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Verfahren zur Herstellung von Vorratskathoden des Ni-Matrixtyps Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vorratskathoden des Ni-Matrixtyps,
wobei insbesondere an großflächige Kathoden gedacht ist, wie sie für Senderöhren
benötigt werden. Unter einer Vorratskathode des Ni-Matrixtyps soll dabei eine solche
Vorratskathode verstanden werden, bei der die Metallbeimischung aus einem solchen
Metall besteht, das sich den Oxyden der Erdalkalimetalle gegenüber chemisch inaktiv
verhält.
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Solche Kathoden, beispielsweise die Ni-Matrixkathoden" werden etwa
folgendermaßen hergestellt: Einer geeigneten Lösung von Erdalkalinitraten wird im
Verhältnis von beispielsweise 30: 70 ein Karbonylnickelpulver geringer Korngröße
zugegeben. Aus dieser Mischung wird unter ständigem Rühren das Erdalkali-Karbonat
ausgefällt. Das dadurch entstandene Pulver wird auf einer hydraulischen Presse gepreßt
und in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1100
bis 13501 C etwa 20 Minuten
lang gesintert.
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Bei diesen Sinterpreßlingen muß nun noch das Erdalkali-Karbonat in
das Oxyd umgewandelt werden, worauf im folgenden noch eingegangen wird.
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Zunächst sei darauf hingewiesen, daß man bei der Herstellung von solchen
Vorratskathoden in erster Linie darauf zu achten hat, daß bei der in das Röhrensystem
eingebauten Kathodenpille während des Betriebes keinerlei geometrische Veränderungen
mehr auftreten.
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In der Literatur wurde wiederholt auf die Schwierigkeit der Beherrschung
solcher geometrischen Veränderungen hingewiesen. Sie äußern sich beispielsweise
im Auftreten eines bestimmten Sinterschwundes, der Bildung von Rissen, Hohlräumen
usw.
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Um diese geometrischen Veränderungen der Kathodenpille zu unterbinden,.
werden die gepreßten Kathodenkörper der obenerwähnten Vorsinterung unterworfen.
Dieser vor dem Einbau der Vorratskathode in die Elektronenröhre stattfindende Sinterprozeß
ist deswegen unumgänglich, weil die relativ hohen Umwandlungs- und Aktivierungstemperaturen
bei Ni-Matrixkathoden den obenerwähnten Sinterungsschwund hervorrufen, der zu Verformungen
und Befestigungsschwierigkeiten führt.
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Trotz dieser bisher bereits angewendeten Behand-Jungsmethode der Vorsinterung
traten beim Bau von großffächigen Ni-Matrixkathoden mit einer Emissionsfläche, die
größer als 1 CM2 ist, doch geometrische Veränderungen auf, wobei insbesondere
Durchbiegungen in Richtung der Längsachsen beobachtet wurden. Bei ringförmigen Kathoden,
beispielsweise solchen in Fürm von Zylinderringen, waren ähnliche Verformungen zu
beobachten. Eine weitere Schwierigkeit bei der Herstellung'von Vorratskathoden des
Ni-Matrixtyps liegt in der ver-.Üältnismäßig großen Umwandlungszeit, die für die
Umwandlung der Karbonate in das Oxyd benötigt wird. Diese große Umwandlungszeit
ist wegen des sehr hohen Gasgehalts der gesinterten Pille erforderlich. Dieser Gasgehalt
ist bedingt durch die einzelnen, bei hohen Temperaturen stattfindenden Prozesse,
wie Pressen, Sintern usw. Die Umwandlungszeit liegt derzeit in der Größenordnung
von 1 bis 3 Stunden, was außerordentlich nachteilig ist, weil während
dieser Zeit die Pumpe stets blockiert ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile
des bisherigen Verfahrens zur Herstellung von Vorratskathoden des Ni-Matrixtyps,
bei dem aus einer Mischung von Erdalkalinitraten und KarbonyInickelpulver das Karbonat
ausgefällt wird und das entstandene Pulver gepreßt und einer Wasserstoffsinterung
unterzogen wird, zu beseitigen.
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Die Erfindung besteht darin, daß die gesinterten Preßlinge zunächst
einer Nachverfestigung durch Wannpressen unterzogen werden und unmittelbar vor dem
Einbau in die Röhrensysteme dann noch in einerWasserstoffatmosphäre bei
1000 bis 1200' C
geglüht werden.
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Die Nachverfestigung beseitigt die eingangs geschilderten Nachteile
der Verformung des Preßlings nach der erfolgten Sinterung. Dieser Verfahrensschritt
bewirkt jedoch wiederum eine Zunahme des im Preßling enthaltenen Gases, so daß die
an sich schon störende Umwandlungszeit von 1 bis 3 Stunden weiter
heraufgesetzt wird. Durch die Glühung des Preßlings in einer Wasserstoffatmosphäre
vor seinem Einbau in das Röhrensystem werden die Gase im wesentlichen vorher ausgetrieben,
so daß die Kathode bereits annähernd gasfrei in das Röhrensystem eingesetzt werden
kann.
Es empfiehlt sich, die Nachverfestigung bei einer Temperatur
von 1100 bis 1250' C in einer Wasserstoffatmosphäre mit einem Preßdruck
von 0,5 bis 2,5 t/cm2, vorzugsweise mit 1,5 t/CM2, vorzunehmen.
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Die Glühung in einer Wasserstoffatmosphäre erfolgt ebenfalls bei einer
Temperatur zwischen 1000
bis 1200' C und dauert 1 bis
3 Stunden; die Durchflußmenge des Wasserstoffs beträgt 300 bis 4001
pro Stunde.
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Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß der Verfahrensschritt
der Glühung des Kathodenkörpers im Wasserstoff vor seinem Einbau in das Röhrensystem
auch ohne die vorherige Nachverfestigung des Preßlings vorgenommen werden kann,
weil sich allein durch diesen Verfahrensschritt eine wesentliche Verbesserung bei
der Herstellung von Vorratskathoden des Ni-Matrixtyps ergibt.
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Dies sei an Hand eines Schaübildes erläutert, welches für eine Kathodenforin
aufgenominen worden ist, die eine emittierende Fläche von 1,5 em2 und ein
Volumen von 0,5 cm3 besaß. Für eine solche Kathode ist in F i g. 1
die Umwandlungszeit in Abhängigkeit vom Druck dargestellt.
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Wie aus dem Diagramm hervorgeht, ist die Kathode erst nach einer Zeit
vöh' 145 Minuteü völlig gasfrei. Im Gegensatz hierzu zeigt das Drubk-Zeit-Diggramin
der F i g. 2 die Umwandlungszeit für eine Kathode, die vor der Umwandlung
der Glühung in Wasserstoff- ausgesetzt worden ist. Bei gleicher Fläche und gleichem
Volumen dieser Kathode ist die Umwandlungszeit um den Faktor 4, 5 herabgesetzt.
,Dieses sich aus F.i g. 1 - und 2 ergebende Verhältnis wirkt sich noch wesentlich
günstige#r aus, wenn der erste Verfahrensschritt der vorliegenden Erfindung, nämlich
die Nachverfestigung der Preßlinge, angewendet- wird.