff zur Verfügung stellt. Die freien Metallatome stammen aus den Spuren des Trägermetalls, die bei der Erhitzung verdampfen. Da nun die Austrittsarl>eit der an dieser Stelle bereits fertigen Kathode etwas höher ist als diejenige des Mischoxydes, verläßt der Kathodenfleck diese Stelle sofort und springt auf eine benachbarte, noch mit Mischoxyd bedeckte Stelle über, wo sich dieser Vorgang wiederholt. Auf diese Weise gelingt es, nach und nach die gesamte Trägeroberfläche punktweise auf eine Temperatur zu erhitzen, welche weit über der Schmelztemperatur des Trägermetalls liegt. PA T E N TA NT S P B 0 Γ. Η E:

1. Glühkathode für evakuierte, gas- oder dampfgefüllte elektrische Entladungsgefäße, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der Oberfläche eines metallenen Trägers in den Korngrenzen seines Kristallgefüges Einlagerungen aus mindestens einem Oxyd des Trägermetalls befinden, die einen stöchiometrischen Überschuß an freien Metallatomen aufweisen.

2. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelztemperatur des Trägermetalls mehr als 1200° C beträgt.

3. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einlagerungen bis zu einer Tiefe von höchstens 0,01 mm erstrecken.

4. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stöchiometrische Überschuß an freien Metallatomen höchstens 1 Molprozent beträgt.

© 809 579/385 7.58