DE1230923B

DE1230923B - Thermische Emissionskathode und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1230923B
Application number: DET25112A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Manfred Tischer
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1963-11-23
Filing date: 1963-11-23
Publication date: 1966-12-22

Description

Thermische Emissionskathode und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf eine thermische Emissionskathode für ein Strahlerzeugungssystem zur Erzeugung eines rauscharmen Elektronenhohlstrahls, insbesondere für rauscharine Lauffeldröhren, bestehend aus einem das Heizelement aufnehmenden topfförmigen metallischen Hohlkörper, der mit einem vom Hohlkörperbodenteil koaxial nach außen vorspringenden, vollzylindrischen metallischen Teil kreisförmigen Querschnitts (Dorn), der das elektronenemittierende Material trägt, versehen ist.
Es sind für rauscharme Elektronenhohlstrahlerzeugungssysteme bereits therinische Kathoden bekannt, deren Emissionsschicht aus einer Folie besteht, die auf die entsprechende Fläche der Kathode aufgepreßt wird. Die Aufbringung der Emissionsfolie geschieht beispielsweise mit Hilfe eines Werkzeuges, das die Folie ausstanzt und gleichzeitig auf die entsprechende Fläche der Kathode aufpreßt. Die nach diesem Verfahren hergestellten Kathoden brachten eine Verringerung der Rauschzahl des erzeugten Elektronenstrahles. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Rauhigkeit der Emissionsfolie, die für die Rauschzahl des Elektronenstrahles von großer Bedeutung ist, noch verhältnismäßig groß ist. Eine Verringerung der Folienrauhigkeit läßt sich aber nur sehr schwer erzielen.
Auch sind schon verschiedene andere thermische Emissionskathoden für ein Strahlerzeugungssystem zur Erzeugung eines rauscharmen Elektronenstrahles bzw. -hohlstrahles bekannt, deren das Heizelement aufnehmender topfförmiger metallischer Hohlkörper einen vom Hohlkörperbodenteil koaxial nach außen vorspringenden voUzylindrischen Dorn, der das Emissionsmaterial trägt, aufweist. (Vergleiche z. B. die USA.-Patentschrift 2 800 603, Fig. 1, »RCA Review«, September 1952, S. 364, und »Proceedings IRE% August 1951, S. 925, in Verbindung mit der britischen Patentschrift 854 943, Fig. 7.) Auch bei diesen Kathoden ist eine geringe Oberflächenrauhigkeit der Emissionsfläche nur schwer erzielbar.
Die vorliegende Erfindung macht es sich daher zur Aufgabe, eine neuartige Kathode zur Erzeugung eines Elektronenhohlstrahles vorzusehen, die bezüglich der Rauhigkeit der Emissionsfläche verbessert ist, womit eine weitere Rauschverminderung des erzeugten Hohlstrahles erzielbar ist.
Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Dorn auf einem Teil seiner Länge einen Abschnitt mit rundum verringertem Durchmesser aufweist, der völlig mit einem mit Emissionsmaterial durchsetzten porösen Körper ausgefüllt ist.
Die für die Elektronenemission maßgebliche Oberfläche der erfindungsgemäßen Kathode weist eine äußerst geringe Rauhigkeit auf und läßt sich auf Grund der Konstruktion der Kathode auch bei großen Stückzahlen mit gleichbleibender Genauigkeit reproduzieren.
An Hand der F i g. 1 b i s 4 soll die Erfindung im folgenden näher erläutert werden. Die dargestellten Kathoden sind vergrößert gezeichnet.
Die F i g. 1 zeigt die wesentlichen Teile einer erfindungsgemäßen Kathode. Mit 1 ist ein topfförmiger metallischer Hohlkörper bezeichnet, der sogenannte Kathodentopf, in dessen Innenraum 2 in bekannter Weise ein elektrisches Heizelement angeordnet ist. Aus dem Bodenteil 3 des Kathodentopfes ragt koaxial ein vollzylindrischer metallischer Dorn 4 kreisförmigen Querschnitts hervor, der mit einem rundum einen verringerten Durchmesser aufweisenden Absatzteil 5 versehen ist. Die sich durch den Absatzteil 5 ergebende Einbuchtung ist mit einem porösen Körper 6 ausgefüllt, der mit Emissionsmaterial durchsetzt ist. Im allgemeinen wird es zweckmäßig sein, den Kathodentopf 1 und den Dorn 4 zusammen mit dem Absatzteil 5 aus einem Stück herzustellen; jedoch ist es auch möglich, den Dorn 4 an das Bodenteil 3 des Kathodentopfes 1 anzusetzen.
In der F i g. 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt, bei welchem der Kathodentopf 1, dessen Hohlraum 2 und dessen Bodenteil 3 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie die entsprechenden Teile in der F i g. 1. Lediglich der Dorn 41 ist hier etwas anders ausgebildet, und zwar weist er im Bereich der Zone 42 einen rundum verringerten Durchmesser auf. Es ist also gewissermaßen in den Dorn eine rundum laufende Rille eingearbeitet. Diese Rille ist wiederum mit einem porösen Körper 6 ausgefüllt, der mit Emissionsmaterial durchsetzt ist. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Kathode besteht darin, daß sich die Oberfläche des emittierenden Teiles sehr genau bearbeiten läßt, nicht zuletzt auch auf Grund der gewählten Konstruktion. Im folgenden ist nun ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kathode beschrieben.
Die F i g. 3 und 4 zeigen verschiedene Verfahrensstufen zur Herstellung der in F i g. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Kathode. Die F i g. 3 zeigt den Kathodentopf 1 mit dem Dorn 4 in der vorgearbeiteten Form ohnejegliches Emissionsmaterial. Es ist zu sehen, daß der aus dem Bodenteil 3 vorspringende Dorn 4 einen rundum im Durchmesser verringerten Absatzteil 5 aufweist. Die Herstellung dieses Kathodentopfes mit Dorn kann beispielsweise durch Drehen erfolgen. Es läßt sich damit eine ziemlich große Genauigkeit erreichen.
Anschließend wird - wie in F i g. 4 dargestellt auf dem im Durchmesser verringerten Teil 5 des Dorns 4 ein poröser Körper aufgebracht, z.B. durch gleichzeitige kataphoretische und elektrolytische Materialabscheidung aus einer Aufschlämmung (Abscheidungsbad) mit nachfolgendem Sintern des auf dem Dorn abgeschiedenen Materials 21. Man kann damit eine Porosität des Körpers von etwa 50 0/, erreichen.
Zur Materialabscheidung wurde mit gutem Erfolg das nachfolgend geschilderte Verfahren angewandt. Das Abscheidungsbad besteht aus 11 destilliertem Wasser, 54 g NiS0, - 7 H,0 analysenrein, 23 g (NH,),SO, analysenrein, 30 g Nickelpulver reinst, 5 #t Korngröße. Die Abscheidung erfolgte unter leichtem Umrühren bei ungefähr 80 bis 100 Volt Gleichspannung in etwa 10 bis 15 Sekunden. Damit der poröse Körper wirklich sehr feinkörnig wird, empfiehlt es sich, ein Nickelpulver mit einer Korngröße von etwa 5 p# zu verwenden. Das auf dem Dorn abgeschiedene Material 21 (F i g. 4) wird dann, vorzugsweise in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre bei etwa 1000'C, 15 bis 20 Minuten lang gesintert.
Nach dem Sinterprozeß wird die Kathode abgedreht und dann funkenerosiv bearbeitet, wodurch sich insbesondere auch die gewünschte Genauigkeit bezüglich der Randgebiete der Kathode ergibt. Nach der Bearbeitung weist die Kathode bereits die in der F i g. 1 dargestellte Form auf.
In dem porösen Körper wird nun zunächst Barium-Strontiumacetat BaSr(C,H,0,), eindiffundiert und nach erfolgter Diffusion mittels (NHJ,CO, eine Fällung zum Karbonat herbeigeführt.
Mit Hilfe einer so hergestellten erfindungsgemäßen Kathode läßt sich eine etwa um den Faktor 2 höhere Strahlstromdichte gegenüber einer üblichen Kathode mit Emissionsmaterial erzielen. Auch ist die Empfindlichkeit gegenüber Ionenaufprall wesentlich geringer. Ferner traten bei der erfindungsgemäßen Kathode sowohl bei der Formierung als auch im Betrieb keinerlei Schwunderscheinungen auf, d.h., die bei der Herstellung erzielten Abmessungen der Kathode blieben während der gesamten Lebensdauer der Kathode einwandfrei erhalten, was für rauscharme Elektronenhohlstrahlerzeugungssysteme von großer Bedeutung ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Thermische Emissionskathode für ein Strahlerzeugungssystem zur Erzeugung eines rauscharmen Elektronenhohlstrahls, insbesondere für rauscharme Lauffeldröhren, bestehend aus einem das Heizelement aufnehmenden topfförmigen metallischen Hohlkörper, der mit einem vom Hohlkörperbodenteil koaxial nach außen vorspringenden, vollzylindrischen metallischen Teil kreisförmigen Querschnitts (Dorn), der das elektronenemittierende Material trägt, versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (4 bzw. 41) auf einem Teil seiner Länge einen Abschnitt mit rundum verringertem Durchmesser aufweist, der völlig mit einem mit Emissionsmaterial durchsetzten porösen Körper (6) ausgefüllt ist.
2. Thermische Emissionskathode nach An- spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper (6) aus kataphoretisch und elektrolytisch abgeschiedenem und dann gesintertem Nickelpulver besteht. 3. Thermische Emissionskathode nach An- spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kreiszylindrische äußere Umfang des porösen Körpers (6) durch mechanische und funkenerosive Bearbeitung auf seine Form gebracht ist. 4. Verfahren zur Herstellung einer thermischen Emissionskathode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbringung des porösen Körpers (6) auf den Dorn (4 bzw. 41) durch gleichzeitige kataphoretische und elektrolytische Materialabscheidung aus einer Aufschlämmung, die unter anderem Nickelpulver enthält, mit nachfolgendem Sintern des auf dem Dorn (4 bzw. 41) abgeschiedenen Materials (21) erfolgt und daß anschließend die Oberfläche des porösen Körpers (6) durch mechanische und funkenerosive Bearbeitung in die gewünschte Form gebracht wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 854 943; USA.-Patentschrift Nr. 2 800 603; »Proceedings IRE«, August 1951, S. 925; »RCA Review«, September 1952, S. 364.