DE1153462B

DE1153462B - Indirectly heated cathode for electron tubes and process for manufacturing the cathode

Info

Publication number: DE1153462B
Application number: DEW29801A
Authority: DE
Inventors: Gene R Feaster; Clifford Horner; Francis Whittle
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1961-04-12
Filing date: 1961-04-12
Publication date: 1963-08-29

Description

Indirekt beheizte Kathode für Elektronenröhren und Verfahren zur Herstellung der Kathode Bei den bekannten indirekt geheizten Elektronenröhren wird weitgehend Nickel für Metallteile verwendet, weil die Herstellung der Teile aus diesem Material mit nicht zu hohen Kosten leicht möglich ist und eine Schwärzung zur Erzielung einer guten Wärmeabstrahlung ebenfalls leicht durchgeführt werden kann.Indirectly heated cathode for electron tubes and method of manufacture the cathode With the known indirectly heated electron tubes, is largely Nickel is used for metal parts because the parts are made from this material is easily possible at not too high a cost and a blackening to achieve a good heat dissipation can also be carried out easily.

Unter Nickel wird hierbei nicht nur reines Nickel, sondern, wie in der Elektronik üblich, jede Nickellegierung verstanden, deren Verunreinigungen, wie Kohlenstoff, Kupfer, Eisen, Schwefel, Titan, Aluminium, Mangan, Silizium und Magnesium, insgesamt nicht mehr als etwa 1'% betragen. Kathodennickel, das als Träger für Emissionsschichten besonders geeignet ist, enthält z. B. vorteilhaft reduzierende Substanzen in einer Menge von etwa 0,5%. Ein Nickelteil der angegebenen Art kann noch eine Oberflächenschicht mit anderer Zusammensetzung aufweisen.In this context, nickel does not only refer to pure nickel, but also, as in common in electronics, any nickel alloy understood, its impurities, such as carbon, copper, iron, sulfur, titanium, aluminum, manganese, and silicon Magnesium, totaling no more than about 1%. Cathode nickel, which is used as a carrier is particularly suitable for emission layers, contains z. B. advantageous reducing Substances in an amount of about 0.5%. A nickel part of the specified type can still have a surface layer with a different composition.

Nickel zeigt jedoch bei höheren Temperaturen eine erhebliche Sublimation und geringe mechanische Festigkeit. Bei Kathodenröhrchen aus Nickel ist insbesondere beobachtet worden, daß Heizdrähte aus Wolfram mit der Zeit spröde werden, weil von der Innenfläche des Kathodenröhrchens Material durch Sublimation mit oder ohne mechanische Scheuerwirkung abwandert.However, nickel shows significant sublimation at higher temperatures and low mechanical strength. In the case of cathode tubes made of nickel, in particular It has been observed that tungsten heating wires become brittle over time because of the inner surface of the cathode tube material by sublimation with or without mechanical Abrasive effect migrates.

Die bekannten indirekt geheizten Glühkathoden bestehen aus einem Nickelröhrchen mit einem äußeren Oxydüberzug und einem Heizdraht, der mit einer wärmefesten Isolation versehen ist und sich innerhalb des Röhrchens befindet. Bei gewissen Elektronenröhren, z. B. den sogenannten Elektronenkanonen in Fernsehaufnahme- und Wiedergaberöhren, besteht die Kathode im allgemeinen aus einem Zylinder mit Deckfläche aus einer Nickellegierung. Die Deckfläche ist mit emittierenden Oxyden bedeckt, so daß Elektronen von der Stirnfläche des Kathodenzylinders ausgehen. Der Heizdraht besteht bei dieser Konstruktion gewöhnlich aus einer induktionsfrei gewickelten Wolframdrahtwendel, die mit einer kristallinen Form von Aluminiumoxyd überzogen ist. Der Heizdraht befindet sich innerhalb des Kathodenzylinders.The known indirectly heated hot cathodes consist of a nickel tube with an outer oxide coating and a heating wire with a heat-resistant insulation and is located inside the tube. With certain electron tubes z. B. the so-called electron guns in television recording and playback tubes, the cathode generally consists of a cylinder with a top surface made of a nickel alloy. The top surface is covered with emissive oxides, so that electrons from the front surface of the cathode cylinder go out. The heating wire usually consists in this construction made of an induction-free wound tungsten wire helix, which is connected to a crystalline Form of aluminum oxide is coated. The heating wire is located inside the Cathode cylinder.

In der Praxis wurde gefunden, daß beim Auftreten von Schwingungen im Betrieb einer derartigen Kathodenkonstruktion häufig Ausfälle auftreten, weil der Wolframdraht bricht. Die Untersuchung zeigt, daß der Woiframdraht außerordentlich spröde geworden ist, wenn er längere Zeit unter Schwingungen im Betrieb war. Nach einer gewissen Betriebszeit beobachtet man oft, daß kräftige Stöße bewirken, daß der Draht bricht, wodurch der Heizkreis unterbrochen wird und manchmal Kurzschlüsse zwischen dem Heizkreis und dem Kathodenröhrchen auftreten. Versuche ergaben, daß eine bestimmte Beziehung zwischen der Dauer der Schwingungsbeanspruchung der Röhre und der Sprödigkeit des Heizdrahtes vorliegt. Röhren, die kürzer unter Schwingungsbeeinflussung standen, hatten im allgemeinen weniger spröde Heizdrähte. Auch wurde gefunden, daß bei Schwingungsbeanspruchung mit kalten Heizdrähten in allen Fällen keine Sprödigkeit auftrat. Wahrscheinlich bewirkt die Relativbewegung des Nickelröhrchens und des lose eingeschobenen Heizdrahtes, daß der harte Überzug des Drahtes aus Aluminiumoxyd Nickelmaterial von der Innenfläche des Nickelröhrchens abschabt. Spektrographische Untersuchungen ergaben, daß Nickel vom Röhrchen zum Wolframheizdraht übergegangen war. Wenn der Heizdraht anschließend oberhalb etwa 1200° C erhitzt wurde und Spuren von Nickel auf seiner Oberfläche enthielt, so wurde der Wolframheizdraht außerordentlich spröde. Das im Aluminiumoxyd eingeschlossene Nickelmaterial wird auf die Temperatur des Heizdrahtes, also etwa 1300° C, aufgeheizt. Bei dieser Temperatur hat das Nickel einen Dampfdruck von der Größenordnung 10-0 mm. Demgemäß ist das Wolfram einem überschüssigen Nickeldampf ausgesetzt. Dies trifft insbesondere zu, wenn der überzug aus Aluminiumoxyd Sprünge zeigt. Das Kathodenröhrchen gibt sehr wenig Nickeldampf direkt ab, da bei der Kathodentemperatur von etwa 800° C der Dampfdruck des Nickels weniger als 10-g mm beträgt.In practice it has been found that when vibrations occur In the operation of such a cathode construction, failures often occur because the tungsten wire breaks. The investigation shows that the woifram wire is extraordinary has become brittle if it has been in operation for a longer period of time under vibrations. To After a certain period of operation, it is often observed that strong impacts cause the wire breaks, which breaks the heating circuit and sometimes short circuits occur between the heating circuit and the cathode tube. Tests have shown that a certain relationship between the duration of the vibration stress on the tube and the brittleness of the heating wire is present. Tubes that are shorter under the influence of vibrations generally had less brittle heating wires. It was also found that in all cases no brittleness when exposed to vibrations with cold heating wires occurred. The relative movement of the nickel tube and the loosely inserted heating wire that the hard coating of the wire is made of aluminum oxide Scrape the nickel material from the inside surface of the nickel tube. Spectrographic Investigations showed that nickel passed from the tube to the tungsten heating wire was. If the heating wire was then heated above about 1200 ° C and traces contained nickel on its surface, the tungsten filament became extraordinary brittle. The nickel material enclosed in the aluminum oxide is exposed to the temperature of the heating wire, i.e. about 1300 ° C. At this temperature the nickel has a vapor pressure of the order of 10-0 mm. Accordingly, the tungsten is an excess Exposed to nickel vapor. This is especially true when the coating the end Aluminum oxide shows cracks. The cathode tube gives very little nickel vapor directly because at the cathode temperature of about 800 ° C the vapor pressure of the nickel is less than 10-g mm.

Ein anderes Problem, das bei der Verwendung von Kathoden aus Nickel auftritt, ist die Bildung elektrisch leitender Kriechstromwege über Isolatoren, die zwischen auf verschiedenen Potentialen liegenden Metallteilchen angeordnet sind. Es wurde gefunden, daß die Bildung solcher Kriechstromwege weitgehend vermieden werden kann, wenn die Sublimation von der Oberfläche der Nickelteile verhindert wird, die natürlich bei höheren Temperaturen in größerem Ausmaß stattfindet. Als Quelle für den Niederschlag von Metallschichten, die zu Kurzschlußbrücken werden können, hat sich vor allem die Außenfläche des Kathodenröhrchens aus Nickel erwiesen.Another problem encountered when using cathodes made of nickel occurs, is the formation of electrically conductive leakage current paths via insulators, which are arranged between metal particles at different potentials. It has been found that the formation of such leakage current paths is largely avoided can be prevented if the sublimation from the surface of the nickel parts is prevented which naturally takes place to a greater extent at higher temperatures. as Source for the precipitation of metal layers that become short-circuit bridges Above all, the outer surface of the cathode tube has proven to be made of nickel.

Es sind zwar Verfahren vorgeschlagen worden, um die Oberfläche mit einer Schutzschicht zu versehen, aber eine einfache Schutzschicht hat gewisse unbefriedigende Begleiterscheinungen, ähnlich denen, die oben im Zusammenhang mit der Innenfläche des Kathodenröhrchens erörtert wurden.While there have been proposed methods of using the surface a protective layer, but a simple protective layer has certain unsatisfactory properties Concomitants, similar to those related to the interior surface above of the cathode tube were discussed.

Schließlich werden die Nickelröhrchen während der Röhrenherstellung häufig verbogen. Beispielsweise findet man bei verschiedenen Empfangsröhren, bei denen der Abstand zwischen der Kathode und dem Gitter sehr kritisch ist, daß der kritische Abstand nicht leicht aufrechterhalten werden kann, weil beim Einsetzen der Nickelkathode in das Gitter kleine Beanspruchungen die Kathoden verformen können. Auch ist bei denjenigen Anwendungen, bei denen starke Stoß- und Schwingungsbeanspruchungen auftreten, die Warmfestigkeit der Kathoden so gering, daß eine Verformung der Kathode auftreten kann, wodurch die Röhre ausfällt.Finally, the nickel tubes are made during tube manufacture often bent. For example, you can find various receiving tubes at where the distance between the cathode and the grid is very critical that the critical distance cannot be easily maintained because of insertion the nickel cathode in the grid, small stresses can deform the cathodes. It is also used in those applications where strong shock and vibration loads occur, the heat resistance of the cathode is so low that a deformation of the cathode can occur, causing the tube to fail.

Da einerseits Nickel als Trägermaterial für die Emissionsschicht allen anderen Stoffen überlegen ist und andererseits aus den geschilderten Gründen zu Heizfadenbrüchen führt, ist die Anbringung einer Zwischenschicht vorteilhaft, die den Übergang des Nickels zum Heizdraht verhindert. Eine derartige Kathode ist bekannt. Hier ist auf einen Wolframkörper eine dünne Nickelschicht aufgedampft, die als Träger für Glas Emissionsmaterial dient.On the one hand, there is nickel as a carrier material for the emission layer is superior to other substances and, on the other hand, for the reasons outlined above If the filament breaks, the application of an intermediate layer is advantageous prevents the transition of the nickel to the heating wire. Such a cathode is known. Here a thin nickel layer is vapor-deposited on a tungsten body, which acts as a carrier is used for glass emission material.

Nun hat aber Nickel einen weit höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Wolfram oder auch Molybdän, wobei beobachtet werden muß, daß die Betriebstemperaturen von Glühkathoden bei etwa 800° G liegen. Bei einem Kathodenröhrchen, das aus zwei verschiedenen Blechen oder Schichten besteht, von denen die eine Nickel und die andere Molybdän, Wolfram od. dgl. enthält, läßt sich durch Walzen oder Aufdampfen keine haltbare Verbindung erzielen. Im Laufe der Zeit werden sich die beiden Schichten mindestens teilweise so weit trennen, daß einzelne Teilchen sich lösen, insbesondere unter harten Betriebsbedingungen, wie Erschütterungen und häufigen Stößen. Damit ergeben sich aber wieder die oben in bezug auf Nickelröhrchen geschilderten Nachteile.Now, however, nickel has a much higher coefficient of thermal expansion than tungsten or molybdenum, it must be observed that the operating temperatures of hot cathodes are around 800 ° G. With a cathode tube that consists of two consists of different sheets or layers, one of which is nickel and the other other molybdenum, tungsten or the like. Can be obtained by rolling or vapor deposition do not achieve a durable connection. Over time, the two layers will become at least partially separate so far that individual particles dissolve, in particular under severe operating conditions such as vibrations and frequent impacts. In order to However, the disadvantages described above with regard to nickel tubes result again.

Demgegenüber ist die erfindungsgemäße indirekt beheizte Kathode mit einem Heizelement und einem Teil, z. B. Röhrchen, dessen eine Seite dem Heizelement zugekehrt ist und das aus einem Nickel als Hauptbestandteil enthaltenden Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Nickel enthaltende Teil wenigstens auf seiner dem Heizelement zugekehrten Seite eine aus der flüssigen Legierungsphase auf dem Teil gebildete Oberflächenschicht aus Nickel und einem aus der Gruppe Molybdän, Wolfram, Tantal und deren Legierungen gewählten Metall aufweist.In contrast, the indirectly heated cathode according to the invention is with a heating element and a part, e.g. B. tube, one side of which the heating element and which is made of a material containing nickel as the main component consists, characterized in that the nickel-containing part at least its side facing the heating element is one from the liquid alloy phase Surface layer formed on the part made of nickel and one from the group molybdenum, Has tungsten, tantalum and their alloys selected metal.

Die so gebildete Legierungsschicht geht also allmählich in den Hauptteil über und stellt nicht einen einfachen L7berzug von Molybdän oder Wolfram auf der Nickelbasis dar, so daß eine Trennung der Oberflächenschicht von ihrer Unterlage praktisch unmöglich ist.Thus, the alloy layer thus formed gradually goes into the main part over and does not put a simple coating of molybdenum or tungsten on the Nickel-based, so that a separation of the surface layer from its base is practically impossible.

Einzelheiten einer weiteren Ausbildung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnung. Hierin ist Fig. 1. ein schematischer Teilschnitt eines Röhrenbauteiles aus Metall gemäß der Erfindung und Fig. 2 ein Teilschnitt einer Elektronenkanone unter Anwendung der Ausführungsform nach Fig. 1.Details of a further embodiment of the invention emerge from the following description of some exemplary embodiments with reference to the drawing. FIG. 1 is a schematic partial section of a tubular component made of metal according to the invention and FIG. 2 is a partial section of an electron gun in use the embodiment according to FIG. 1.

Der in Fig. 1 gezeigte Ausschnitt 50 aus der Wand einer erfindungsgemäßen Kathode besteht aus einem Nickelträger 52, auf dem eine Schicht 54 aus einer Nickel-Molybdän-Legierung ausgebildet ist. Die legierte Oberflächenschicht 54 hat eine Zusammensetzung von etwa 60 bis 90 % Nickel und etwa 10 bis 40'°/o Molybdän. Die Dicke der Legierungsschicht 54 hängt von den Herstellungsbedingungen ab, übersteigt aber gewöhnlich den Wert von etwa 0,05 mm nicht. Die Schicht 54 enthält teilweise die eutektische Legierung der beiden Stoffe, ist aber im allgemeinen nicht durchweg eutektisch. Es besteht keine scharfe Grenze zwischen dem Teil 52 aus Nickel und dem Teil 54 aus der Legierung, sondern die Zusammensetzung ändert sich allmählich.The section 50 shown in Fig. 1 from the wall of an inventive The cathode consists of a nickel carrier 52 on which a layer 54 made of a nickel-molybdenum alloy is trained. The alloy surface layer 54 has a composition of about 60 to 90% nickel and about 10 to 40% molybdenum. The thickness of the alloy layer 54 depends on the manufacturing conditions, but usually exceeds the value of about 0.05 mm not. The layer 54 partially contains the eutectic alloy of the two substances, but is generally not entirely eutectic. It exists no sharp boundary between part 52 made of nickel and part 54 made of the alloy, but the composition changes gradually.

Die Legierungsschicht 54 erstreckt sich bis zur Oberfläche 53 des Teiles 50. Die frei liegende Fläche 53 enthält also die Molybdän-Nickel-Legierung, möglicherweise mit Einschluß von Stellen aus ungelöstem Molybdän. Je mehr man sich der Oberfläche 53 nähert, desto geringer ist der Nickelgehalt, aber auch auf der Oberfläche 53 ist noch ein erheblicher Anteil aus Nickel vorhanden.The alloy layer 54 extends to the surface 53 of the Part 50. The exposed surface 53 thus contains the molybdenum-nickel alloy, possibly including sites of undissolved molybdenum. The more you look the surface 53 approaches, the lower the nickel content, but also on the A considerable proportion of nickel is still present on surface 53.

Die Legierungsschicht kann auf dem Nickelteil wie folgt gebildet werden: Es wird eine Aufschwemmung hergestellt, die aus Molybdän oder einer seiner Verbindungen, einem Bindemittel und einer Trägerflüssigkeit besteht. Das Molybdän kann beispielsweise in Form von Molybdänsäureanhydrid (Mo03) vorliegen. Das Molybdänsäureanhydrid wird in pulverisierter Form verwendet und ist wegen seiner geringen Teilchengröße und leichten Erhältlichkeit besonders empfehlenwert. Es können aber auch pulverisiertes Molybdänmetall und andere Molybdänverbindungen Verwendung finden, die in der Wärme zu Molybdän zersetzbar oder reduzierbar sind.The alloy layer can be formed on the nickel part as follows: A suspension is made from molybdenum or one of its compounds, a binder and a carrier liquid. The molybdenum can for example in the form of molybdic anhydride (Mo03). The molybdic anhydride will used in powdered form and is because of its small particle size and easy availability particularly recommendable. But it can also be powdered Molybdenum metal and other molybdenum compounds are used in the heat are decomposable or reducible to molybdenum.

Die Viskosität der Aufschwemmung kann durch die Menge der Trägerflüssigkeit leicht eingestellt werden. Beispielsweise kann Aceton als Trägerflüssigkeit und Nitrocellulose als Bindemittel Verwendung finden. Ein anderes geeignetes Bindemittel ist ein Harz aus Polyaciylsäureverbindungen. Andere Kunstharze, die in der Wärme zersetzbar sind und deren Rückstände für die betreffende Anwendung harmlos sind, sind ebenfalls verwendbar. Zu den geeigneten Trägerflüssigkeiten gehören die meisten aromatischen Kohlenwasserstoffe und Ketone. Sie werden so gewählt, daß sie die geeignete Viskosität und Trocknungsgeschwindigkeit aufweisen. Bindemittel und Trägerflüssigkeit sind nicht wesentlich, da ihr Zweck nur die Bildung eines Überzugs der Aufschwemmung auf dem Nickelteil52 ist, wobei das Bindemittel die Schicht festhält und die Viskosität so gewählt sein muß, daß die gewünschte Dicke des Überzugs leicht erreichbar ist. Die Menge des Lösungsmittels kann entsprechend gewählt werden. Das Lösungsmittel nimmt am nachfolgenden Legierungsvorgang teil.The viscosity of the suspension can be determined by the amount of carrier liquid can be easily adjusted. For example, acetone can be used as the carrier liquid and Find nitrocellulose as a binder use. Another suitable binder is a resin made from polyacylic acid compounds. Other synthetic resins that are in the heat are decomposable and the residues of which are harmless for the application in question, can also be used. Suitable carrier liquids include most aromatic hydrocarbons and ketones. They are chosen so that they are the most appropriate viscosity and drying speed. binder and carrier liquid are not essential as their purpose is only the formation of a Coating of the suspension is on the nickel part 52, the binder being the layer holds and the viscosity must be chosen so that the desired thickness of the coating is easily accessible. The amount of the solvent can be selected accordingly. The solvent takes part in the subsequent alloying process.

Eine Zusammensetzung, die sich als geeignet erwiesen hat, ist folgende: Molybdänsäureanhydrid (Mo03) ... 100 g Nitrocelluloselösung . . . . . . . . . . . . . . 75 g Aceton ......................... 75 g Hierbei enthält die Nitrocelluloselösung 1 Gewichtsteil Nitrocellulose und 10 Gewichtsteile Toluol.One composition that has been found to be suitable is the following: Molybdic anhydride (Mo03) ... 100 g Nitrocellulose solution. . . . . . . . . . . . . . 75 g Acetone ......................... 75 g The nitrocellulose solution contains 1 part by weight of nitrocellulose and 10 parts by weight of toluene.

Ein 0,025 mm dicker Überzug der obigen Aufschwemmung wurde auf einen Blechstreifen aus Kathodennickel aufgebracht, der eine anfängliche Dicke von 0,05 mm hatte. Der Nickelteil mit dem Überzug wurde bei einer Temperatur von I.400° C in einem reduzierenden Gas, das aus Wasserstoff und Stickstoff bestand, gebrannt. Die Temperatur wurde durch optische Methoden bestimmt, welche die Temperaturhelligkeit des Streifens angaben. Das Brennen benötigte eine Zeit von etwa einer Minute. Nach dem Brennen hatte das Blech eine glänzende Metalloberfläche. Eine Trennung der Oberflächenschicht vom Grundmaterial war auch nach heftigem Biegen, Drehen und Schneiden nicht zu erreichen. Die Tiefe der aufgebrannten legierten Oberflächenschicht betrug etwa 0,005 bis 0,01 mm. Der fertige Artikel aus dem Träger und der Legierungsschicht hatte eine Dicke von etwa 0,055 mm.A 0.025 mm thick coating of the above suspension was applied to a Sheet metal strips of cathode nickel applied, which have an initial thickness of 0.05 mm had. The nickel part with the coating was at a temperature of 1.400 ° C burned in a reducing gas composed of hydrogen and nitrogen. The temperature was determined by optical methods, which the temperature brightness of the strip. It took about a minute to burn. To after burning, the sheet metal had a shiny metal surface. A separation of the surface layer the base material could not be reached even after violent bending, turning and cutting. The depth of the burned-on alloy surface layer was about 0.005 to 0.01 mm. The finished article composed of the carrier and the alloy layer had a thickness of about 0.055 mm.

Andere Bauteile mit der gleichen Zusammensetzung der überzugsschicht wurden bei verschiedenen Temperaturen und verschiedenen Behandlungszeiten gebrannt. Es ergaben sich Erfolge bei Temperaturen von l315`-' C und mehr und Zeiten von 20 Minuten und weniger. Je höher die Temperatur ist, desto geringer ist im allgemeinen die erforderliche Zeit für die Bildung der Legierungsschicht. Die Temperatur darf jedoch nicht den Schmelzpunkt des Nickels übersteigen. Die bequemste Prüfung auf das Vorliegen einer fest anhaftenden Schicht aus einer Legierung von Molybdän und Nickel ist das Aussehen der Oberfläche. Wenn nur Molybdän an der Außenfläche vorhanden ist, beobachtet man ein stumpfgraues Aussehen. Wenn jedoch die Legierung fortgesetzt wird, bis die Oberfläche gerade glänzend wird, was eine Diffusion des Gemisches von Molybdän und Nickel bis zur Oberfläche bedeutet, so findet man, daß eine solche Schicht einen untrennbaren Teil des Bauteiles aus Nickel darstellt.Other components with the same composition of the coating layer were fired at different temperatures and different treatment times. There were successes at temperatures of 1315 ° C and more and times of 20 Minutes and less. In general, the higher the temperature, the lower it is the time required for the formation of the alloy layer. The temperature is allowed however, do not exceed the melting point of the nickel. The most convenient exam on the presence of a firmly adhering layer made of an alloy of molybdenum and Nickel is the appearance of the surface. If only molybdenum is present on the outer surface a dull gray appearance is observed. However, if the alloy continued until the surface just becomes shiny, causing diffusion of the mixture from molybdenum and nickel to the surface means, it is found that such Layer represents an inseparable part of the component made of nickel.

Hieraus ergibt sich, daß die Oberflächenschicht 54 nicht aus einem einfachen Überzug von Molybdän auf dem Träger 52 aus Nickel besteht, sondern eine echte Legierung von Nickel und Molybdän darstellt. Dies ist im vorliegenden Falle wesentlich, um einen fest anhaftenden Überzug zu erzielen, der im Betrieb keine losen Teilchen hervorruft, welche die Arbeitsweise der Röhre ernstlich stören könnten.It follows that the surface layer 54 does not consist of one simple coating of molybdenum on the carrier 52 consists of nickel, but a represents a real alloy of nickel and molybdenum. This is in the present case essential in order to achieve a firmly adhering coating that does not have any causes loose particles which could seriously interfere with the operation of the tube.

Vermutlich wird während des Brennens zunächst die eutektische Legierung von Molybdän und Nickel gebildet. Die eutektische Temperatur beträgt etwa 1315'-'C. Diese eutektische Legierung löst weiteres Molybdän und Nickel auf, aber da die Zeit, bei der die erhöhte Temperatur herrscht, möglichst gering gehalten wird, nämlich nur bis die Oberfläche gerade glänzend wird, kann der Überzug Stellen von ungelöstem Molybdän in einer zusammenhängenden Phase der Molybdän-Nickel-Legierung enthalten. Die Untersuchung metallographischer Querschnitte zeigt, daß die Legierungsschicht mit den Stellen scheinbar ungelösten Molybdäns in manchen Fällen die gesamte Schicht umfaßt. Es wurde jedoch festgestellt, daß in denjenigen Stellen, die hell und glänzend werden, das ungelöste Molybdän nur einen sehr geringen Anteil darstellt. Offensichtlich darf die Brenntemperatur 1455° C, d. h. den Schmelzpunkt des Nickels, nicht übersteigen. Andererseits soll die Brenndauer nicht so lang gewählt werden, daß das Grundmaterial aus Nickel bis zum Grund gelöst wird, da hierdurch die Gestalt des Trägers zerstört würde.Presumably, the eutectic alloy is formed first during the firing formed by molybdenum and nickel. The eutectic temperature is about 1315 ° C. This eutectic alloy dissolves more molybdenum and nickel, but as time at which the elevated temperature prevails, is kept as low as possible, namely only until the surface becomes shiny can the coating have areas of undissolved material Contains molybdenum in a coherent phase of the molybdenum-nickel alloy. Examination of metallographic cross-sections shows that the alloy layer with the places of apparently undissolved molybdenum in some cases the entire layer includes. However, it was found that in those spots that were bright and shiny the undissolved molybdenum represents only a very small proportion. Apparently the firing temperature may be 1455 ° C, i. H. do not exceed the melting point of nickel. On the other hand, the burning time should not be chosen so long that the base material from nickel is dissolved to the bottom, as this destroys the shape of the carrier would.

Fig. 2 zeigt eine Elektronenkanone 55 unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kathodenröhrchens als Anwendungsbeispiel der Erfindung.Fig. 2 shows an electron gun 55 using one according to the invention Cathode tube as an application example of the invention.

Der Elektronenstrahlerzeuger 55 enthält ein Trägerrohr 58 für die Kathode 60, das erste Gitter 71 und das zweite Gitter 72. Die Kathode 60 besteht aus einem Röhrchen 61 mit einem Heizdraht 64 aus Wolfram im Innein. Letzterer ist beispielsweise mit einer Isolationsschicht 65 bedeckt. Das eine Ende des Kathodenröhrchens 61 ist geschlossen. Auf seiner Außenfläche befindet sich eine Schicht 66 aus Emissionsmaterial. Das erste Gitter 71 paßt über das geschlossene Ende der Kathode 60 und besitzt ein Loch 73 für den Durchgang des Elektronenstrahls. Ein keramisches Zwischenstück 75 hält das erste Gitter 71 und das Kathodenröhrchen 61 am Rohr 58 fest. Ein zweites Gitter 72 mit einem koaxialen Loch 74 ist in geringem Abstand vom ersten Gitter 71 angeordnet und wird durch ein zweites keramisches Zwischenstück 76 gehalten, das sich zwischen dem Trägerrohr 58 und dem ersten Gitter 71 befindet.The electron gun 55 includes a support tube 58 for Cathode 60, the first grid 71 and the second grid 72. The cathode 60 consists from a tube 61 with a heating wire 64 made of tungsten inside. The latter is covered with an insulation layer 65, for example. One end of the cathode tube 61 is closed. On its outer surface is a layer 66 of emissive material. The first grid 71 fits over the closed end of the cathode 60 and has a Hole 73 for the passage of the electron beam. A ceramic spacer 75 holds the first grid 71 and the cathode tube 61 to the tube 58. A second Grid 72 with a coaxial hole 74 is at a small distance from the first grid 71 and is held by a second ceramic intermediate piece 76, which is located between the support tube 58 and the first grid 71.

Das Kathodenröhrchen 61 besteht aus dem Grundmaterial Nickel und den Legierungsschichten 80 und 81 auf beiden Oberflächen, die gemäß dem obigen Verfahren aufgebracht wurden. Selbstverständlich ist es nicht immer erforderlich, daß die Legierungsschicht auf beiden Oberflächen des Röhrchens 61 gebildet wird, aber auf diese Weise wird der größte Nutzen erzielt. Auch die Gitter 71 und 72 und das Tragrohr 58 können mit einer entsprechenden Legierungsschicht versehen werden, wenn dies sich als wünschenswert erweisen sollte.The cathode tube 61 consists of the base material nickel and the alloy layers 80 and 81 on both surfaces, which were applied according to the above method. Of course, it is not always necessary that the alloy layer be formed on both surfaces of the tube 61, but the greatest benefit is obtained in this way. The grids 71 and 72 and the support tube 58 can also be provided with a corresponding alloy layer if this should prove to be desirable.

Es wurde gefunden, daß die Elektronenemission erheblich verringert wird, wenn das Emissionsmateria166 nicht unmittelbar auf einer Nickelfläche angebracht wird, die die entsprechenden Verunreinigungen enthält, die bei Glühkathoden immer angewandt werden. Aus diesem Grunde ist eine Kappe 67 aus Kathodennickel über dem Ende des Kathodenröhrchens angebracht. Das Emissionsmaterial 66, das z. B. aus Bariumstrontiumkarbonat bestehen kann, wird darauf niedergeschlagen. Man könnte statt dessen auch einen Teil des Kathodenröhrchens unlegiert lassen, so daß das Emissionsmateria166 unmittelbar auf dieser unlegierten Stelle niedergeschlagen werden kann, ohne Verwendung der Nickelkappe 67. It has been found that electron emission is considerably reduced if the emission material166 is not applied directly to a nickel surface which contains the corresponding impurities which are always used in hot cathodes. For this reason, a cathode nickel cap 67 is placed over the end of the cathode tube. The emission material 66, e.g. B. can consist of barium strontium carbonate, is deposited on it. Instead of this, part of the cathode tube could also be left unalloyed, so that the emission material 166 can be deposited directly on this unalloyed point without using the nickel cap 67.

Die Gitter 71 und 72 werden durch eine entsprechende Spannungsquelle 68 auf einer Potentialdifferenz von etwa 500 Volt gehalten, um einen Elektronenstrahl zu bilden. Das zweite Gitter 72 ist positiv gegen das erste Gitter 71. Ferner wird das Kathodenröhrchen 61 im allgemeinen auf einer Potentialdifferenz von etwa 100 Volt positiv gegenüber dem ersten Gitter 71 gehalten.The grids 71 and 72 are powered by an appropriate voltage source 68 on a potential difference held by about 500 volts to form an electron beam. The second grid 72 is positive to the first Grid 71. Furthermore, the cathode tube 61 is generally at a potential difference held positive to the first grid 71 of about 100 volts.

Bei den bekannten Kathodenkonstruktionen, bei denen das Kathodenröhrchen aus reinem Nickel mit den entsprechenden Zusätzen für Oxydkathoden besteht, bestehen zwei Hauptprobleme, die erfindungsgemäß gelöst sind. Wie oben erwähnt wurde, treten häufig Brüche des Heizers aus Wolfram auf, weil dieser durch von der Innenfläche des Kathodenröhrchens ausgehendes Material spröde wird. Das Sprödwerden rührt von der Sublimation und gegebenenfalls auch von der Scheuerwirkung des Kathodenröhrchens auf dem Heizer her. Die Sprödigkeit kann durch die Aufbringung eines Isolierüberzuges nicht verhindert werden, da die Isolierung im Betrieb Sprünge erhält, durch welche Nickeldämpfe eindringen und das Wolfram angreifen können. Die Scheuerwirkung tritt natürlich stärker auf, wenn der Elektronenstrahlerzeuger heftige Stöße und Schwingungen erleidet, als bei normalen Betriebsbedingungen. Ein Nickelröhrchen, das die gleiche Gestalt wie bei den bekannten Kathoden hat, aber mit der Molybdänlegierung auf seiner Innenseite überzogen ist, löst das Problem der im Betrieb auftretenden Wolframsprödigkeit, ohne große Kosten zu verursachen oder eine Gewichtserhöhung zu erzeugen, die eine zusätzliche Halterung nötig machen würde. Die Legierungsschicht 80 auf der Innenseite des Kathodenröhrchens 61 verringert das Sprödwerden des Heizdrahtes 64 aus Wolfram auf zwei verschiedene Weisen, nämlich durch starke Verringerung der Sublimation und durch Verringerung der Scheuerwirkung, da das Röhrchen 61 hierdurch steifer wird und eine härtere Oberfläche erhält.In the known cathode constructions in which the cathode tube consists of pure nickel with the appropriate additives for oxide cathodes two main problems solved by the present invention. As mentioned above, kick Often times the tungsten heater breaks because of the inside surface the outgoing material of the cathode tube becomes brittle. The brittleness is caused by the sublimation and possibly also the abrasive effect of the cathode tube on the stoker. The brittleness can be reduced by applying an insulating coating cannot be prevented, as the insulation is cracked during operation, which Nickel vapors can penetrate and attack the tungsten. The abrasive effect occurs naturally more pronounced when the electron gun is subject to violent shocks and vibrations than under normal operating conditions. A nickel tube that is the same Has the same shape as the well-known cathodes, but with the molybdenum alloy on top of it Is coated on the inside, solves the problem of tungsten brittleness that occurs during operation, without causing great costs or producing an increase in weight, the one would make additional bracket necessary. The alloy layer 80 on the inside of the cathode tube 61 reduces the embrittlement of the heating wire 64 made of tungsten in two different ways, namely by greatly reducing sublimation and by reducing the abrasion effect, since the tube 61 is stiffer as a result and gets a harder surface.

Weiter wird auch die Bildung einer leitenden Brücke zwischen dem ersten, 71, und dem zweiten Gitter 72 mit entsprechender schädlicher Wirkung auf die Strahlbildung verhindert. Diese leitende Brücke wird oft dadurch gebildet, daß Metall vom Kathodenröhrchen 61 auf das keramische Zwischenstück 76, das die beiden Gitter 71 und 72 voneinander trennt, sublimiert. Es wurde gefunden, daß das niedergeschlagene Material Nickel ist und daß die darin befindlichen Verunreinigungen insbesondere Mangan und Magnesium sind. Das beweist, daß das Material vom Kathodenröhrchen stammt. Ebenso kann auch eine Kurzschlußbrücke zwischen dem Kathodenröhrchen 61 und dem ersten Gitter 71 durch Niederschlagen von Metall auf dem Zwischenstück 75 entstehen. Diese Probleme treten inKathodenstrahlröhren und in gewissen Fernsehaufnahmeröhren auf; z. B. im Image-Orthicon. Natürlich hängt die Bildung der Kurzschlußbrücken von der geometrischen Anordnung der Elektroden und der Isolationsstücke ab, aber in allen Fällen hat sie einen deutlichen Einfluß auf die Verringerung der Lebensdauer der Röhren. Die für dieses Problem gefundene Lösung gemäß Fig. 1 und 2 hat sich als außerordentlich erfolgreich erwiesen. Hierzu wird auf der Außenfläche des Kathodenröhrchens 61 eine Legierungsschicht 81 aus Nickel und Molybdän gebildet. Bei Verwendung eines gewöhnlichen Nickelröhrchens in einer bekannten Image-Orthiconröhre betrug der mittlere elektrische Widerstand zwischen dem ersten und dem zweiten Gitter nach 200 Betriebsstunden etwa 425 Megohm. Bei Verwendung eines Kathodenröhrchens mit einem überzug aus Molybdän-Nickel-Legierung gemäß der Erfindung betrug der Widerstand zwischen erstem und zweitem Gitter in in der gleichen Röhre nach gleicher Betriebszeit 5200 Megohm. Früher war es notwendig, nach einer Betriebsdauer von 500 Stunden 65% solcher Röhren bereits auszuscheiden. Die Ausscheidungsrate hat sich nun nach gleicher Betriebsdauer praktisch auf Null verringert. Ein Widerstand von mindestens 5 Megohm ist erforderlich, wenn die Strahlsteuerung noch halbwegs funktionieren soll. Es ist anzunehmen, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 2 der Widerstand auch noch weit über 500 Betriebsstunden oberhalb dieses Wertes bleibt. Die obigen Zahlen wurden bestimmt, indem man eine Spannung von 6,3 Volt bei einem von Strom von 600 mA an den Heizer anlegte, während die Spannung zwischen erstem und zweitem Gitter 500 Volt betrug.Furthermore, the formation of a conductive bridge between the first, 71, and the second grid 72 with a correspondingly harmful effect on the beam formation is also prevented. This conductive bridge is often formed in that metal sublimates from the cathode tube 61 onto the ceramic spacer 76 which separates the two grids 71 and 72 from one another. It has been found that the deposited material is nickel and that the impurities therein are particularly manganese and magnesium. This proves that the material came from the cathode tube. Likewise, a short-circuit bridge between the cathode tube 61 and the first grid 71 can also result from the deposition of metal on the intermediate piece 75 . These problems occur in cathode ray tubes and in certain television pickup tubes; z. B. in the image orthicon. Of course, the formation of the short-circuit bridges depends on the geometrical arrangement of the electrodes and the insulating pieces, but in all cases it has a clear influence on the reduction in the service life of the tubes. The solution found for this problem according to FIGS. 1 and 2 has proven to be extremely successful. For this purpose, an alloy layer 81 made of nickel and molybdenum is formed on the outer surface of the cathode tube 61. Using an ordinary nickel tube in a known Image Orthicon tube, the average electrical resistance between the first and second grids after 200 hours of operation was about 425 megohms. When using a cathode tube with a coating of molybdenum-nickel alloy according to the invention, the resistance between the first and second grid in the same tube after the same operating time was 5200 megohms. It used to be necessary to remove 65% of such tubes after an operating time of 500 hours. The excretion rate has now decreased to practically zero after the same operating time. A resistance of at least 5 megohms is required if the beam control is to work halfway. It can be assumed that in the embodiment according to FIG. 2 the resistance remains above this value for well over 500 operating hours. The above figures were determined by applying a voltage of 6.3 volts to the heater with a current of 600 mA, while the voltage between the first and second grids was 500 volts.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres. Beispielsweise wurde gefunden, daß bei Verwendung eines Kathodenteiles gemäß Fig. 1 in Empfangsröhren der kritische Abstand zwischen Gitter und Kathode besser eingehalten wird, weil keine wesentliche Verformung während des Einsetzens und Formierens eintritt, während eine reine Nickelkathode oft nach dem Einsetzen verformt wird. Eine indirekt geheizte Oxydkathode arbeitet im allgemeinen bei etwa 800° C und kann sich bei heftigen Stößen und Schwingungen verziehen, wodurch eine Änderung des Gitterkathodenabstandes eintritt. Dies wird durch Anwendung des Molybdän-Nickel-überzugs verhindert. Auch die thermischen Eigenschaften anderer Nickelteile, z. B. von Anoden, werden verbessert, wenn eine hohe Wärmebelastung der Anode vorliegt. Dies kann daher kommen, daß die Molybdänschicht eine größere Wärmeleitfähigkeit als Nickel aufweist, weshalb die Wärme gleichmäßiger über die Anodenfläche verteilt wird und heiße Stellen vermieden werden. Durch die Versteifung wird die Schwingung der Röhrenteile stark verringert, so daß auch hierdurch schon die Scheuerwirkung des Heizdrahtes an der Innenfläche des Kathodenröhrchens verringert wird.Further possible applications of the invention arise for the Expert without further ado. For example, it has been found that using a Cathode part according to FIG. 1 in receiving tubes, the critical distance between grids and cathode is better adhered to because no significant deformation during the Onset and formation occurs, while a pure nickel cathode often occurs after Insertion is deformed. An indirectly heated oxide cathode works in general at about 800 ° C and can warp in the event of violent impacts and vibrations, which causes a change in the grid cathode spacing occurs. This is done by using the Molybdenum-nickel coating prevents. Also the thermal properties of others Nickel parts, e.g. B. of anodes, are improved when there is a high thermal load the anode is present. This may be because the molybdenum layer has a larger one Has thermal conductivity than nickel, which is why the heat is more evenly distributed over the Anode area is distributed and hot spots are avoided. Through the stiffening the vibration of the tube parts is greatly reduced, so that this also already the abrasive effect of the heating wire on the inner surface of the cathode tube is reduced will.

Der Legierungsvorgang kann vor oder nach der Herstellung des betreffenden Röhrenbauteiles vorgenommen werden. Beispielsweise kann die legierte Fläche auf Nickelblechen gebildet werden, die dann in die gewünschte Form gebracht werden, oder der fertige Bauteil kann legiert werden. Wenn ein Kathodenröhrchen von geringem Durchmesser gebildet werden soll, ist es z. B. besonders erwünscht, das Nickelblech bereits vor der Herstellung zu legieren, weil es schwierig ist, die Suspension nach der Fertigstellung auf die Innenfläche des Nickelröhrchens aufzubringen.The alloying process can take place before or after the manufacture of the relevant Tubular component are made. For example, the alloyed surface can be on Nickel sheets are formed, which are then brought into the desired shape, or the finished component can be alloyed. When a cathode tube of little Diameter is to be formed, it is z. B. particularly desirable, the nickel sheet Alloy before manufacture because it is difficult to post the suspension to be applied to the inner surface of the nickel tube upon completion.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft zur Herstellung widerstandsfähiger Kathoden, die erheblichen Stoß- und Schwingungsbeanspruchungen ausgesetzt sind, wie es bei vielen militärischen und industriellen Anwendungen der Fall ist.The invention is particularly advantageous for making more resilient Cathodes that are exposed to significant shock and vibration loads, as is the case with many military and industrial applications.

Claims

PATEN TANSPROCHE: 1. Indirectly heated cathode with a heating element and a part, e.g. B. tube, one side of which is facing the heating element and which consists of a material containing nickel as the main component, characterized in that the nickel-containing part (52, 61) at least on its side facing the heating element (64) one of the liquid alloy phase surface layer (54, 80) formed on the part of nickel and a metal selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, tantalum and their alloys.

2. Cathode according to claim 1, characterized in that the nickel content of the surface layer (54, 80) progressively decreases towards the outside.

3. Cathode after Claim 2, characterized in that the nickel content of the surface layer (54, 80) on its outside (53) is just enough to make this surface shiny To give appearance.

4. Cathode according to claim 1, 2 or 3, characterized in that that the surface layer (54, 80) about 10 to 40% molybdenum and about 90 to 601% Contains nickel.

5. Cathode according to one of the preceding claims, in which on an emission layer is applied to the side of the part facing away from the heating element is characterized in that both sides of the part (62) have an alloyed surface layer (80, 81) and that on the side of the part facing away from the heating element an element (67) made of cathode nickel is on which the emission layer (66) is upset.

6. Cathode according to one of claims 1 to 4, in which on the Heating element facing away from the side of the part an emission layer is arranged, thereby characterized in that the part (61) has an alloyed surface layer on both sides but that the surface layer applied on the side facing away from the heating element (81) leaves part of the surface unalloyed and that the emission layer (66) is applied to the uralloyed surface.

7. Cathode according to one of the preceding Claims, characterized in that the part (61) is made of sheet metal with a thickness of about 56 microns, while the alloy surface layers (80, 81) one About 5 to 10 microns thick. B.

Process for forming an alloy Layer on a part consisting mainly of nickel for the purpose of making a indirectly heated cathode according to one of the preceding claims, characterized in that that one has a coating, the molybdenum, tungsten, tantalum or alloys of the same contains in powder form, applies the part to the surfaces to be alloyed the coating in a reducing atmosphere at a temperature between the eutectic Temperature of the nickel and the additive and a temperature below the The melting point of the nickel is heated until a liquid alloy has formed, which dissolves part of the existing nickel, and then cools the assembly.

9. The method according to claim 8, characterized in that the heating is stopped when the outer surface of the surface layer becomes glossy in appearance Has. Publications considered: German Patent Specifications No. 725 521, 726 048, 726 797, 744 208, 844 029, 895 479; German interpretative document No. 1046 203.