DE1224845B - Gasbinderanordnung fuer Elektronenroehren und andere Vakuumgefaesse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIj

Deutsche Kl.: 21g-13/31

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

N 20851 VIII c/21 g
21. November 1961
15. September 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasbinderanordnung für Elektronenröhren und andere Vakuumgefäße, welche als aktives Metall Zirkonium, Hafnium, Titanium, Thorium oder eine ihrer Legierungen enthält. Unter einer Gasbinderanordnung ist im Rahmen dieser Erfindung sowohl die aktivierte Anordnung in einer evakuierten Vakuumhülle zu verstehen als auch die noch nicht aktivierte Anordnung, welche das gasbindende Metall oder das Hydrid dieses Metalls enthält, in nicht aktivierter Form, wobei Oxydschichten an der Oberfläche vorhanden sind.

Es sind bereits Gasbinderanordnungen bekannt, welche aus gepreßten Tabletten oder Pillen aus in Behältern gepreßtem Pulver bestehen. Das Ausgangsmaterial wird erhalten durch Granulieren eines größeren Preßlings, welcher das Hydrid des gasbindenden Metalls in Körnern mit Durchmessern kleiner als 5 Mikron enthält, vermischt mit Wolframkörnern beträchtlich kleineren Durchmessers zur Verhinderung der Sinterung. Von dem granulierten Material wird eine ziemlich grobe Siebfraktion zu Gasbindern gepreßt. Das feine Pulver ist an sich nicht geeignet, um direkt zu Gasbindern verarbeitet zu werden.

Für viele Anwendungen ist die Gasaufnahmegeschwindigkeit der bekannten gepreßten Gasbinderanordnungen zu gering, obgleich die Aufnahmekapazität genügend groß ist. Dieser Umstand führt zur Anordnung vieler Pillen oder Tabletten oder großen Behältern mit gepreßtem Material, was aber aus verschiedenen Gründen unerträglich ist.

Die Gasbinderanordnung für Elektronenröhren und andere Vakuumgefäße gemäß der Erfindung, welche als aktives Metall Zirkonium, Hafnium, Titanium, Thorium oder eine ihrer Legierungen enthält in der Form von Körnern mit möglichst großer spezifischer Oberfläche, vermischt mit Körnern eines die Zusammensmterung verhindernden Metalls, wie Wolfram oder Molybdän, wobei diese Körner zu Sekundärkörnern agglomeriert sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärkörner gleicher Größe in möglichst dichter Packung, aber unter Vermeidung entbehrlichen Druckes, in einen wenigstens teilweise perforierten Behälter aufgenommen sind.

Eine derartige Gasbinderanordnung hat unter anderem den Vorteil, daß bei Erschütterungen der Vakuumgefäße ein Antrieb der agglomerierten Sekundärkörner vermieden wird.

Die große spezifische Oberfläche der Ausgangsoder Primärkörner wird durch kurze Mikroporen in Gasbinderanordnung für Elektronenröhren
und andere Vakuumgefäße

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven
(Niederlande)

Vertreter:

Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dr. Norbert Ernst Fritz Hansen,

Dr. Horst Flunkert, Aachen

den Sekundärkörnern erreicht. Die Sekundärkörner werden erreicht durch Makroporen zwischen diesen Körnern. Mit diesem Gebilde wird eine wenigstens eine Größenanordnung höhere Gasaufnahmegeschwindigkeit erreicht im Vergleich zu den bekannten Anordnungen, wo die Körner zusammengepreßt sind und wobei kaum Mikroporen vorhanden sind.

Bei den bekannten zusammengepreßten Anordnungen kann im wesentlichen nur eine Volumenreaktion wirksam sein, was übereinstimmt mit der bisher allgemein herrschenden Auffassung über die Gasbindung. Eine derartige Reaktion geht aber sehr langsam vor sich. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung bleibt die ganze Oberfläche erreichbar für die zu absorbierenden Gase, welche in einer Oberflächenreaktion gebunden werden. Diese Oberfläche wird durch die erfindungsgemäße Anordnung erreicht mit einer Porendiffusion großer Geschwindigkeit, welche durch die Kombination von Mikroporen und Makroporen zu bestimmen ist. Die experimentell bestimmten Diffusionsgeschwindigkeiten sind in guter Übereinstimmung mit der Theorie und den daran anschließenden Berechnungen. Bei den bekannten Anordnungen geben die gegebenenfalls noch vorhandenen Mikroporen keine Möglichkeit zu einer ausreichenden Diffusion.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist es zur Erreichung einer möglichst großen Gasaufnahmegeschwindigkeit notwendig, daß die Sekundärkörner

609 660/315

nicht zusammengepreßt werden; eine geringe Vorspannung des Behälters, die eine abriebfeste Lagerung der Körner gewährleistet, ist jedoch zulässig.

Als Mindestwert für die spezifische Oberfläche der Körner des gasbindenden Materials gemäß der Erfindung ist 1 bis 2m²/g anzugeben; mit Pulvern von einer spezifischen Oberfläche von 25 bis 30m²/g werden jedoch beträchtlich bessere Aufnahmegeschwindigkeiten erreicht. Die spezifische Oberfläche ist angegeben für das noch nicht aktivierte Material, to Durch die Aktivierung findet eine Verringerung um etwa 30% statt. Die Körner des die Zusammensinterung verhindernden Metalls haben vorzugsweise etwa die gleiche spezifische Oberfläche und sind in etwa gleicher Gewichtsmenge vorhanden.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Anordnung Sekundärkörner beträchtlich größeren Durchmessers gewählt werden, so sind zwar die Makroporen auch größer; die Mikroporen, über welche ein größerer Teil der aktiven Oberfläche der primären Körner erreicht werden kann, werden aber länger, so daß die Gasaufnahmegeschwindigkeit erniedrigt ist. Der Durchmesser der Sekundärkörner soll daher zwischen einem Mehrfachen von 10 Mikron und einigen Zehntelmillimetern liegen, wobei das Verhältnis zwisehen den größeren und kleineren Durchmessern vorzugsweise geringer als 2 ist. Die günstigsten Abmessungen liegen zwischen 100 und 200 Mikron. Die Sekundärkörner können durch Granulierung von größeren Preßlingen erhalten werden, die mit Preßdrücken von weniger als 5 t/cm², vorzugsweise 1 t/cm², hergestellt sind.

Die Anordnung nach der Erfindung hat nicht nur eine hohe Gasaufnahmegeschwindigkeit; auch das Entgasen und das Entweichen des Wasserstoffes bei der Aktivierung gehen, wenn ein Hydrid zersetzt wird, viel leichter vor sich, so daß auch bei höheren Betriebstemperaturen noch kein merklicher Wasserstoffdruck zu befürchten ist im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen.

Die Erfindung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

F i g. 1, 2 und 3 zeigen Gasbinderanordnungen nach der Erfindung;

F i g. 4 zeigt die Zusammenlagerung der Körner; F i g. 5 gibt einige Gasaufnabmekurven wieder.

In der F i g. 1 ist 1 ein Nickelzylinder von 4 mm Durchmesser und 4 mm Höhe, der an beiden Enden von Gaze aus Chromnickelstahl 2 bzw. 3 verschlossen ist. Die Gaze besteht aus sich kreuzenden Drähten von 30 Mikron Durchmesser und 30 Mikron Zwischenraum. Innerhalb des Zylinders 1 befinden sich Sekundärkörner 4 von 100 bis 200 Mikron Durchmesser von einer Siebfraktion, die in folgender Weise erhalten wird: Zirkonhydridpulver mit einer spezifischen Oberfläche von 2 bis 30 m²/g wird vermischt mit Wolframpulver mit etwa gleicher spezifischer Oberfläche in einem Gewichtsverhältnis von 60 :40. Die Masse wird zusammengepreßt unter einem Druck von 1 t/cm² und danach granuliert. Von dieser Granulierung wird die angegebene Siebfraktion genommen.

In Fig. 2 sind die gleichen Sekundärkörner 4 aufgenommen zwischen zwei am Rand 7 verschweißten Drahtnetzen 5 und 6, wodurch eine bessere Zuganglichkeit der Körner erhalten ist. Um bei der Aktivie-Tung eine leichtere Erhitzungsmöglichkeit zu haben, ist innerhalb des Behälters noch ein Nickelring 8 vorgesehen, der durch Wirbelströme erhitzt werden kann. Auch eine Blecheinlage ist brauchbar.

In Fig. 3 ist ein Schnitt senkrecht zur Achse einer Anordnung gegeben, welche aus zwei Gazeringen 9 und 10 von etwa 22 mm Durchmesser und 12 mm Höhe besteht, welche oben und unten verschweißt sind und außerdem durch acht achsenparallele Verschweißungen zu acht Taschen geformt sind, in welche die Körner 4 aufgenommen sind.

In F i g. 4 sind die Sekundärkörner 4 gegenüber F i g. 1 größer gezeichnet. Die Primärkörner des Zirkonhydrids sind angegeben mit 12 und die Primärkörner des Wolframs mit 13. Obgleich die Zeichnung die Verhältnisse nicht reell wiedergeben kann, ist leicht einzusehen, daß die Mikroporen 14 beträchtlich kleiner sind als die Makroporen 15.

In F i g. 5 gibt die horizontale Achse die aufgenommene Gasmenge in Torr, mal Liter an, während die vertikale Achse die Gasaufnahmegeschwindigkeit in Liter pro Sekunde angibt. Alle Messungen wurden ausgeführt mit Kohlenmonoxyd als Probegas, weil dieses Gas einen großen Anteil der Restgase in Elektronenröhren bildet und außerdem ziemlich schädlich ist. Die Kurve I gilt für eine Anordnung nach Fig. 1, wobei 50 mg Körner eingefüllt waren. Die Kurve JI gilt für eine Anordnung nach F i g. 2, wobei der Gazebeutel einen Durchmesser von 14 mm. hatte. Aus den beiden Kurven ist leicht zu sehen, daß die gleiche Gasmenge aufgenommen wird, aber daß für Kurvell über einen größeren Bereich der Kapazitätsausnutzung die Aufnahmegeschwindigkeit etwa um eine Größenordnung größer ist, was sich aus der besseren Zugänglichkeit der Sekundärkörner erklären läßt. Die Kurve II gilt für das gleiche Pulvergewicht wie Kurve I. Die Kurve III gilt für zwei Beutel nach F i g. 2, je gefüllt mit 50 mg Pulver. Die Kurve IV gilt für eine Anordnung nach F i g. 3, gefüllt mit 500 mg Pulver. An den vier Kurven ist leicht zu erkennen, daß sie sich mehr oder wenig der idealen Rechteckkurve nähern, d. h. das Verhalten einer idealen Gasbinderanordnung zeigen, bei der die Gasaufnahmegeschwindigkeit 5 bis zur vollständigen Ausnutzung der Aufnahmekapazität Q konstant bleibt. Die Kurven gelten alle für Ausgangspulver mit einer spezifischen Oberfläche von 25 m²/g.

Zum Vergleich ist noch Kurve V eingezeichnet worden, die sich auf eine bekannte Anordnung bezieht, bei der 26 mg desselben Pulvers wie für die Bestimmung der übrigen Kurven verwendet wurde als eine Tablette von 3,5 mm Durchmesser und etwa 1 mm Dicke, die in einen Metallstreifen gepreßt wurde. Die F i g. 5 zeigt deutlich, daß der Unterschied der Gasaufnahmegeschwindigkeit zwischen den Kurven I und V mehr als eine Größenordnung größer ist, als sich aus dem Unterschied zwischen den Pulvermengen erwarten läßt. Die höchste Gasaufnahmegeschwindigkeit, die sich mit dieser Anordnung für Kurve V erreichen ließ, betrug 3 · 10~²1/sec bei einer aufgenommenen Menge von 5 · 10~⁵ Torr. mal Liter

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Gasbinder anordnung für Elektronenröhren und andere Vakuumgefäße, welche als aktives Metall Zirkonium, Hafnium, Titanium, Thorium oder eine ihrer Legierungen enthält in der Form von Körnern mit möglichst großer spezifischer Oberfläche, vermischt mit Körnern eines die Zu-

sammensinterung verhindernden Metalls, wie Wolfram oder Molybdän, wobei diese Körner zu Sekundärkörnern agglomeriert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärkörner gleicher Größe in möglichst dichter Packung, aber unter Vermeidung entbehrlichen Druckes, in einen wenigstens teilweise perforierten Behälter aufgenommen sind.

2. Gasbinderanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Oberfläche der Primärkörner größer als 1 m²/g ist, vorzugsweise 25 bis 30 m²/g, während die Körner des die Zusammensinterung verhindernden Metalls etwa die gleiche spezifische Oberfläche haben und in etwa gleichen Gewichtsmengen vorhanden sind.

3. Gasbinderanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Sekundärkörner zwischen einem Mehrfachen von 10 Mikron und einigen Zehntelmillimetern liegt.

4. Gasbinderanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen den größeren und kleineren Durchmessern geringer ist als 2.

5. Gasbinderanordnung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Sekundärkörner zwischen 100 und 200 Mikron liegt.

6. Gasbinderanordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärkörner aus dem Granulat eines Preßlings von Primärkörnern bestehen, der mit einem Druck von weniger als 5 t/cm², vorzugsweise 1 t/cm², gepreßt ist.

7. Gasbinderanordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärkörner in einem Blechzylinder angeordnet sind, der beidseitig mit Gaze verschlossen ist, die unter leichter Vorspannung an den Körnern anliegt.

8. Gasbinderanordnung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sekundärkörner in einem Beutel aus Gaze befinden und eine Blecheinlage oder ein Kurzschlußring innerhalb des Pulvers vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1006 536.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 660/315 9.66 © Bundesdruckerei Berlin