DE1589846A1 - Vorratsgluehkatode hoher Emissionsstromdichte und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

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General Electric Company, Schenectady, N.Y.,II.S.A.

Vorratsglühkatode hoher Emissionsstromdichte und Verfahren zu ihrer Herstellung

Zusatzanmeldung zum Patent' . ⁿ. ' ₀ *. "; ' Patentanmeldung G 43 361 VIIIc/21g

Die Erfindung betrifft Vorratskatoden und insbesondere

ein Vorratsglühkatoden hoher Emissionsdichten sowie/Verfahren zu ihrer Herstellung, nach dem vorgewählte Bestandteile in bestimmter Weise miteinander kombiniert und aktiviert werden.

In verschiedenen Zweigen der Elektronik spielen im Hinblick auf hohe Ausgangsleistungen die Vorratskatoden eine entscheidende, wenn nicht sogar eine die Grenzen festlegende Rolle, besonders wenn sie in Strahlerzeugungssystemen mit hoher Ausgangsleistung im Ultrahochfrequenz- oder Mikrowellenbereich verwendet werden. Eine erhöhte Ausgangsleistung kann in vielen Geräten, die hohe Frequenzen erzeugen, dadurch erreicht werden, daß man Vorratskatoden verwendet, die über lange Zeiten hinweg bei vergleichsweise geringer Heizleistung einen stationären Gleichstrom hoher Dichte aussenden. Es besteht ZoB. ein immer höherer Bedarf an Geräten mit Glühkatoden, die über viele hundert Stunden hinweg im Dauerbetrieb bei Temperaturen zwischen 900° und 1200° 0 arbei-

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ten, und die unter diesen Bedingungen Emissionsstrom-

dichten von mindestens 5 A/cm abgeben» Wenn eine solche Glühkatode in einem Hochfrequenzgenerator verwendet wird, dessen Wirkungsweise auf einem Elektronenstrahl hoher leistung beruht, dann wird nicht nur dessen allgemeine Wirksamkeit, sondern auch dessen Ausgangsleistung wesentlich erhöhte

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verbesserte Vorratskatoden zu schaffen, und zwar insbesondere solche Vorratskatoden, die bei Temperaturen unterhalb von 1000^J G über längere Zeitspannen hinweg Emissionsstromdichten

von mindestens etwa 5 A/cm ermöglichen,. Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung derartiger Katoden angegeben werden.

Erfindungsgemäß werden bestimmte pulverförmige Bestandteile in vorgewählten stöchiometrisehen Verhältnissen zusammengegeben. Beispielsweise werden Bariumcarbonat (BaOO,), Strontiumcarbonat (SrOO,) und Wolframtrioxid (WO,) innig vermischt, naß zermahlen, getrocknet und in Pillenform geglüht, damit eine feste Lösung von Bariumverbindungen, wie z.B. etwa gleiche Mengen von Ba,W0g und Ba₂SrWOg, entsteht„ Die Pillen werden dann wieder zerrieben und gesiebt. Etwa 9 Gew.$ davon werden mit etwa 1 Gew„$ Zirkonhydrid und etwa 90 Gew.$ Wolframpulver vermischt, trocken gemahlen und unter hohem Druck gepreßte Diese Mischung wird dann unter einer reduzierenden Atmosphäre einer hohen Temperatur ausgesetzt, um eine der Bariumverbindungen zu schmelzen und einen einheitlichen, . ^r* zusammenhaftenden Körper, doh.die Vorratskatode hoher \>

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Emassionsdichte, Herzustellen.

Zur Herstellung der "bisher "bekannten Vorratskatoden wurden bisher amf der einen Seite eine große Anzahl von verschiedenen Verfahren entwickelt, bei denen im wesentlichen die., gleichem Stoffe verarbeitet werden, v/ouei sich aber verschiedene Vorratskatoden ergeben. Auf der anderen Seite wwde auch eine große Anzahl verschiedener Bestandteile iis. verschiedenen Gewichtsverhältnissen oder Vermischungen vorgeschlagen, die wiederum verschiedene Eigenschaften der erhaltenen Vorratskatoden ergebene In den meisten Fällen sind dabei die unmittelbaren Reaktionen und Verbindungen, die "bei der Herstellung der Vorratskatoden auftreten, nicht "bekannt, und gleichzeitig erscheinen die meisten Bestandteile, die ursprünglich zur Herstellung der Vorratskatoden zusammengegeben wurden, in der fertigen Katode weder in der gleichen Form noch in der gleichen Menge,, Daher ist eigentlich nicht klar zu ersehen, welche spezifischen. Stoffe oder deren Verbindungen bzw. welche Verfahrenaschritte zu einer bevorzugten Katode wie z_oBo der Bariua-Wolfram-Katode führen₍oder welche Parameter zu einer stark erhöhten Emissionsdichte führen können.

Die bekannten Vorratskatoden und ihre Zusammensetzungen deuten in. keiner Weise darauf hin, daß und wie man Bariumwolfraaatkatoden mit wesentlichen erhöhten Emissionsdichten "bei Dauerbetrieb und bei geringen Temperaturen erhalten könnte· Es wurde jedoch gefunden, daß Bariumwolframatkatoden ext den oben angegebenen Bestandteilen und Konzentrationen gegenüber den bekannten Katoden zu unverhohen Emissionsdichten führen. Außerdem

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ergeben sich diese Emissionsdichten bei geringeren Tem-

, , ··-,·, · ,··,. τ, -, derKatoden paraturen und ermöglichen eine erhöhte Lebensdauer^. Im folgenden wird beschrieben, wie man derartige Katoden herstellen kann.

Erfindungsgemäß wurde weiterhin entdeckt, daß die kritischen Eigenschaften, die die hohe Emissionsstromdichte bestimmen, ebenso von den in der fertigen Katode auftretenden Bestandteilen wie auch von den Ausgangsstoffen abhängen«, Außerdem können gewisse abschließende Behandlungen die ursprünglichen Bestandteile derart verändern, daß die endgültigen Bestandteile in einer ganz bestimmten Form vorliegen, die manchmal unabhängig von der besonderen Menge oder dem besonderen, in der ursprünglichen Form erhältlichen Stoff ist„

Die Glühkatode enthält gemäß der Erfindung einen porösen, gepreßten Metallkörper, in welchem ein aktivierender und ein reduzierender Stoff enthalten ist. Der Preßkörper besteht aus einem feuerfesten Metall, das z_eB. aus einem oder mehreren der Elemente der IV., V. und VI. Gruppe des periodischen Systems wie Wolfram, Molybdän, Rhenium, Tantal usw#, vorzugsweise aber aus Wolfram, zusammengesetzt ist. Der Preßkörper entsteht aus einem Ausgangsmaterial, z.B. fein zerkleinertem oder pulverisiertem Wolfram, das vorzugsweise eine Korngröße von etwa 2-5 Mikrone hat» Korngrößen oberhalb dieser Bereiche lassen keine optimalen Eigenschaften des Endproduktes zu, wie sich durch Vergleichsmessungen bei verschiedenen Teilchengrößen ergeben hat. Das pulverförmig, feuerfeste Metall, besonders Wolfram, wird erfindungsgemäß zu etwa ÖO-94, vorzugsweise zu etwa 88-92 Gewichtsprozenten zuge-

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geben« Die besten Ergebnisse erhält man bei etwa 90-92 Gewichtsprozenten.

Das Aktivatormaterial, das ebenfalls im Preßkörper enthalten ist, besteht aus einer Bariumwolframatverbindung, die während des Betriebs der Katode reduziert wird und Barium an eine aktive Oberfläche der Katode abgibt« Es können dabei auch ein oder mehrere Bariumverbindungen verwendet werden«, Die besten Ergebnisse werden erfindungsgemäß dann erzielt, wenn das ursprüngliche Aktivatormaterial eine einphasige, feste Lösung von äquimolaren Mengen an Ba,\70g und Ba_?SrWOg mit kubischer Symmetrie isto Spitzenstromdichten bei niedriger Temperatur werden außerdem dann erhalten, wenn die erwähnte Barium-Strontium-Verbindung in nahezu stöchiometrischem Verhältnis hergestellt wird«, Das Strontium enthaltende Wolframat scheint besser als die anderen Alkaliwolfraiaate zu sein«, Als Aktivatormaterial können auch andere Bariumverbindungen wie BaO, Ba₂GaWOg usw. verwendet werden, mit denen man Katoden herstellen kann, bei denen weder hohe Stromdichten bei geringer Temperatur noch maxima-le Lebensdauer im Vordergrund stehen. Erfindungsgeiräß wird das Aktivatormaterial zu etwa 5-11, vorzugsweise 7-9 Gewichtsprozenten zugegeben«

Das Reduktionsmaterial, das erfindungsgemäß in der Vorratskatode verwendet wird, erfüllt den Zweck, die Bariumverbindung zu reduzieren, damit daa Barium durch den porösen Wolframkörper wandern und eine Oberfläche geringer Austrittsarbeit bilden kann. Zur Erfüllung dieser Aufgabe können eine Anzahl verschiedener Stoffe, Elemente oder Verbindungen hinzugefügt werden, doch hat sich gezeigt, daß nur eine begrenzte Anzahl von feuerfesten bzw. nchwer-

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schmelzbaren Metallen zu optimalen Ergebnissen führen. Als Metall zum Reduzieren eignet sich bevorzugt Zirkon, das in Form einer Verbindung, z.B. als Hydrid, Zirkonat oder Oxid, zugegeben werden sollte. Zirkonhydrid (ZrHp) als bevorzugte Verbindung führt bei Untersuchungen der Emissionsdichten zu unterscheidbar besseren Ergebnissen Es wird erfindungsgemäß zumindest in einer solchen Menge zugegeben, daß eine meßbare Reduktion stattfindet, beispielsweise bis zu etwa 2,b Gewichtsprozenten und vorzugsweise zu etwa 0,25-1,0 Gewichtsprozenten«, Schrittweises Zugeben von ZrIIp zu Standardmischungen aus dem Matrixmetall und dem Aktivator führen bei gleichzeitiger Beobachtung der Emissionsdichte zu dem Ergebnis, daß sich bei größeren Mengen nur vernachlässigbare Verbesserungen bzw. manchmal sogar Verschlechterungen ergeben.

Als Reduktionsmetall kann auch iiai'nium verwendet werden» Hafnium kann in Form einer Verbindung, z„B. als Hydrid oder Oxid, zugegeben werden, wobei Hafniumhydrid in einer Menge bis zu etwa 2 Gewichtsprozent bevorzugt wird, Die zugegebene Menge an Hafnium sollte sich etwa im gleichen Bereich^vie bei der Verwendung von ZrIIp bewegen, wobei jedoch die verschiedenen Atomgewichte zu berücksichtigen sind. Als feuerfestes oder schwerschmelzbares Metall kann auch insbesondere Titan verwendet werden, doch ergeben sich dann schlechtere oder nicht äquivalente Ergebnisse»

Bei der Darstellung der Ausgangsstoffe muß besonders auf die GewichtsVerhältnisse, die Korngrößen, die Mischungszeiten, die Drucke, die Glüh- oder Sinterzeiten

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sowie andere diesbezügliche Parameter geachtet werden, damit sieb die erwünschte Emission und die lange Lebensdauer einstellen«, Es ist eine bekannte Erscheinung, daß durch unachtsame, falsche oder irrige Veränderung der Stoffe und des Verfahrens oder durch Verwendung eines scheinbar äquivalenten Stoffes eine ansonsten optimale Katode ernsthaft verschlechtert werden kann.

Nach einem !bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht eine langlebige Vorratskatode mit einer kontinuierlichen Bnissionsstromdichte von über 10 A/cm bei einer Temperatur unter 1000° G aus etwa 88-92 Gewichtsprozenten feuerfestem Metall, etwa 7-9 Gewichtsprozenten einer Bariumnrerbindung und als Rest gewöhnlich aus 0,25-2,5 Gewichtsprozenten eines Reduktionsmaterials_e Bevorzugt werden zur Herstellung von Vorratskatoden mit Emissionsdichten von 10 Jk/cm. und mehr bei Temperaturen von 1000° C oder weniger etwa 90-92 Gewichtsprozente Wolfram, etwa 7-9 Gewichtsprozente einer einphasigen festen Lösung mit der allgemeinen Formel Ba₁-Sr(WOg)₂I die z.B. durch Umsatz von BsuJQg und BapSrWO^ entsteht, und etwa 0,5-1 Gewichtsprozent Zirkonhydrid zusammengegeben· Die beiden besten ermittelten Ausführungsbeispiele bestehen aus

a) etwa 92 Gewichtsprozent Wolfram, etwa 7,5 Gewichtsprozent der beschriebenen festen lösung als Aktivator und etwa 0,5 Gewichtsprozent Zirkonhydrid, und

To) etwa 90,2 Gewichtsprozent Wolfram, etwa

9,2 Gewichtsprozent der beschriebenen festen lösung als Aktivator und etwa 0,6 Gewichtsprozent Zirkonhydrid als Rest.

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Die angegebenen Mengenverhältnisse können auch durch einen höheren Prozentsatz an schwerschmelz"barem Metall, d.h. 50 Gewichtsprozent oder mehr, einen geringeren Prozentsatz an Aktivator, d.h. 50 Gewichtsprozent oder weniger, und einen zusätzlichen, im Ergebnis bemerkbaren Anteil an Reduktionsmaterial, der jedoch wesentlich geringer als der zugegebene Anteil an Aktivator ist, angegeben werden.

Die Vorkehrungen, die zur Herstellung der Katoden gemäß der Erfindung mit den angegebenen Gewichtsverhältnissen getroffen v/erden müssen, sind zur Erzielung der Emissionseigenschaften der fertigen Katode streng zu beachten. Besonderer Wert muß auf die Sauberkeit in Verbindung mit hochgradig gereinigten Stoffen gelegt werden,, Gemäß der Erfindung wird das Aktivatormaterial vorzugsweise dargestellt, indem eine Kombination von Bariumcarbonat (BaUO-.), Strontiumcarbonat (SrGO.)-und Wolframtrioxid (WO^v in stöchiometrischen Verhältnissen in Methanol naß vermählen wirdo Nachdem durch das Verreiben eine genügend innige Mischung hergestellt ist, wird das Methanol abgegossen, das pulverförmige Gemisch getrocknet und in einer hydraulischen Presse in Pillenform gepreßt. Diese Pillen werden dann unter Luft bei einer Tem;
mehrere Stunden lang geglüht.

dann unter Luft bei einer Temperatur von über 1400° G

Eine Röntgenstrahlanalyse der hergestellten Pillen zeigt, daß die feste Lösung aus je 5C Atomprozenten BaWO, und BapSrWOg besteht» Diese Zusammensetzung führt auch zu den besten Ergebnissen, obwohl in besonderen Fällen Änderungen möglich sind, wenn nämlich auch andere Kriterien

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oder solche zusätzlich zu den hohen Emissionsdichten beachtet werden müssen«, Die aus je 50 Atomprozenten bestehende Zusammensetzung hängt von den Mengen der Ausgangsstoffe ab und wird beispielsweise durch stochio metrische Mengen von 18,525gBaG0,, 2,770 g SrCO, und 8,705 g WO, erhalten. Das Reaktionsprodukt ist Ba oder 5BaO. SrOi2WO,.

Nach dem Glühen werden die Pillen zermahlen und durch ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,045 mm (325 mesh sieve) gegeben. Das erhaltene Pulver wird mit Wolfram gemischt, das fein zerteilt oder gepulvert ist und eine durchschnittliche Korngröße von 2-5 Mikrons hat, und zwar in den oben angegebenen Verhältnissen, insbesondere in den aus den Beispielen a) und b) folgenden Verhältnissen. Zu dieser Mischung wird ein Reduktionsmäterial, z.B₀ Zirkoniumhydrid oder Hafniumhydrid, hinzugefügt, dessen Korngröße ebenfalls der Maschengröße eines Siebs mit einer lichten Maschenweite von etwa 0,045 mm entspricht oder kleiner ist und ebenfalls in den oben angegebenen Mengen, insbesondere 0,5 bzw. 0,6 Gewichtsprozent, zugegeben wird«, Die gesamte Mischung wird dann in ein Mischgerät gegeben, hier z.B. in eine kleine Molybdän-Kugelmühle , und für mehrere Stunden gemahlen,, Zur Erzielung maximaler Emission ist die Mischzeit eine Punktion der Mühlengröße, deren Geschwindigkeit und deren Beladung.

Die Mahlkammer der Molybdän-Kugelmühle hat die Form einer aus Molybdän bestehenden Tasse, deren Durchmesser und deren Tiefe etwa je 68,9 mm (2 3/4 Zoll) beträgt. Die Mahlwerkzeuge sind Molybdänklumpen· mit einem Durchmesser und

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einer Länge von je etwa 6,4 mm (1/4 Zoll). Es werden iünfssig dieser Mahlwerkzeuge für jede Mahlperiode verwendet« Das offene Ende der Mahlkammer ist während des Mahlens mit einer Molybdänplatte abgedeckt₀ Die Mühle wird bei einer Drehzahl von 120 TJPM betrieben.

Beim Aufnehmen einer Anzahl von Meßkurven, in denen die Emissionsdichten gegen die Mahlzeiten aufgetragen sind, und die für eine Anzahl von Mahlperioden charakteristisch sind, ergibt sich, daß sich Spitzenemissionsdichten bei Mahlzeiten von zwei bis sechs Stunden ergeben. Unerwarteterweise ergibt sich außerdem, daß bei längeren Mahlzeiten eine weitere Spitzenemissionsdichte erhalten wird, die etwa im Bereich zwischen zwölf und achtzehn Stunden liegt. Die besten Emissionsdichten werden erhalten, wenn man für die erfindungsgemäßen Katoden Mahlzeiten zwischen zwölf und achtzehn Stunden anwendet, d.h. die zweite Spitzenemissionsdichte ausnützt.

Nach dem Mahlen wird die Mischung getrocknet und in einer hydraulischen Presse zu Pillen der gewünschten Größe geformt. Die Drucke tragen dabei ebenfalls zu den endgültigen charakteristischen Eigenschaften bei, da sie in gewisser. Weise die Porengröße des fertigen Produktes beeinflussen. Gemäß der Erfindung liegen die Drucke zwischen 5,6-12,6

ρ ρ

to/om (40-90 to/Zoll ), vorzugsweise zwischen 11,2-12,6

ρ ρ

to/cm (80-90 to/Zoll )β Die gepreßten Pulverpillen werden dann gesintert, indem sie unter einer vorgewählten Atmosphäre bei etwa 1900° 0 zwischen wenigen Minuten und 5-6 Minuten erhitzt werden. Der Sintervorgang vollzieht sich unter einer relativ reinen, reduzierenden Atmosphäre, z.B. vorzugsweise in Gegenwart von sehr sauberem, sorgfältig

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deoxidiertem Wasserstoff. Es wurde festgestellt, daß Verunreinigungen im Wasserstoff, z.Bo Wasserdampf oder andere Gase, sich dahingehend auswirken, daß die Emissionsdichten deutlich kleiner werden» Der verwendete Wasserstoff "besitzt einen Taupunkt von weniger als - 73,33° C (~ 100° F)₀ Außerdem wurde festgestellt, daß die unter Y/asserstoff gesinterten Stoffe merklich besser als die unter anderen Atmosphären, wie z.B'. indifferenten Atmosphären oder deren Mischungen mit Wasserstoff gesinterten, waren. Schließlich zeigen Vergleichsmessungen bezüglich der Emissionsdichte auch, daß der Sinterprozeß bei einer Temperatur von über 1800° G, vorzugsweise zwischen 1850° G und 1900° G, d.h. beim oder oberhalb des Schmelzpunktes von BaWO.*, ablaufen sollte„ Höhere Temperaturen bringen keine Verbesserung.

Nach dem Sintern werden die Katodenkörper hergestellt, indem die Emitteroberflächen in geeigneter Weise derart geformt oder ausgebildet werden, daß eine frische aktive Oberfläche entsteht» Das geschieht im allgemeinen durch Entfernung einer dünnen Schicht von der Katode₀ Am besten ist es, die Katode auf einer Drehbank mit einem spanabhebenden, sehr scharfen Werkzeug ähnlich einem Plandrehwerkzeug aus Garboloy zu bearbeiten, wobei mit hoher Spindeldrehzahl und geringem Quervorschub dünne Schnitte abgetragen werden· Diese Art von Schleifprozeß stellt eine optimale Oberfläche mit ausgezeichneter Verbindung zu dem porösen Körper her. Die Porenöffnungen in der Oberfläche werden durch dieses Verfahren weder verformt noch geschlossen. Es können aber auch Verfahren angewendet werden, bei denen die Katode etwa zerstäubt oder mit Elektronen behandelt wird, und es hat sich gezeigt, daß die dieserat bearbei-

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teten oder geschnittenen Katoden wesentlich besser als solche sind, die z.B. überhaupt nicht abgeschliffen oder mit verschiedenen Schleifrädern, v/ie z_oB_o Diamant- oder Alumdumrädern, poliert worden sind₀

Auf die beschriebene V/eise ist eine große Anzahl von Glühkatoden hergestellt worden. Sie zeichnen sich durch wesentlich erhöhte Emissionsstromdichten bei tiefen Temperaturen und hoher Lebensdauer aus, ganz im Gegensatz zu den bisher in der Vorratskatodentechnik bekannten Katoden. Bei den Messungen der lOmissionsstromdichte wurden alle Fehler innerhalb der l.leßapparatur vermieden, so daß die Messungen sicherer und genauer sind als die, die mit standartisierten Prü&ioden zur Wertbestimmung von Katoden erhalten werden können. In Verbindung mit den Messungen wurde eine Vakuumapparatur aus rostfreiem Stahl (347) konstruiert, die soweit erhitzt werden kann, bis sie von Wasserdampf und anderen absorbierten Gasen befreit ist«, Die Öffnungen wurden durch Druckflansche und Metall-Karamik-Verschmelzungen verschlossene Die Apparatur wurde zunächst mit Quecksilber-Diffusionspumpen evakuiert, da Quecksilber eine wohldefinierte Substanz ist, die sich bei hohen Temperaturen nicht auflöst oder in mehrere Bestandteile zersetzt und die außerdem der Katodenemission nicht schadet. Um dann ein höheres Vakuum von etwa 10 Torr herzustellen, wurde eine Ionenpumpe verwendete Der Durchmesser der Katode wurde auf einen Zentimeter festgelegt, was für die Verwendung in Mikrowellenröhren als charakteristisch angesehen wird. Da gemäß der Erfindung hergestellte Katoden dieser Größe erhebliche Ströme liefern, wurde zur Verwendung bei allen Messungen ein sechsphasiger Spannungsgleichrichter für variable Spannungen hergestellt, der bei

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500 V einen maximalen Strom von 20 A führen kann₀ Die Welligkeit bei einer Se chsphansen-Glei einrichtung ist gering genug, so daß die Stromittelwerte äquivalent denen bei einer echten Gleichstrommessung sind. Eines der größten Probleme, die bei Messungen mit hohem Strom auftreten, sind die Anodenveriuste. Um diese auf ein Minimum zu beschränken, wurden Dioden verwendet, die einen Anoden-Katoden-Abstand von 0,25 mm (0,01 Zoll) haben und einen Kompromiß zwischen elektrischen und mechanischen Eigenschaften darstellen« Sogar bei diesen kleinen Abständen wurden bei Strömen von etwa 10 Amperes

2 Leistungsdichten von 4-6 Kilowatt pro cm festgestellt.

Das sind fast die größten Leistungsdichten, die von wassergekühlten Anoden noch aufgenommen werden können.

Eine große Anzahl von Katoden wurde erfindungsgenuiß hergestellt, um die optimalen Stoffe, die Mengenverhältnisse, die Zeiten der einzelnen Verfahrensschritte und andere Parameter besser festlegen und definieren zu können» Bei einer Anzahl von Katoden wurden z.B. die Verhältnisse der Stoffe und die Stoffe selbst sowie die einzelnen Verfahrensschritte variiert, während alle übrigen Parameter konstant gehalten wurden. Bei jeder Änderung wurde die Emissionsstromdichte gemessen, um den Einfluß der Änderung auf diese festzustellen« Zu diesen Änderungen gehören Z₀B. die proportionale Änderung der Materialien, der Gebrauch von anderen feuerfesten Metallen wie Ilolyodän und deren Verbindungen, der Gebrauch von anderen zusätzlichen Materialien oder Erdalkaliverbindungen als Aktivatoren, andere Atmosphären beim Sintern und der Gebrauch anderer Mittel zur Bereitung der aktiven Oberflächen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, daß die besten Katoden

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a) etwa 92 Gewichtsprozente Wolfram, etwa 7»5 Gewichtsprozente einer Bariumverbindung, "bestehend aus einer festen Lösung von Ba,WOg und Ba₁-Sr₂WOg, sowie etwa 0,5 Gewichtsprozent ZrHp und b) 90,2 Gewichtsprozente Wolfram, 9,2 Gewichtsprozente der festen Lösung und als Rest Zirkon- oder Hafniumhydrid enthaltene Diese Gewichtsverhältnisse dienten als Standard- während der beschriebenen Messungen,,

Bei Verwendung dieser Standard-Gewichtsverhältnisse wurden weiterhin die Verfahrensschritte über einen weiten Bereich geändert und die Emissionsstromdichten der resultierenden Katoden verglichen. Dabei kam heraus, daß die beste Katode als Aktivatormaterial eine feste Lösung von Ba,WOr und BapSrV/Og erhält, daß diese in einer sehr reinen reduzierenden (Wasserstoff-)Atmosphäre gesintert und aur Bereitung einer sauberen, emittierenden Oberfläche mit einem sehr scharfen Schneidwerkzeug behandelt wirdo

Die Katoden gemäß der Erfindung haben kontinuierliche

2 Emissionsstromdichten von über 7-10 Amperes pro cm bei einer Betriebstemperatur von 850-1000° 0, wenn die Gewichtsverhältnisse und die einzelnen Herstellungsschritte in der beschriebenen Weise gewählt werden«,

Die Vorratskatoden nach der Erfindung können in vielfacher Form verwendet werden,, Ein Ausführungsbeispiel 10 ist in der beiliegenden Abbildung dargestellt» Ein zylindrischer Körper 11 der Vorratskatode ist konzentrish im einen Ende eines Zylinders 12 befestigt« Der Körper 11 besitzt eine freiliegende Emitterfläche 13 und eine entgegengesetzt dazu liegende Fläche 14, die in der Nähe einer glüh-

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drahtähnlichen Heizvorrichtung 15 angeordnet ist. Der Körper 11 kann ein einzelner Bauteil sein, der dann mit dem Zylinder 12 verbunden wird, oder in diesem an Ort und Stelle hergestellt w.erden«, Der Zylinder 12 besteht vorzugsweise aus einem feuerfesten Material, beispielsweise aus Molybdän oder Y/olfranu

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Zusammensetzung zur Verwendung als emissionsaktives Material in einer Vorratsglühkatode, die ein feuerfestes Metall und mindestens ein Erdalkalimetall enthält und aus einer innigen Mischung von

a) etwa 80-94 Gtew.5C des fein zerteilten feuerfesten Metalls,

b) etwa 5-12 Gew.jt einer einphasigen festen Lösung, die eine Barium und Strontium enthaltende Wolframatverbindung ist, und

c) etwa Of25-1 Gew.jC einer Verbindung besteht, die ein zur Reduktion der Bariumverbindung bei der Betriebstemperatur geeignetes Metall enthält, nach Patent -. <ν·ν . .·1τ -v (deutsche Patentanmeldung 6 43 361 VIIIc/21g), dadurch gekennzeichnet, daß das reduzierende Metall Hafnium oder Zirkon ist.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sie aus

a) 90,2 Gew.^ Wolfram,

b) 9,2 Gew.^t der festen Lösung und

c) 0,6 Gew.?C Zirkon- oder Hafniumhydrid besteht.

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