DE1614678A1 - Vorrichtung zur Erzeugung von Alkalimetalldaempfen in Elektronenroehren - Google Patents

Description

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Essen, Fr!:n:n:Ir. 31 . 17 217 T- 1CI/£7Q

S.A.E.S. Getters S.p.A;, Mailand/Italiea, Via Gallarate Vorrichtung zur Erzeugung von Alkalimetalldampfen in

Elektronenröhren.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Alkalimetalldampfen, wie zum Beispiel von Zesium-, Kalium- und/oder Natriumdämpfen in Elektronenröhren.

Bekanntlich ist in zahlreichen Arten von Elektronenröhren, die Anwesenheit von Zesium- und/oder anderen Alkalimetallen zur Bildung von lichtempfindlichen Flächen erforderlich.

Derartige Röhren sind beispielsweise Bildverstärkerröhren für Röntgenzwecke, Fernsehaufnahmeröhren, Fotozellen, Bildwandlerröhren, elektronische Bildsucher u.dgl.

Das Einbringen des Alkalimetalls in seiner Elementarform in die Röhren verursacht erhebliche Schwierigkeiten und erfordert teuere Verfahren. Es ist daher allgemein üblich geworden) das Alkalimetall im Inneren der Röhre unter der Ausnützung der Reaktion zwischen einem Salz des Alkalimetalles und einem geeigneten Reduktionsmittel zu befreien.

So werden beispielsweise in den USA-Patentschriften 1 7^7 648 und 1 733 809 zu diesem Zweck Mischungen von Zesiumchlorid und Magnesium oder Zesimnehromat und Silizium als geeignete Alkalimetallspender verwendet.

In einer kürzlich erschieneirVeröffentlichung von A.L. Eichenbaum und M.E. Moi "Cesium Vapor Dispenser" in Rev. Sei. Instrum. 22.* ^91 (19^4) wird die Mischung von Zesiumchromat und Silizium als am geeignetsten zur Herstellung von Vor-

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richtungen angegeben, die geeignet sind, Alkalimetalldämpfe während einer gewissen Zeitdauer und mit einer gewissen Regelmässigkeit zu entwicklen.

Diese Mischung besitzt den Vorteil, dass sie bis zu Temperaturen von etwa 50O-6OO°C nicht wirksam ist und es ist daher möglich, sie energisch bei erhöhten Temperaturen im Vakuum zu entgasen, ohne dass Alkalimetallverluste auftreten. Erst bei einer Temperatur von 7OO-8OO°C ergibt sich die Reaktion h Cs CrO. + 5 Si > 2 CrO + 5 SiO + 8 Cs welche trotz ihres exothermen Verlaufes leicht kontrollierbar ist.

Um eine homogene Reaktion zu erzielen muss die Mischung mit äusserst feinkörnigen Pulvern hergestellt werden, so dass eine gute Vermischung und eine innige Berührung zwischen den Alkalimetallsalzkörnern und dem Reduktionsmittel vorhanden ist,

Im allgemeinen dürfen die Alkalimetallchromatteilchen keinen grö'sseren Durchmesser als 5O-6OaA» besitzen und die Silizium— teilchen (welche stets in grossein Ueberschuss zum stöchiometrischem Verhältnis zugegeben werden) müssen eine Grosse in der gleichen Grössenordnung besitzen oder noch kleiner sein, um die einzelnen Körner des Alkalimetallsalzes vollständig zu umgeben, so dass ein gu,d£fcer Wärmekontakt erzielt wird.

Die Mischung wird für ihre Verwendung mittels geeigneter Metallbehälter, gewöhnlich aus rostfreiem Stahl oder einer Nickel-Chrom-Legierung, umgeben und sodann verpackt und gepresst.

Die hierfür gewöhnlich verwendeten Behälter besitzen normalerweise zylindrische Gestalt (mit einem Durchmesser von etwa 0,5-2 mm) und sind an ihren Enden zusammengepresst. Diese Behälter werden durch Rollen aus Bändern mit geeigneten

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Abmessungen erhalten und werden entlang ihrer Längsachse durch Ueberlagerung der Ränder der Bänder geschlossen/ Zufolge der Ueberlageruhg der Bandränder bildet sich auf diese Weise ein Schiita, dessen Breite geringer sein muss, als der kleinste Durchmesser der die Mischung bildenden Teilchen. Diese Bedingung ist dadurch gegeben, dass Verluste des die Mischung bildenden pulverförmigen Materials auf jeden Fall vermieden werden müssen, nachdem dieselben nicht wieder gutzumachende und wirtschaftlich bedeutsame Schäden, insbesondere an der lichtempfindlichen Fläche der Elektronenröhre, in welcher die Vorrichtung verwendet wird, verursachen können.

Die Befreiung der Zesiumdämpfe aus der Mischung im Inneren der Elektronenröhre erfolgt durch Erwärmung, indem ein elektrischer Strom durch den Behälter der Mischung hindurchgeschickt wird. Die befreiten Zesiumdämpfe treten sodann aus dem Längsschlitz des Behälters aus.

Die bisher bekannten Vorrichtungen zur Erzeugung von Alkalimetalldämpfen sind nicht zufriedenstellend und weisen zahlreiche Nachteile auf.

Die Verpackung und Pressung des Pulvers innerhalb der genannten Behälter ist unzureichend, um das Pulver in einen Festkörper zu verwandeln. Die Wärme- und/oder mechanischen Beanspruchungen, dehnen die genannten Vorrichtungen unterworfen werden, können zu einem Verfall des Pulvers führen, wodurch sich die schwerwiegende Gefahr ergibt, dass Pulverteilehen durch den genannten Schlitz austreten.

Die mechanischen Beanspruchungen rühren hauptsächlich daher, dass die Vorrichtungen nach ihrer Herstellung oft mechanisch

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verformt werden müssen um ihnen eine gewünschte Form zu erteilen.

Ferner .gewährleistet die genannte Art der Verpackung oft nicht eine gute Homogenität und eine gute Wärmeleitfähigkeit, so dass die Ausbeute im allgemeinen sehr schwankend ist und jedenfalls geringer als 50$ des in der Mischung enthaltenen reinen Alkallmetalls.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Alkalimetalldämpfen für Elektronenröhren zu schaffen, welche die erwähnten Mängel und Nachteile der bekannten Vorrichtungen nicht aufweist und welche sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass unter normalen Verwendungsverhältnisssen jeglicher Verlust bzw. Austritt von Teilchen veWeden ist und dass eine hohe Ausbeute an Alkalimetall erreicht wird.

Ferner bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung der erwähnten Art mit einer geometrischen Form, die sich leicht an die verschiedenen Verwendungsanforderungen anpassen lässt, wobei die erzeugten Alkalimetalldämpfe in einer bestimmten Richtung aus der Vorrichtung austreten sollen und entlang des gesamten Körpers der Vorrichtung eine regelmässige Zusammensetzung der PulVermischung sowie der Temperatur vorhanden sein soll.

Erfindungsgemäss besteht die Vorrichtung zur Erzeugung von Alkalimetalldämpfen aus einem Behälter, welcher eine homogene Mischung von Alkalimetallchromatteilchen und eines Reduktionsmittels umschliesst und ist dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Mischung Teilchen eines Metalles enthält, welches mindestens teilweise bei einer Temperatur sinitlerbar ist, welche 600⁰C nicht ttberstdgt und das eine wesentlich niedrigere Dampfspannung besitzt als jene der in der Mischung verwendeten Alkalimetallverbindung.

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Das der Mischung zuzugebend© sin«terbere Metall kann Bisen, Nickel, Kobalt, Titan oder ein anderes Metall sein, dessen Korngrösse um 10bliegt. Wird als sin&erbares Metall Titan verwendet, dann ergibt sich'der ¥ort©il, dass die Mischung unmagnetisch bleibt. - .

Während der Reduktionsreaktlora. d©s AlksLlimetallchromats treten unerwünscht© und schädlich© gasförmige Produkt© (insbesondere 0 und BLQ) aus« Um den Grassteil dieser schildlichen Gase zu blockieren ist gemäs's airier bevorzugten Aus™ führungsfore der Erfindung vorgesehen, dass der Mischtang auch ein Getter-Material, w±© beispielsweise Zirkon und seine Legierungen zugefügt wird, welches auch als Reduktionsmittel wirkt und daher sogar als IQrsats eines anderen eigenen Reduktionsmittels verwendet werden kansi und somit sowohl als Getter als auch als Reduktionsmittel dient.

Als Behälter für die genannte Mischung wird vorteilhafterweise ein Band aus rostfreiem Stahl oder aus einer Nickel-Chrom-Legierung bzw. aus einem anderen Werkstoff mit hohem elektrischen Widerstand verwendet, welches derart gebogen ist, dass es einen trapezförmigen Querschnitt mit einem Längsschlitz in der Mitte einer seiner Basisflächen besitzt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

FIg.-1 zeigt ein Stück einer drahtförmigen Vorrichtung in Draufsicht,

Fig.2 ist eine Seitenansicht dieses Stückes der Vorrichtung, Fig.3 ist ein Längsschnitt in grSsserem Massstab nach der

Linie HI-III der Fig.1 und
Fig.k und 5 sind Querschnitte nach den Linien IV-IV bzw. V-V der Fig.2, ebenfalls in vergröseertem Massstab.

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Die Vorrichtung besteht aus einem Behälter bzw. einer Hülle 1 mit trapezförmigem Querschnitt und einem schmalen Längsschlitz 2 in der Mitte der grösseren Basisfläche. Der Behälter 1 umschliesst die Mischung 3» welche aus einem Alkalimettalsalz, einem Reduktionsmittel, einem (leitermaterial und einen! leicht sin&erbaren Material besteht.

Der Behälter 1 ist aus rostfreiem Stahl oder aus einer Nickel-Chrom-Lagierung oder aus einem anderen Material mit hohem elektrischem Widerstand hergestellt. Beispielsweise kann dieser Behälter die folgenden Abmessungen besitzen : Breite der grosseren BasisflHohe etwa 0,75-1*5 π™* Höhe etwa 0,5-2,0 mm, Breite des Schlitzes U etwa 10-fOOkfv/.

Die Vorrichtung kann durch Ziehen eines Bandes aus einem der genannten Werkstoffe in der in der Zeichnung ersichtlichen Form erhalten werden. Wj^Hhrend des Ziehvorgangs wird die homogene Mischung des Alkalimetallsalzes, des Reduktionsmittels, des Getters und des leicht sincterbaren Materials unter Druck eingebracht. Die Enden des Behälters sind durch Iusammenpressen verschlossen oder weisen wie in der Zeichnung dargestellt geeignete MetalldrahtanschlüsseUr auf, welche in Endabschnitte 5 des Behälters mit kreisförmigem Querschnitt eingesteckt sind.

Die mit äusserst reinen Reaktionsmitteln (elektronischer Reinheitsgrad) erzeugte Mischung umfasst gemäss der Erfindung Alkaliraetallchromatteilchen, Teilchen eines Reduktionsmittels, wie Silizium, oder vorzugsweise einem Getter, wie Zirkonium (oder dessen Legierungen)j der nicht nur als Getter sondern auch als Reduktionsmittel wirkt, sowie Teilchen von äusserst reinem Eisen, Nickel, Titan, Kobalt od.dgl.

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Die Teilchen der verschiedenen Bestandteile der Mischung können beispielsweise die folgenden Konreigfössen besitzen :

Alkalimetallchroraatteilchen: kleiner als 50M· Teilchen des Reduktionsmittels und/oder des Getters: zwischen 100-und 30 lA-

Teilchen des leichtsinterbaren Materials: um 10 bis 3O1A. Bs können beispielsweise die folgenden Mischungszusammensetzungen verwendet werden :

Cs CrO. (oder K CrO. oder Na CrO. oder Li CrO, )........ 1 Gewichtsteil * ■

Zr-Al-Legierung (St10l ) . . 4-9 Gewichtsteile

Fe (Ni oder Co oder Ti) . 2-5 Gewichtsteile
oder

CsCrO. (oder K CrO, oder Na CrO.oder Li CrO. ) ,, „ „ 1 Gewichtsteil

Si 1-2 Gewichtsteile

Ni 0,5-2 Gewichtsteile.

Diese Mischungen können Temperaturen von 550-6009Ö erreichen und können im Vakuum eine gewisse Zeit läng in diesem Zustand gehalten werden, ohne dass eine Abgabe von Alkalimetalldämpfen stattfindet, wodurch die Entgasung und Sinterung des Pulvers ermöglicht wird. Diese Arbeitsgänge können auch vor der Einbringung der Vorrichtung in die Elektronenröhre durchgeführt werden.

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Um die Alkalimetalldämpfe innerhalb der RfHire aus der Mischung zu befreien, wird der Behälter durch Durchleitung eines elektrischen Stromes auf Temperaturen Ober 700°C erwärmt. Die exotherme Reaktion zwischen dem Alkalimetallsalz, dem Reduktionsmittel und/oder Getter und dem Bisen oder Nickel oder"Kobalt oder Titan verläuft in einer Weise, dass sie leicht durch die Erwärmung des Behälters kontrolliert werden kann.

Am Ende der Abgabe der Dämpfe ist die übrigbleibende Hasse im Behälter homogen, kompakt und besitzt ein. schwammartiges Aussehen. Es besteht keinerlei Gefahr, dass sich Teilchen abtrennen und austreten, selbst wenn der Behälter .verformt oder zerbrochen wird.

Die Zugabe des leicht sinterbaren Materials (Pe, Ni, Ti, Co od.dgl.) hat einen vierfachen Zweck.

1) während des, bei Temperaturen bis 5OO-55O°C durchführbaren Entgasungsvorgangs sintert das Material teilweise und blokkiert die anderen Teilchen, so dass es deren Austritt aus dem Behälter . verhindert. Auf diese Weise ist eine leichte Handhabung der Vorrichtung ermöglicht.

2) Nachdem das Material mit den übrigen Bestandteilen des Pulvers innig vereischt ist und ausserdem gute Wärme- und Stromleitfähigkeiten besitzt, gestattet es eine gleichförmige Temperaturverteilung entlang der. gesamten pulverfBrmigen Masse. Dies hat eine erhöhte und reproduzierbare Ausbeute an Alkallmetall zur Folge.

3) Da das Material auch als Reduktionsmittel wirkt, liefert es einen Beitrag zur Reaktion zur Freigabe des Alkalimetalle.

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4) Nach, der Reaktion zur Freigabe des Alkalimetalles erhärtet das Materialrdie gesamte pulverfSrmige Masse in äusserst kompakter Form, so dass jeglicher Materialaustritt verhindert wird, selbst wenn die Hülle verforint oder zerbrochen wird.

Die Zugabe des Gettermaterial, wie Zirkonium oder dessen Legierungen (beispielsweise St 101), zum Alkalimetallchromat hat einen zweifachen Zweck :

1) Das Gettermaterial wirkt als Reduktionsmittel, so dass die Zugabe eines eigenen Reduktionsmittels, wie Silizium, vermieden werden kann,

2) Das Gettermaterial blockiert bereits in der Phase der Reduktionsreaktion des Chromates den Grossteil der schädlichen Gase (vor allem 0 ).

Die Erfindung wurde beispielsweise unter Bezugnahme auf eine Mischung von Alkalimetallchromat und Silizium oder Zirkonium (oder der Legierung Zr-Al) beschrieben, welcher Eisen-, Nikkei-, Titan- oder Kobaltpulver als sinterbares Metall hinzugegeben wurde. Es versteht sich jedoch, dass anstelle der genannten Metalle auch andere allein oder in Mischung verwendet werden können, sofern dieselben nur mindestens teilweise bei Temperaturen sinterbar sind, die 600°C nicht übersteigen und sofern ihre Dampfspannung wesentlich niedriger als jene der in der Mischung verwendeten Alkalimetallverbindung 1st.

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Claims (6)

16U678 PATENTANSPRÜCHE

1)J Vorrichtung zur Erzeugung von Dämpfen eines Alkalimetalles in Elektronenröhren, bestehend aus einem Behalter, welcher eine Mischung von Alkalimetallchromatteilchen und eines Reduktionsmittels umschliesst und welcher einen dünnen Schlitz besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung feinste Teilchen eines Metalles enthält, welches mindestens zum Teil bei Temperaturen sinterbar ist, die 600°C nicht übersteigen und welches eine Dampfspannung besitzt, die wesentlich niedriger als jene der in der Mischung verwendeten Alkalimetallverbindung ist.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das der Mischung zugegebene Metall Eisen, Nickel, Kobalt oder Titan ist.

3) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung ein Gettermaterial enthältT"

k) Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung ain Material, wie beispielsweise Zirkonium oder dessen Legierungen, enthält, welches gleichzeitig als Getter und als Reduktionsmittel wirkt.

5) Vorrichtung nach Anspruch *f, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkalimetallchromatteilchen eine Korngrösse von weniger als 5OpI-, die Teilchen des Reduktionsmittels und/oder des Getters eine Korngrtjsse von 100-30^t,und die Teilchen des sinterbaren Materials eine Korngrösse von 10-3OrA- . besitzen.

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6) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die homogene Mischung des Alkalimetallchromats_f des
Gettermaterials und des sinterbaren Metalles in einem Behälter mit trapezförmigem Querschnitt eingeschlossen ist, welcher Behälter in der Mitte einer seiner Basisflächen einen
Längsschlitz aufweist.

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