DE1234859B

DE1234859B - Verfahren zum Herstellen eines Heizers einer indirekt geheizten Kathode

Info

Publication number: DE1234859B
Application number: DE1962N0022490
Authority: DE
Inventors: Friedrich Hermann Raymun Almer; Adrianus Kuiper
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1961-12-22
Filing date: 1962-12-18
Publication date: 1967-02-23
Also published as: CH423001A; GB976012A; BE626373A; NL113095C

Description

DEUTSCHES PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 g -13/04

Nummer: 1234 859

Aktenzeichen: N 22490 VIII c/21 g

J 234 859 Anmeldetag: 18. Dezember 1962

Auslegetag: 23. Februar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Heizers einer indirekt geheizten Kathode für elektrische Entladungsröhren, bei dem der Heizer mit einer reinen Aluminiumoxydschicht bedeckt und hierauf mit einer die Wärme gut abstrahlenden Schicht, die Wolfram oder Molybdän enthält, versehen wird.

Für verschiedene Zwecke ist es wichtig, Brummerscheinungen, die durch den Wechselstrom, mit dem der Heizer einer indirekt geheizten Kathode gespeist wird, entstehen, auf ein Minimum zu beschränken. Diese Brummerscheinungen können dadurch verursacht werden, daß der Wechselstrom

1. infolge der Kapazität und Induktivität zwischen Heizer und Kathodenträger und

2. infolge des endlichen ohmschen Widerstandes der Isolierschicht des Heizers zum Kathodenträger fließen kann.

Die erste Ursache kann nicht geändert werden, da diese durch die Konstruktion des Heizers und Kathodenträgers bestimmt wird. Diese Ursache ist jedoch im allgemeinen vernachlässigbar, da der Blindwiderstand dieser Kapazität und Induktivität für den niederfrequenten Wechselstrom (50 Perioden) einen Wert von etwa 500 Megohm hat.

Die zweite Ursache ist jedoch viel wichtiger. Die aus reinem Aluminiumoxyd (Al₂ O₃) bestehende Isolierschicht üblicher Stärke von etwa 60 μπι hat nämlich bei der Betriebstemperatur des Heizers (1150 bis 1200° C) einen Widerstand von etwa 50 Megohm, der sehr streut, so daß bisweilen ein Widerstand von nur etwa 1 Megohm vorkommen kann.

In einem älteren Vorschlag wird ein Kathodenheizer für Elektronenröhren mit einem Überzug aus einer hochisolierenden Innenschicht und einer einen die Wärme gut abstrahlenden, hitzebeständigen und dunkel aussehenden Stoff enthaltenden Außenschicht beschrieben, bei dem die Außenschicht aus einer Mischung von Aluminiumoxyd und dem die Wärme gut abstrahlenden Stoff besteht. Es handelt sich dabei also um zwei Schichten, wobei die zweite Schicht in Form einer Suspension aufgebracht wird. Die Zusatzschichten und Überzüge können durch Tauchen, Tränken oder Aufspritzen aufgebracht werden. Durch Mischen von Aluminiumoxyd, Wolframtrioxyd und Ammoniak wird eine Ammonium-Wolframat-Lösung hergestellt, die getrocknet und dann in einer Wasseratsmosphäre bei 1000° C etwa 20 Minuten derart erhitzt wird, daß das Ammoniumwolframat reduziert wird. Danach wird die Mischung aus Aluminiumoxyd und Wolfram in Form einer Suspension mit einem Verfahren zum Herstellen eines Heizers einer
indirekt geheizten Kathode

Anmelder:

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

Vertreter:

Dipl.-Ing. H.-D. Zeller, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:
*5 Friedrich Hermann Raymund Almer,
Adrianus Kuiper,
Einhoven (Niederlande)

ao Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 22. Dezember 1961 (272 882)

a5 Bindemittel und Methanol gemahlen und schließlich auf den mit Aluminiumoxyd überzogenen Heizer aufgebracht. Bei diesem vorgeschlagenen Kathodenheizer werden jedoch die Isoliereigenschaften der auf dem Heizer aufgebrachten Schicht nicht nennenswert verbessert.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß der Isolierwiderstand der Schicht aus reinem Aluminiumoxyd (Al₂O₃), mit der der Heizer auf übliche Weise bedeckt wird, bei Betriebstemperatur sehr stark erhöht werden kann, wenn für ein Verfahren der eingangs genannten Art nach der Erfindung der mit der Aluminiumoxydschicht bedeckte Heizer in eine wäßrige Lithiumoder Ammonium-Molybdat- oder Lithium- oder Ammonium-Wolframat-Lösung getaucht und dann einige Minuten in einer reduzierten Atmosphäre zwischen 1000 und 1600° C erhitzt wird.

Dabei werden die Metallverbindungen in Lösung auf den Heizer aufgetragen, während beim älteren Vorschlag das Metall in einer Suspension aufgebracht wird.

Es zeigte sich, daß bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung das reduzierte hochschmelzende Metall durch die Anwesenheit des Alkalimetalls schon bei niedrigerer Temperatur schmilzt. Überraschenderweise hat sich ergeben, daß der Widerstand der Isolierschicht dabei 10- bis IOOmal größer wird, also bei der Betriebstemperatur des Heizers bis etwa 500 Meg-

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Claims

ohm zunimmt. Eine noch stärkere Erhöhung dieses Widerstandes hat keinen Zweck, da die Brummerscheinung dann hauptsächlich durch die Kapazität und Induktivität zwischen Heizer und Kathodenträger bestimmt wird. Außerdem hat sich gezeigt, daß die Isolierschicht durch das in der ganzen Schicht vorhandene hochschmelzende Metall sehr dunkel gefärbt ist, wodurch die Betriebstemperatur des Heizers einige hundert Grad Celsius niedriger sein kann, bei gleicher Temperatur des Kathodenträgers. Weiter hat sich ergeben, daß die Streuung des Widerstandswertes derart klein geworden ist, daß die 500 Megohm als Mindestwert gelten können.

Obwohl diese Erscheinung theoretisch noch nicht ganz erklärt ist, wird auf Grund von Röntgenaufnahmen angenommen, daß sich zwischen den Molekularteilchen des hochschmelzenden Metalls und der Al₂O₃-Korner eine Zwischenschicht einer komplizierten Verbindung aus Aluminium, Alkalimetall, hochschmelzendem Metall und Sauerstoff befindet, wäh- rend die Teilchen des hochschmelzenden Metalls derart klein sind, daß sie keine durchgehende leitende Schicht bilden. Die dunkle Farbe der Isolierschicht nach der Erfindung verursacht außerdem eine beträchtlich niedrigere Glühdrahttemperatur, so daß der Glühdraht weniger stark belastet wird und also eine größere Lebensdauer hat.

Es ist bekannt, daß eine gefärbte Isolierschicht dadurch erhalten werden kann, daß das Al₂O₃ vor dem Anbringen auf dem Glühdraht mit Metalloxyden gemischt wird, die während der Sinterung mit dem Aluminiumoxyd reagieren und eine rötlich gefärbte, rubinartige Verbindung bilden. Das hinzugefügte Metall ist dabei jedoch nicht als solches in der Isolierschicht vorhanden. Zwar wird auch hierbei erzielt, daß der Glühdraht eine niedrigere Betriebstemperatur erhält, aber durch den Metallzusatz ist in diesem Fall der spezifische Isolierwiderstand derart verringert, daß der Kathoden-Glühdrahtwiderstand bei der niedrigeren Betriebstemperatur nicht höher ist als derjenige einer aus reinem Al₂O₃ bestehenden weißen Schicht bei der höheren Betriebstemperatur. Durch das bekannte Verfahren werden demzufolge nur die Vorteile erhalten, daß die Lebensdauer des Glühdrahtes verlängert wird und daß die Isolierschicht weniger der Gefahr ausgesetzt ist, daß sie reißt oder abblättert. Brummerscheinungen werden jedoch mit diesem bekannten Verfahren nicht nennenswert verringert.

Unter hochschmelzenden Metallen werden Metalle verstanden, die über 1500° C schmelzen, wie z. B. Wolfram, Molybdän, Rhenium, Tantal und Chrom. Es ist erforderlich, daß die Metallverbindungen in Lösung angewendet werden.

Sehr geeignet sind wasserlösliche Wolframate und Molybdate der Alkalimetalle.

Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Ein Wolframglühdraht wird auf einen Molybdänkern aufgewickelt, dann auf übliche Weise, z. B. kataforetisch, mit einer Schicht aus reinem Al₂O₃ mit einer Stärke von etwa 60 Mikron bedeckt und dann z. B. in Luft erhitzt, so daß das Al₂O₃ gesintert wird. Dann wird der Mo-Kern mit einem Gemisch aus Salpetersäure und Schwefelsäure auf übliche Weise gelöst. Nach dem Waschen und Trocknen wird der mit Al₂O₃ bedeckte Glühdraht in eine Metallösung getaucht, die auf folgende Weise erhalten wurde: 7,4 g Li-Karbonat und 60 g MoO₃ werden in 200 c1 entionisierten Wassers gelöst und 15 Minuten gekocht, wobei sich Lithiummolybdat bildet, worauf einige Tropfen Wasserstoffsuperoxyd zugegeben werden und mit entionisiertem Wasser bis auf ein spezifisches Gewicht von 1,25 verdünnt wird.

Nach dem Tauchen des mit der Al₂O₃-Schicht bedeckten Glühdrahtes in diese Lösung wird der Draht in einer Wasserstoff atmosphäre etwa 5 Minuten auf 1600° C erhitzt, wobei die Al₂O₃-Schicht sehr dunkel wird. Obwohl die Dunkelverfärbung schon bei 600 bis 700° C anfängt, hat sich gezeigt, daß Erhitzung bis über 1000° C erforderlich ist, um eine stabile Schicht zu erhalten, die bei der Betriebstemperatur von etwa 950° C ihre dunkle Farbe während der Lebensdauer der Kathode beibehält.

Bei Verwendung eines Alkaliwolframats statt eines Molybdate kann das Verfahren dadurch vereinfacht werden, daß das Tauchen der Al₂O₃-Schicht jetzt unmittelbar nach dem Aufbringen dieser Schicht auf dem Glühdraht erfolgen kann. Das Sintern und die Dunkelfärbung erfolgt dann während der Erhitzung in einer reduzierenden Atmosphäre, während darauf der Mo-Kern aus der Glühdrahtspirale gebeizt werden kann, ohne daß die freien Wolframteilchen angegriffen werden.

Es hat sich als erforderlich erwiesen, daß die Flüssigkeit eine Alkalimetallverbindung eines hochschmelzenden Metalls in Lösung enthält, da sonst der Isolierwiderstand stark verringert wird.

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen eines Heizers einer indirekt geheizten Kathode für elektrische Entladungsröhren, bei dem der Heizer mit einer reinen Aluminiumoxydschicht bedeckt und hierauf mit einer die Wärme gut abstrahlenden zweiten Schicht, die Wolfram oder Molybdän enthält, versehen wird, dadurchgekennzeichnet, daß der mit der Aluminiumoxydschicht bedeckte Heizer in eine wäßrige Lithium- oder Ammonium-Molybdat- oder Lithium- oder Ammonium-Wolframat-Lösung getaucht und dann einige Minuten in einer reduzierenden Atmosphäre zwischen 1000 und 1600° C erhitzt wird.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1141388.

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