DE1800945A1

DE1800945A1 - Verfahren und Elektrodenausgangsmaterial fuer die Herstellung einer Thorium-Filmkathode fuer elektrische Entladungsgefaesse

Info

Publication number: DE1800945A1
Application number: DE19681800945
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Seiffarth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-10-03
Filing date: 1968-10-03
Publication date: 1970-06-18
Also published as: DE1800945B2; GB1234905A; FR2019800A1

Description

Verfahren und Elektrodenausgangsmaterial für die Herstellung einer Thorium-Filmkathode für elektrische Entladungsgefäße

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren und ein Elektrodenausgangsmaterial für die Herstellung einer Thoriumfilmkathode für elektrische Entladungogefäße, insbesondere Senderöhren, bestehend aus einem Ihoriuraoxid enthaltenden Metallträger aus hochschmelzendem Metall, insbesondere aus Y/olfrara, und einer Oberfläehendoppelschicht von der die eine aus Wolframkarbid und die andere äußere Schicht aus einem als Emissionsunterlage dienenden hochschmelzenden Metall mit Wanderungseigenschaften für Thorium besteht.

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Derart aufgebaute Kathoden stellen sogenannte Haehlieferungs- katho.den dar, bei denen das im Kern gleichmäßig verteilte Thoriumoxid im Betrieb zur Oberfläche hin diffundiert, und dabei bevorzugt durch die Wolframkarbidsehicht ständig reduziert v/ird, so daß an der Oberfläche sich ein Thoriumfilm bildet, der die Austrittsarbeit gegenüber der der Unterlage erheblich erniedrigt. Durch das Vorhandensein einer äußeren, aus einem hochschmelzenden Metall bestehenden Schicht als Emissionsunterlage v/ird nämlich die Austrittsarbeit gegenüber einer Kathode, bei der allein die Wolframkarbidschicht als Unterlage für den Thoriumfilra dient, nochmals günstig erniedrigt.

Es ist jedoch ein Verfahren zur Herstellung thorierter hochemittierender Kathoden bekannt, bei dem das an der Metalloberfläche normalerweise in hexagonaler Struktur vorliegende Volfi'einkarbid bei Anwesenheit eines Freradmetalls oder-metalloids der Gruppe VIIa oder Villa, vorzugsweise Mangan oder Palladium, oder der Gruppe Ib, vorzugsweise Silber, durch Glühen bzw. Diffusionsglühen bei erheblich erhöhter Temperatur in eine kubisch-raumzentrierte Modifikation übergeführt v/ird,um v" dadurch eine Herabsetzung der Austrittsarbeit der betreffenden Kathode zu erreichen.

Weiter ist jedoch bekannt, daß die, zur Erhöhung der Bruchfestigkeit von karburierten Thoriura-Filmkathoden, mit Rhenium legierten Wolframdrähte nach dem Karburieren - also Kathoden mit bei Anwesenheit von Rhenium gebildetem Karbid gegenüber normalen, karburierten thorierten Wolframkathoden keine erhöhte Elektronenemission zeigen.

Pur eine Erhöhung der Elektronenemission einer Thoriumfilmkathode iet es danach unbedingt erforderlich, daß das zusätzliche hochschmelzende Metall als dünne Schicht außen auf der Wolframkarbidsehicht, also als Emisaionsunterli%t

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vorhanden ist, und somit eine wirkungsgemäße Trennung von Reduktions- und Emissionszone erreicht ist.

Karburierte Yiolframdrähto haben aber gegenüber unbehandelten entsprechenden Drähten eine derart verringerte Bruchfestigkeit, daß in der Praxis mit Rücksicht auf die anzustrebende Sicherheit im Hinblick auf eine lange Lebensdauer das Karburieren erst etwa zum Schluß des Herstellungsvorgangs an fertig geformten Kathoden vorgenommen wird. Damit ist aber zwangsläufig die Forderung gekoppelt, daß die¹ auf der Wolframkarbidschieht anzubringende zusätzliche Schicht aus hochschmelzendem Metall ebenfalls nachträglich, meist durch eine kostspielige, einen gesonderten Arbeitsgang erfordernde, Methode aufgebracht werden muß.

Die aufgezeigten Schwierigkeiten und Nachteile der erwähnten bekannten Kathoden zu vermeiden und ein vereinfachtes Herstellungsverfahren durch eine besondere Ausbildung des Ausgangsmaterials zu schaffen, ist Aufgabe der Erfindung.

Erreicht wird dies bei einem im ersten Absatz beschriebenen Verfahren zum Herstellen einer Thoriumfilm-Glühkathode, insbesondere für Senderöhren, nach der Erfindung dadurch, daß die Kathoden aus einem mit dem betreffenden hochschmelzenden Metall überzogenen Elektroden-Ausgangsmaterial mechanisch geformt bzw. ^efertigt werden, wobei als Überzug ein nicht zur Bildung stabiler Karbide neigendes Metall gewählt ist, und dann nur noch nach einer üblichen» bereits die Schlußmaßnahme darstellenden Methode karburiert v/erden

Das besondere Kennzeichen des dabei verwendeten Ausgangsmaterials besteht in einem Aufbau, bei dem das Kernmaterial aus einein 1 bis 2$ Thoriumoxid enthaltenden hochschmelzenden Metall, insbesondere aus Wolfram, besteht und einen Überzug (Oberflächenschicht) aus einem solchen hochschmelzenden

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Metall aufweist, das außer Wanderungseigenschaften für Thorium eine höhere Austrittsarbeit als Wolframkarbid hat und mit Kohlenstoff keine stabilen Karbide "bildet.

Diese zusätzliche Eigenschaft, nämlich eine geringe Affinität zum Kohlenstoff zu "besitzen, also zumindest kein stabiles Karbid zu bilden,haben die nachfolgenden Metalle: Rhenium, Osmium, Platin, Iridium und Rhenium, aus denen deshalb einzeln oder zu mehreren mit besonderem Vorteil der Überzug des Ausgangsmaterials hergestellt v/ird.

Die Herstellung des beschriebenen Ausgangsmaterials bzw. Elektrodenmaterials kann z.B. so erfolgen, daßilnach einem üblichen pulvermetallurgischen Verfahren hergestellter, Ίι.ν-> 1 "bis 2 G$ Thoriumoxid enthaltender Wolframdraht mit einer Schicht aus Rhenium oder einem anderen der genannten hochschmelzenden Metalle nach einer geläufigen Methode plattiert oder überzogen wird. Dies kann z.B. durch galvanischen oder chemischen Niederschlag erfolgen, durch Bedampfen in einer geeigneten Vorrichtung oder aber auch dadurch geschehen, daß um den thorierten Wolfram-Rohling ein Mantel aus diesem hochschmelzenden Metall geschmiedet v/ird und daß dann beide zusammen, d.h. thorierter Wolfrarakern und ManieL gemeinsam, zu Drähten oder Blechen heruntergezogen oder gewalzt v/erden. Ein derart vorgefertigtes Matei}'i£l wird dann genau so zu Kathoden verarbeitet, wie z.B. normales thoriertes Wolfram-Elektrodenmaterial. Dann werden die so gebildeten Kathoden in üblicher Weise in einer Kohlenwasserstoff-Atmosphäre zwecks Karburierung geglüht, wobei der Kohlenstoff durch die z.B. aus Rhenium als hochschmelzendes Metall ,bestehende Oberflächenschicht hindurch diffundiert, weil Rhenium für Kohlenstoff ausgezeichnete Dissusionseigenschaften besitzt und selbst nicht zur Kerbidbildung neigt.

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Die Dicke der Oberflächenschicht aus hochschmelzendem Metall liegt im /um-Bereich, sie beträgt mindestens 0,5/um, insbesondere 2 - 5 /um.

Zur Erhöhung der Bruchfestigkeit, insbesondere im Hinblick auf die Beanspruchung im späteren Betrieb kann der Kernwerkstoff ohne eine Beeinflussung der Emissionsgüte außerdem noch mit einem oder mehreren der vorher genannten Metalle bis zu einem Anteil von· etwa 25 G^ legiert bzw. durchsetzt v/erden.

Bei einen bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die OberflächenGchicht aus Rhenium und der Kernvrerkstoff enthält bis zu 23 G?S Rhenium.

8 Patentansprüche

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Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer Thoriumfilmkathode für elektrische Entladungsgefäße, insbesondere Senderöhren, "bestehend aus einem Thoriumoxid enthaltenden Metallträger aus hochschmelzendem Metall, insbesondere aus Wolfram, und einer Oberflächendoppelschicht, von der die innere aus Wolframcarbid und die andere äußere Schicht aus einem als Emissionsunterlage dienenden hochschmelzenden Metall mit Wanderungseigenschaften für thorium besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden aus einem mit dem betreffenden hochschraelzenden Metall überzogenen Elektroden-Ausgangsmaterial mechanisch gefertigt (geformt) v/erden, wobei als Überzug ein nicht zur Bildung stabiler Karbide nagendes Metall gev/ählt ist, und dann lediglich noch nach einer üblichen,bereits die Schlußmaßnahme darstellenden Methode karburiert werden.

2. Elektrodenausgangsmaterial für das Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Aufbau, bei dem das Kernmaterial aus einem 1 bis 2G# Thoriumoxid enthaltenden hochschraelzenden Metall, insbesondere aus Wolfram, besteht und einen Überzug (Oberflächenschicht) aus einem solchen hochschmelzenden Metall aufweist, daß außer Wanderungseigenschaften für Thorium eine größere Austrittsarbeit als Wolframkarbid hat und mit Kohlenstoff keine stabil^n^iCarbide bildet.

3. Elektrodenausgangsmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug aus einem oder mehreren der hochschmelzenden Metalle Rh, Os, Pt, Ir oder Rhenium besteht.

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4. Elektrodenausgangsraaterial nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Überzugs aus hochschinelzendeui Metall mindeotens 0,5 /Um, insbesondere 2 - 5/um beträgt.

5. Elektrodenausgangsraaterial nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernniaterial außer Thoriumoxid noch ein oder mehrere der nachfolgenden Metalle, Rh, 0:._;. Pt, Ir oder Re bis zu etwa 25 Gf5 enthält.

6. Elektrodenausgangsmaterial nach einen oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 2 bio 5> für Kathoden in Drahtform, gekennzeichnet durch einen als Hanteldraht gezogenen Draht.

7. Elektrodenausgangsmaterial nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch einen z.B. geschmiedeten Hanteldraht-Rohling mit einem Hantel aus hochschmelzenden Material genügender Stärke im Hinblick auf den Kernquerechnitt.

8. Eloktrodenausgangsmaterial nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Rhenium bestellt und der Kernv/erkstpff bis zu 23 ß?Öle enthält.

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