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Kathode für Elektronenröhren Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenquelle
der Art, wie sie in Vakuumröhren und Elektronenkanonen für Kathodenstrahlröhren
verwendet wird.
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Bisher wurden in solchen Röhren und Elektronenkanonen Graphit-Heizelemente
verwendet und es wurden zu diesem Zweck nichtporöse Graphitsubstanzen mit hoher
Dichte entwickelt. Das Graphit ist durch hohe Dichte, hohen spezifisehen Widerstand,
hohe thermische Stabilität@und grosse mechanische Festigkeit gekennzeichnet. Die
Verwendung eines derartigen Graphits ergibt eine gute Heizquelle für eine Elektronenkanone
oder Elektronenspritze. Da jedoch das Graphit selbst chemisch sehr stabil ist, ist
es nahezu unmöglich,
an der Graptiit-IIeizfii#'che Zeitungsdrähte,
beispielsweise aus Nickel oder dergleichen, zu befestigen und dadurch mit dieser
Eine Ohmscüe Berührung herzustellen. Die :jjle;:troden vrerden mar,.crmal mechanisch
mit dem Graphitheizer in Berührung gebracht, jedoch ist dieser Kontakt instabil
und es werden .f:nderungen irr ontaktwi@-:G-otand verursacht, wodurch eine ungleichf5rnige
Charakteristik in dem Heizelement bewirkt wird.
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Die Erfindung befaßt sich daher mit einer Elektronenquelle, bei welcher
eine Zeitung an einem Graphit-Heizelement mittels einer metallurgischen Bindung
befestigt ist.
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WeiUer betrifft die Erfindung eine Elektronenquelle, bei vielcher
,lie elektronenemittierende Substanz an einem Graphitheizer durch eine stabile Karbid-Zwisehenschioht
befestigt ist.
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Außerdem ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Befestigen von Nickel
oder Legierungen auf Nickelbasis an einer Graphitfläche mittels einer an Ort und
Stelle erzeugten Karbid-Zwischenschicht gerichtet.
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Gemäß der Erfindung wird nunmehr eine Kathode für Elektronenröhren
mit einem Graphit-Iieizelement angegeben, an dem metallische Zuleitungen befestigt
sind. und das von
einer Unterlage getragen
| is-t, die sich dadi-trcn auszeiciiaet, daß die metallischen
Zu- |
| leitunGen 'an dem Leizelement duzc@i eine Z>>isehenscaicht
be- |
| festigt sind, die ein üjt deu Grap:lit cies:ei@elE-:.retitcs
"e- |
| bilc@ei;es @_etall@:arbi enthält und d. ein Emissionsstoff
an. |
| dein "eitelement befesti;, ist. |
| @inii1i;id jer 1'iguren %7iru die irii:idung; @eisiel@x;rniwe
n@:@@ler- |
| erl"iutert. 2a zeizen: |
| Figur 1 eine vergrößerte Draufsicht, in welcher die
:Iaupt- |
| teile einer erfiac@ungsge@@wßeu @ra.@hit- ei@einric=:aura e
t.*as |
| schematisch dargestellt sind, |
| Figur 2 einen ichnitt längs der Linie TI--TI in Figur 1, in |
| welchem die heize-nrichtung zusammen iait einem Gitter d rge- |
| stellt ist. |
| Figur 3 eine vergrößerte, teilgreise gecchnittene Ansicht eines |
| Teiles der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung. |
| Figur 4 einen schematisciiea, stark vergrd,erten @c:.nitt,
in |
| welchem dargestellt ist, wie die Nathodensubetanzen an dem
er- |
| findungsgemäßen Graphit-:ieizelement befestigt sind, |
| Figuren 5h und 5:3 Seiteaansichteiz von anderen Ausführungs- |
formen der Graphit-fIeizeinrichtung, Figur 6 eine Draufsicht auf
eine weitere Ausführungsform der Erfindung, in welcher dargestellt ist, wie die
Graphit-Heizeinrichtung an der Unterlage befestigt ist, um eine thermische Ausdehnung
der Heizeinrichtung in ihrer zu ermöglichen, und Figur 7
einen Schnitt im wesentlichen
längs der Linie YII-VII in Figur 6.
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Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist zwecks beispiels-
| 1c-3 riA |
| weiser Erläuterung in der Umgebung einer Elektronenzc@ieuder |
für eine Kathodenstrahlröhre dargestellt. In Figur 1 ist mit 1 ein keramisches Kopfstuck
bezeichnet, quer zu dem ein Graphit-Heizstreifen 2 angeordnet ist. Eine elektronen-
emittierende
Substanz 3, beispielsweise eine Kombination
von Barium- und Strontiumoxyden,
ist auf einez@-Nickel-Basis-,,
platte 4
angeordnet und in der Mitte des
Graphit-Heizstreifens 2 in einer-später zu erläuternden Weise befestigt. Der-Graphit-Heizstreifen
2 trägt verbreiterte Endteile
an beiden Enden, durch welche sich Löcher
6 erstrecken. -
Die Oberfläche des Kopfstücks 1 weist ein Paar von einander
gegenüberliegenden Ausnehmungen 7 auf, in welchen die ver-
breiterten
Feile 5 des Graphitstreifens aufgenommen sind. Die
verbreiterten
Teiles können in geeigneter Weise am Kopfstück 1 angekittet sein. Eine elektrische
Leitung 8 erstreckt sich durch ein Loch 9 im Kopfstück 1 und ihr oberes Ende erstreckt
sich in das Loch 6 des Graphitheizers 2.
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In Figur 2 ist mit 10 ein Gitter bezeichnet, welches um
| ltanone |
| die Blektronenexbrtenier angeordnet ist und eine mittige |
Öffnung 11 für den Durchtritt der Elektronen aufweist. Ein Abstandshalter 12 ist
zwischen dem Kopfstück 1 und dem Gitter 10 angeordnet und ein ringförmiger Halter
13 aus isolierendem Material hält das Gitter 10 im Abstand vom äußeren Umfang des
Kopfstücks 1.
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Erfindungsgemäß bestehen die Leitungen 8 vorzugsweise aus Nickel oder
einer Legierung auf Nickelbasis, wie Nickel-Kobalt oder Nickel-Eisen,
wobei die Legierungen
mindestens 50;1 Nickel enthalten.
Die Leitungen werden
in die Öffnung 6 das Graphit-Heizelements 2 eingesetzt.
Vor dem Einsetzen wird die Leitung 8 mit einer Substanz überzogen, die mit Graphit
ein stabiles Karbid bildet;
insbesondere ein Metall, wie Molybdän, Wolfram,
Titan, Vanadin, Tantal, Niob, Zirkon oder Chrom oder andere Legierungen. Diese
Metalle werden als Pulver zusammen
mit einer» organischen Dindemittel
auf die Leitung ge-
bracht, welches das Pulver auf der
Leitung hält. Diese
Suspension der Metallteilchen in dem Dindemittel
kann
in Form einer Paste aufgebracht oder auf den Graphitheizer
aufgestrichen oder aufgesprüht werden, um eine Schicht zu bilden,
welche in Figur 3 mit 14 bezeichnet
und zwischen der Leitung 8 und
dem Heizer 2 angeordnet
ist. Die Anordnung wird sodann auf eine höhere
Temperatur
gebracht, gewöhnlich im Dereich zwischen etwa
11000C und
20000C, und zwar in einer nichtoxydierenden Atmosphäre,
welche
aus Vakuum bestehen kann, oder in einer inerten Atmosphäre, wie
Wasserstrkff oder Stickstoff, Argon,
Krypton oder dex-gleicbon. Das Metall
14 und der Kohlen-Stoff d@ Graphitheizers 2 bilden dabei ein in
der Schicht
15 fa.-ithaltenes Karbid, welches in den Graphitkörper
ä:@-.Cfundiert und die Leitung 8 fest mit dem Heizelement 2 verbin;-Ict.
Wenn als Metall Holybdän verwendet wird, kann die Legierungsschicht
15 eia Karbid, wie HoC oder Mo 2C
oder beide, enthalten.
Das Metall der Leitung 8 und das
das Karbid bildende Metall
bilden zwischen sich ebenfalls
eine Legierung, welche die beiden fest aneinander
bindet,
wodurch eine metallurgisch gebundene Einheit zwischen dem
Metall
der Leitung und dem Graphit des Heizelements ent-
steht.
Figur 4
zeigt einen stark vergrößerten Schnitt durch eine
erfindungsgemäße
Kathodenanordnung. Eine Elektronenerniasibna-
einrichtung
3, welche aus einer Mischung von Bariumoxyd und Strontiumoxyd
oder dergleichen besteht, ruht auf einem
Basismetall 4, welches beispielsweise
aus Nickel besteht,
und das Basismetall 4 ist auf einem Graphitheizer
2 be-
festigt. Die Nickelbasis 4 ist am Graphitheizer 2 durch
die
Zwischenschaltung einer ein Karbid bildenden Metall-
schicht 14' befestigt.
Bei Behandlung der Anordnung unter erhöhter Temperatur, wie oben beschrieben,
bildet sich eine
Karbidschicht 15# zwischen dem Karbid 2 und der Metall-
zwischenschicht
141, wodurch eine sichere metallurgische
Bindung zwischen den beiden erzielt
wird.
Figur 5A zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungs-
gemäßen
Graphitheizers, bei welchem die Dicke des Graphit-
heizers 2 dadurch
vermindert ist, daß in der Mitte der Längen-
abmessung des Heizers 2 ein
konkaver Teil 16 vorgesehen wird,'
und bei welchem die Kathodensubstanz
3 oberhalb dieses Teiles
mit verminderter Dicke angeordnet ist.
Es hat sich herausge-
stellt, daß bei dieser Ausführungsform
der Wirkungsgrad der
Heizelemente verbessert ist. In Figur
5B ist die Unterseite
des Graphitheizers aus dem gleichen Grunde
abgerundet, um _ eine gekrümmte Fläche 17 zu ergeben.
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Die Figuren 6 und 7 zeigen eine abgewandelte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher sich der
Graphitheizer
2 beim Heizen in Längsrichtung ausdehnen kann. Zu
diesem
Zweck ist der Heizer 2 im Abstand vom Kopfstück 1
befestigt. Ein Ende des
Graphitheizers 2 ist fest am Kopf-
stück 1 befestigt, während
das andere Ende frei in eine
Ausnehmung 21 ragt, deren Breite größer ist
als die Breite
des Graphitheizers 2. Eine der Leitungen 8 kAnn
die typi-
sche Kreisform aufweisen, während die am
freien linde des
Graphitheizers 2 befestigte Leitung die Form einer
Nickel-Folie 18 besitzt, welche mit dem Graphitheizer 2 an der
mit
19 bezeichneten Verbindungsstelle verbunden ist. Das
andere Ende der Folie
18 ist an der Basis des Kopfstückes 1,
beispielsweise mittels einer
Klebstoffschicht 20, angeklebt.
Die Folie 1£3 ist am Heizer 2 mittels
der metallurgischen,
Karbid enthaltenden Bindung befestigt, welche
durch eine
Karbidschicht 15 gekennzeichnet ist. In einem typischen
Fall
liegt der Durchmesser der Leitung 8 zwischen 0,4 und
0,6 mm und die
Stärke der Nickelfolie kann im Querschnitt 0,05 mm auf 1,2 mm betragen.
Die
erfindungsgemäß bevorzugte Graphitart hat die folgenden
Eigenschaften:
Grenztemperatur
----------------- oberhalb 3000°C
Spezifischer Widerstand---------- höher
als 1000 Mikroohm cm
Wärmeleitfähigkeit -------------- kleiner als 15
kcal/m h °C Wärmeausdehnungskoeffizient ----- kleiner als 3,0 x@10-6/oC
Elästizitätsmodul --------------- größer als 2000 kg/mm 2
Biegefestigkeit
----------------- größer als 500 kg/cm. 2
Graphit mit den
obigen Eigenschaften wird geschnitten und in eine gewünschte Form verarbeitet. Eine
Länge von 10 mm
und ein rechteckiger Querschnitt von 1,2 mm auf 0,2 mm ist
dabei eine typische Abmessung. Bei der Herstellung des Dindemittels kann eine Mischung
aus feinen Pulvern von Tanta' iznd Molybdän in einem Gewichtsverhältnis von
1:1
zusammengegeben und mit Nitrozellulose und@N-ßutylazetat vermischt und
sodann auf die metallische Leitung oder als Überzug auf die Öffnungen
6 des Graphitheizers aufgebracht werden. Die erhaltene Anordnung wird erhitzt, wobei
die Temperatur mit einer Zuwachsrate von etwa 300C je Minute erhöht wird, und wird
bei 16000 bis 20000C 20 bis 30 Minuten gehalten. Daraus ergibt sich die Erzeugung
einer Legierungs-
schicht 15, welche stabile metallische Karbide enthält.
Die Nickelleitung kann an dem das Karbid bildenden Metall durch Widerstandsschweißung
an den Dertihrungsstellen gebunden
werden. Der erzielte Heizer kann
an einem keramischen Kopf-
stück, wie es beispielsweise in Figur 1 gezeigt_ist,
durch einen Klebstoff befestigt werden, welcher hauptsächlich aus
Aluminiumphosphat
besteht. Sodann wird die Oberfläche des
Heizers mit Paraffinwachs
poliert. Durch das Polieren wird
die Dicke des Heizers auf etwa
0,1 :um vermindert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wurden
feine Pulver von Nickel, Molybdän und Titan im Gewichtaverhältnie
von
7:2s1 mit dem oben genannten Bindemittel vermischt und auf
die
Nickelleitung gebracht, welche sodann auf die Graphit-
oberfläche gelegt wurde.
Die Anordnung wurde in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer
Temperatur-von 1300o bis
1500°C gehalten. Da Nickel einen niedrigen
Schmelzpunkt besitzt, wurde die Oberfläche der Logierungsschicht
mit
einer Nickelschicht bedeckt. Daher wurde die Verbindung
zwischen den Nickelleitungen und dem Graphit sicher und
einfach
erzielt.