DE2028481A1

DE2028481A1 -

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Publication number: DE2028481A1
Application number: DE19702028481
Authority: DE
Priority date: 1969-06-12
Filing date: 1970-06-10
Publication date: 1970-12-17
Also published as: FR2051157A5; US3590242A; GB1304744A; NL7008505A

Description

Verfahren zur Herstellung von KathodenProcess for the manufacture of cathodes

Die Erfindung betrifft Kathoden aus Thoriumverbindungen und insbesondere ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung von Kathoden aus Thorium-Schmelzverbindungen und die hergestellten Kathoden.This invention relates to thorium compound cathodes and, more particularly, to a new and improved method of manufacture of cathodes made from thorium fusible compounds and the manufactured Cathodes.

Thermoionische Kathoden, die sich aus einer Anhäufung von Teilchen aus Thoriumcarbid oder Thoriumearbid und Wolfram zusammensetzen, wurden in einer Anzahl von Elektronenkanonen angewendet. Diese Kathoden wurden normalerweise durch das Einpressen von gemischtem Thorium und Kohlenstoff oder Thorium und Wolframcarbidpulver in einem tassenförmigen Gefäß aus feuerfestem Metall bei einem Druck des Mehrfachen von ^wl40 kg/cm (mehreren Tonnen pro Quadratzoll) hergestellt. Durch ein nachfolgendes Erhitzen auf Arbeitstemperatur in Vakuum entsteht aus der Mischung durch chemische Reaktion ein gesintertes Thoriumcarbid oder Thoriumcarbid und Wolfram.Thermionic cathodes, made up of an agglomeration of particles composed of thorium carbide or thorium carbide and tungsten, have been used in a number of electron guns. These cathodes were normally press-fitted of mixed thorium and carbon or thorium and tungsten carbide powder in a cup-shaped vessel made of refractory metal at a pressure of a multiple of 40 kg / cm (several Tons per square inch). Subsequent heating to working temperature in a vacuum results in the mixture a sintered thorium carbide or thorium carbide and tungsten by chemical reaction.

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Thoriumcarbidkathoden besitzen eine höhere Austrittsarbeit als andere herkömmliche Kathoden, wie z.B. Bariumoxid oder Barium abgebende Kathoden und arbeiten auch bei weit höheren Temperaturen. Thoriumcarbidkathoden verbrauchen daher mehr Energie und v/eisen eine größere Emissionskühlung für das gleiche Emissionsniveau als Bariumkathoden auf. Andererseits besitzt Thoriumcarbid die außerordentliche Fähigkeit„ eiae hohe Emissionsstromdichte in einem ziemlich schlechten .Vakuum für eine längere Zeitdauer zu erzielen.Desweiteren hat Thoriumcarbid eine ziemlich hohe elektrische Leitfähigkeit,, so dass Kathoden, die hieraus gebildet wurden₉ keines der Probleme aufweisen, die den isolierenden oder halbleitenden !mit Gern anhaften.Thorium carbide cathodes have a higher work function than other conventional cathodes, such as, for example, barium oxide or barium-releasing cathodes and also work at much higher temperatures. Thorium carbide cathodes therefore consume more energy and have greater emission cooling for the same emission level than barium cathodes. On the other hand, thorium has the extraordinary ability "eiae high emission current density in a rather poor .Vakuum for a longer period of time to erzielen.Desweiteren thorium has a fairly high electrical conductivity ,, so that cathodes were formed therefrom _{9 may} have any of the problems that insulating the or semiconducting! adhere with glee.

Gepresste und gesinterte Thoriumcarbid-Wolframkatho&eia wurden in großer Zahl benutzt» Man erreichte dabei einige Ampere pro QuadratZentimeter für viele Tausende von Btunden» Eaeh langem Gebrauch wurde gefunden, dass die Schrumpfung der.porösen Emissionsmischung bei Arbeitstemperatur die vordere Oberfläche der Kathode verschiebt und hierdurch in den elektronenoptischen 'Eigenschaften einer Röhre _s die eine solche -kathode verwendet> Veränderungen hervorruft. Wenn die Kathodenoberfläehe sich nur um 0_?025 mm (1/1000 Zoll) verschiebt» ist bereits eine merkliche Veränderung der Röhrencharakteristik zu beobachten»Pressed and sintered thorium carbide tungsten cathodes have been used in large numbers. A few amperes per square centimeter were achieved for many thousands of hours _s causing the tube cathode used such> changes electron-optical properties of a tube. If the cathode surface is only about 0 _? 025 mm (1/1000 inch) shifts »a noticeable change in the tube characteristics can already be observed»

Ein primäres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten, geschmolzenen Kathode aus Thoriumverbindungen sowie das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung desselben» A primary object of the invention is to provide a new one and improved, molten cathode made from thorium compounds and the method and apparatus for making the same »

Ein anderes Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer neuen und verbesserten geschmolzenen Kathode aus einer i'horiumverbindung und das Verfahren und die Vorrichtung zur Herstellung solcher Kathoden,uurch die eine maximale Stromdichte in einem kleinen Strahlfleck erreicht wird.Another object of the invention is to provide a new one and improved i'horium compound molten cathode and the method and the apparatus for producing such cathodes, by which a maximum current density in one small beam spot is reached.

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EIn weiteres Ziel der Erfindung ist- die Schaffung eines neuen und verbesserten Verfahrens zur Herstellung von Kathoden aus Thoriumverbindungen, die die Entstehung einer geschmolzenen Kathode aus einem Material mit einer gewünschten Zusammensetzung erlaubt. . .Another object of the invention is to provide one new and improved process for the manufacture of cathodes from thorium compounds that allow the formation of a molten one Cathode made of a material with a desired composition allowed. . .

Im weitesten Sinne besteht die Erfindung darin, eine Kathode aus einer geschmolzenen Thoriumverbindung durch Schmelzen einer Mischung des Thoriums oder anderer Metalle in Pulverform herzuntellen. Eine Röhre aus feuerfestem Metall wird in die geschmolzene Mischung so eingehängt, dass ihr unteres Ende in die geschmolzene Mischung eintaucht. Der Mischung wird erlaubt, in der ü-Öhre durch Kapillarkräfte aufzusteigen. Die hierdurch gefüllte Röhre wird nach Abkühlung in Kathodenkörper gewünschter Länge unterteilt. Ein anderes Merkmal -der Erfindung besteht darin, dass ein solcher Kathodenkörper iuit einem Elektronenstrahl, beschossen wird, um ein Schmelzen des Körperendes zu erzeugen, und dadurch eine glatte halbkugelförmige Oberfläche zu bilden, welche, wenn sie in einer elektronenoptische Vorrichtung verwendet wird, eine maxinale Stromdichte ergibt, die durch die Kathode in einem kleinen Strahlfleckemittiert wird.In the broadest sense, the invention consists in a cathode from a molten thorium compound by melting a mixture of the thorium or other metals in powder form. A tube made of refractory metal is hung into the molten mixture so that its lower end goes into immersing the melted mixture. The mixture is allowed to rise in the U-eye by capillary forces. The result After cooling, the filled tube is divided into cathode bodies of the desired length. Another feature of the invention is that such a cathode body iuit an electron beam, is bombarded to produce a melting of the body end, and thereby a smooth hemispherical one Surface to form which when in an electron optical Device used gives a maximum current density emitted by the cathode in a small beam spot will.

Der Gegenstand eier Erfindung ist ferner in der nachfolgenden .Besehreibung und den Ansprüchen im einzelnen erläutert. In der Beschreibung der Erfindung werden zum besseren Verständnis wie in den Zeichnungen gleiche Besugsseichen für gleiche Elemente angewandt« . ■ . ■The subject matter of an invention is further in the following . Description and the claims explained in detail. In the description of the invention for a better understanding as in the drawings, the same reference numbers are used for same elements applied «. ■. ■

Us zeigen; . 'Show us; . '

i die erste «itufe. des Verfahrens zur H-s-rs teilung, von ■ ■ Kathoden aus Shua-iusvi the first step. of the procedure for Hs-rs division, of ■ ■ cathodes from Shua-iusv

eine '.--VYi^uhenstufe -in 4er ^erstellUEg einer solchena '- VYi ^ level -in 4s ^ created one such

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Figur 3 ein abgeändertes Verfahren zur Herstellung einer Kathode aus einer Thoriumverbindung,FIG. 3 shows a modified method for producing a cathode from a thorium compound,

Figur 4 eine schematische Darstellung der hauptsächlichen Elemente eines Elektronenstrahlerzeugers, in der eine verbesserte Kathode aus einer Thoriumverbindung angewandt wird,'Figure 4 is a schematic representation of the main elements of an electron gun in which an improved cathode made of a thorium compound is used, '

Figur 5 eine Abwandlung des Verfahrens und der Vorrichtung zur Herstellung einer Kathode aus einer Thoriumverbindung undFIG. 5 shows a modification of the method and the device for producing a cathode from a thorium compound and

Figur 6 eine abgeänderte Kathode aus einer Thoriumverbindung, ' die zusätzliche Merkmale der Erfindung zeigt.Figure 6 is a modified thorium compound cathode showing additional features of the invention.

In den in Figur 1 dargestellten Herstellungsverfahren 'für Kathoden unter Ausnutzung der Kapillarität, wird eine Menge einer ausgewählten Emissionsmischung 1 in einen Behälter oder in ein bootförmiges Gefäß 2 gegeben, und eine Röhre 3 aus feuerfestem Metall wird in die Mischung eingesetzt. Die Mischung 1 kann irgendeine ausgewählte Mischung eines Emissionspulvers enthalten, z.B. Thoriumcarbidpulver oder eine Mischung aus Thorium- und Wolframcarbidpulver» Das bootförmige Gefäß oder der Behälter 2 kann aus irgendeinem geeigneten feuerfesten Metall bestehen? z«B„ aus Wolfram. Eine feuerfeste Metallröhre 3 kann wahlweise aus irgendeinem zufriedenstellend feuerfesten Metall wie Z₀B. aus einer Legierung von Wolfram und Rhenium bestehen. Eine solche herkömmliche Legierung besteht ungefähr aus 75$ Wolfram und 25/° Rhenium» Die Röhre 3 wird durch herkömmliche Mittel (nicht dargestellt) getragen,, so dass ihr unteres Ende während der folgenden Herstellung der Kathode aus einer Thoriumverbindung in dem Pulver eingetaucht bleibt.In the method of manufacturing cathodes using capillarity shown in FIG. 1, a quantity of a selected emission mixture 1 is placed in a container or in a boat-shaped vessel 2, and a tube 3 made of refractory metal is inserted into the mixture. The mixture 1 can contain any selected mixture of emission powder, for example thorium carbide powder or a mixture of thorium and tungsten carbide powder. The boat-shaped vessel or container 2 can be made of any suitable refractory metal? z «B" made of tungsten. A refractory metal tube 3 may optionally be made of any satisfactory refractory metal such as Z ₀ of an alloy of tungsten and rhenium. Such a conventional alloy consists of approximately 75% tungsten and 25% rhenium. The tube 3 is supported by conventional means (not shown) so that its lower end remains immersed in the powder during subsequent manufacture of the thorium compound cathode.

Nachdem die feuerfeste Metallröhre 3 in ihre Lage im Behälter 2 gebracht wurde, wird die gesamte Einheit erhitzt bis dieAfter the refractory metal tube 3 is in place in the container 2, the entire unit is heated until the

liliuisi-iionsmischung schmilzt„ Demgemäß kann z.B. die gesamteliliuisi-ion mixture melts "Accordingly, e.g. the entire

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Einheit in einen feuerfesten Behälter gegeben werden und durch Hochfrequenzströme in Vakuum erhitzt werden, bis die Emissionsmischung schmilzt. Beim üchinelzen wird die Oberflächenspannung der Thoriumverbindung in der Flüssigphase verwendet, um eine dichte geschmolzene Kathodenstruktur zu erhalten. Auf diese Weise wird beim ochmelzen der pulverförmigen Mischung die Flüssigkeit in das feuerfeste Metalirohr 3 durch Kapillarwirkung hineingezogen. Die Höhe h, bis ,zu der die Flüssigkeit in der Metallröhre 3 steigt, kann ungefähr durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:Unit to be placed in a fire-proof container and be heated by high frequency currents in vacuum until the emission mixture melts. When üchinelzen the surface tension of the thorium compound is in the liquid phase used to obtain a dense molten cathode structure. In this way, when ochmelzen the powdery Mix the liquid drawn into the refractory metal tube 3 by capillary action. The height h to to which the liquid in the metal tube 3 rises, can can be roughly expressed by the following equation:

2 * S cos θ2 * S cos θ

Hierin bedeuten: .Herein mean:.

3 die "Flüssigkeit-Dampf"-Oberflächenspannung, θ der Berührungswinkel der Flüssigkeit mit der Höhre, und P die Dichte der Flüssigkeit
r den Innenradius der Röhre, und
g die Erdbeschleunigung am Ort3 is the "liquid-vapor" surface tension, θ is the contact angle of the liquid with the ear, and P is the density of the liquid
r is the inner radius of the tube, and
g is the acceleration due to gravity at the location

Da3 erfindungsgemäße Herstellungsverfahren wurde bereits bei einem Pulver, das Thorium und V/olframcarbid enthielt, sowie eine Röhre 3» die einen Innendurchmesser von 0,8 mm (0,032 Zoll) aufwies, in Anwendung gebracht. Die geschmolzene Mischung stieg dabei bis auf eine Höhe von 42 mn (1,7 Zoll). Es wurde herausgefunden, dass diese Länge ausreicht, um 28 Kathodenkörper einer typischen l'horiumkathode herzustellen.The manufacturing method according to the invention has already been applied to a powder containing thorium and tungsten carbide and a tube 3 »which had an inside diameter of 0.8 mm (0.032 inches). The molten mixture rose to a height of 42 mn (1.7 inches). It has been found that this length is sufficient to produce 28 cathode bodies of a typical l'horium cathode.

Die Figur 2 zeigt eine Einheit gemäß Figur 1, nachdem die Pulvermisοhung geschmolzen ist und die Oberflächenspannung des geschmolzenen Pulvers in der Flüssigphase dieses veranlasst hat,in der Röhre 3 mittels Kapillarkr&ft zu steigen. Figure 2 shows a unit according to Figure 1, after the Powder mixture is melted and the surface tension of the molten powder in the liquid phase has caused it to rise in the tube 3 by means of capillary force.

Figur 3 zeigt,wie die Länge der gefüllten Höhre durch Neigung ' >■■■ - 009851/1501 BADORiGlNAt Figure 3 shows how the length of the filled ear by inclination '> ■■■ - 009851/1501 BADORiGlNAt

der Röhre in einen Winkel (| zur Senkrechten erhöht werden kann. Die Länge der Füllung in der Röhre kann dabei ausgedrückt werden durchof the tube at an angle (| to the vertical can. The length of the filling in the tube can be expressed will be through

sinsin

Nachdem die HöÜre 3 mit einer flüssigen Emissionsmischung gefüllt wurde, kann sie abkühlen» Sie wird dann in Kathoden körper der gewünschten Länge geschnitten. Typisch ist eine Länge von 1,3 ana (O₉O5 Zoll) für einen Außendurchmesser der Röhre 3 von O₅? bis 1 mm (0_s03 bis O₉(HAfter the hearing 3 has been filled with a liquid emission mixture, it can cool down. It is then cut into cathode bodies of the desired length. A length of 1.3 ana (O ₉ O5 inches) is typical for an outer diameter of the tube 3 of O ₅ ? up to 1 mm (0 _s 03 to O ₉ (H.

Figur 4 zeigt in sch.ematisch.er Darstellung die wesentlichen Teile eines Elelctroneiistrahlerzeugers mit einer erfindungsgemäßen Kathode. Bei dieser Anordnung wird die flüssige Emissionsmischung durch die Kapillarwirkung in das feuerfeste Metallrohr eingefüllt und so der ^-athodenkörper 5 geformt. Dieser wird von einem .Schenkelpaar 6₉7 getragen^ welche die von außen sugänglichen Anschlüsse des Kathodenkörpers bilden*, Gegenüber der Emissionsfläche der kathode ist eine Anode 8 mit einem verkleinerten Halsteil 9 angeordnet s dessen äußeres Ende einen gewünschten Abstand von der Oberfläche der kathode 5 aufweist« Die Anode 8 ist von einem isolierenden Zylinder 1o aus einem geeigneten material_y wie z.B. AlnmißiuBidioxyd umgeben, welcher seinerseits in einem festem Tragkörper 11 gehalten ist₉ um die Oberfläche des Halsteils 9 der Anode 8 in einem festen Abstand in beaug auf die gegenüberliegende Fläche der Kathode 5 zu halten οFIG. 4 shows, in a schematic representation, the essential parts of an electronic beam generator with a cathode according to the invention. With this arrangement, the liquid emission mixture is filled into the refractory metal tube by capillary action and the ^ cathode body 5 is formed in this way. This is supported by a .Schenkelpaar 6 ₉ 7 ^ which the external sugänglichen terminals of the cathode body constitute *, opposite the emission surface of the cathode, an anode 8 with a reduced neck portion 9 s placed whose outer end a desired distance from the surface of the cathode 5 has "the anode 8 is of an insulating cylinder 1o _y from a suitable material such as AlnmißiuBidioxyd surrounded, which is in turn held in a fixed supporting body 11 is ₉ to the surface of the neck portion 9 of the anode 8 at a fixed distance in beaug on the opposite surface the cathode 5 to hold ο

Die Arbeitsweise eines Elektronenstrahlerzeuger mit einer erfindungsgesiäöen Kathode ist infolge der Herstellung mittels Kapillarwirkung in mehrerer Hinsicht besser als diejenige einer Kathode₈ die durch Einfüllen.eines Emissionspulvers in einen Tragzylinder gebildet wird, Eu wurde insbesondere /ξ'-ifunden, dass eine ο ehe Kathode gegenüber Hydrolyse widerstandsfähiger ist und eine höhere mechanische Festig-The operation of an electron beam generator with a cathode according to the invention is better in several respects than that of a cathode _8, which is formed by filling an emission powder into a support cylinder, due to the production by means of capillary action, Eu was in particular / ξ'-i found that a ο before cathode opposite Hydrolysis is more resistant and has a higher mechanical strength

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jceit·" aufweist und deshalb auch leichter zu handhaben ist. Zusätzlich sind axe Herstellungskosten einer Kathode nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Ausnutzung der Kapillarwirkung weitaus geringer als die Herstellungskosten einer Kathode, die durch Einfüllen eines Pulvers in eine feuerfeste Röhre und nachfolgendem Sintern des eingefüllten Pulvers produziert wur-ae.jceit · "and is therefore easier to use. In addition, there are axe manufacturing costs of a cathode the method according to the invention with utilization of the capillary effect far less than the manufacturing cost of a cathode obtained by pouring a powder into a refractory Tube and subsequent sintering of the filled powder was produced.

Es wurde außerdem gefunden, dass die erfindungsgemäße Kathode eine größere mechanische Dauerfestigkeit der Emissionsoberfläche besitzt und eine geringere Verdampfungsgeschwindigkeit als die eingepresste Pulverkathode. Die mechanische Dauerfestigkeit der Kathodenemissionsfläche ist .insbesondere wünschenswert für den Gebrauch in Elektronenröhren, wo Veränderungen in den elektronenoptischen Eigenschaften verhinders werden sollen. Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte.Kathode, bestehend aus Thoriumcarbid una Wolfram, lieferte im Betrieb bei einer Arbeitstemperatur von 2050° K 3 Ampere/Quadratzentimeter und arbeitete bei dieser Temperatur 1ooo Stunden ohne Änderung der Emissionsfähigkeit. It was also found that the cathode according to the invention has a greater mechanical fatigue strength of the emission surface and a lower evaporation rate than the pressed-in powder cathode. The mechanical fatigue strength of the cathode emission surface is .in particular desirable for use in electron tubes where changes in the electron optical properties are prevented should be. A cathode produced by the method according to the invention, consisting of thorium carbide una tungsten, delivered in operation at a working temperature from 2050 ° K 3 amps / square centimeter and worked at this temperature for 1ooo hours without changing the emissivity.

Die H¹XJUi- 5 zeigt eine Abänderung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für Kathoden und eine Vorrichtung hierzu, welche insbesondere zweckmäßig bei einer Emissionsmischung angewendet werden kann, die keinen festen Schmelzpunkt aufweist. Dadurch wird in manchen Fällen, wo eine nicht kongruent schmelzende Emissionsmischung verwendet wird, eine nahezu eutektische Flüssigkeit abgezogen, wenn die feuerfeste Metallröhre vor dem Schmelzen in das Emissionsmischungspulver eingetaucht wird. In einem solchea Falle weist die dadurch erzeugte Röhrerifüllung eine von der ursprünglichen Pulvermischung völlig abweichende Zusammensetzung auf .The H ¹ XJUi- 5 shows a modification of the manufacturing method according to the invention for cathodes and a device for this purpose, which can be used particularly expediently with an emission mixture which does not have a fixed melting point. As a result, in some cases where a non-congruently melting emission mixture is used, a near-eutectic liquid is drawn off when the refractory metal tube is immersed in the emission mixture powder prior to melting. In such a case, the resulting tube filling has a composition that is completely different from the original powder mixture.

In einer Vorrichtung gemäß Fi^ur 5 wird die Pulvermischung In a device according to FIG. 5, the powder mixture

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in ein bootförmiges Gefäß, oder einen Behälter 15 gegeben und mittels der Schenkel 16 von den einwärts gerichteten unteren Kanten 17 eines U-förmigen Trägers 18 in Schwebe gehalten. Innerhalb des Trägers 18 sind eine Anzahl von Wolframstreben 19 enthalten, die an einem Ende an der Wand des Trägers 18 angebracht sind und an ihrem anderen Ende die Röhre 23 teilweise umfassen. Es kann auch ein schmelz-placed in a boat-shaped vessel or container 15 and by means of the legs 16 from the inwardly directed lower edges 17 of a U-shaped support 18 in suspension held. Within the beam 18 are a number of tungsten struts 19 contained at one end on the wall of the carrier 18 are attached and at their other end the tube 23 partially encompass. It can also be a melting

vor-before-

barer Träger 21/gesehen werden, dessen Enden an den Wänden des Trägers 18 und an der Röhre 23 angebracht sind, um diese in einer Stellung oberhalb der Pulvermischung 1 zu halten.Barer support 21 / can be seen, the ends of which on the walls of the carrier 18 and are attached to the tube 23 in order to place them in a position above the powder mixture 1 keep.

Bei der Herstellung einer kathode mittels einer" Vorrichtung gemäß Figur 5 besteht der Tragstreifen 21 aus einem Material mit einem höheren Schmelzpunkt als demjenigen der Pulvermischung 1. Entsprechend wird, nachdem das Pulver in.dem Gefäß 15 geschmolzen ist, die gesamte Einheit auf eine Temperatur leicht oberhalb des Schmelzpunktes des Streifens 21 erwärmt. Die Röhre 23 fällt dann in eine vollständig geschmolzene Emissionsmischung, welche in der Röhre aufwärts fließt und die gewünschte unveränderliche Zusammensetzung des Materials für den Kathodenkörper liefert.When making a cathode by means of a "device According to Figure 5, the support strip 21 consists of a material with a higher melting point than that of the powder mixture 1. Accordingly, after the powder in.dem Vessel 15 has melted the entire unit to a temperature slightly above the melting point of the strip 21 heated. The tube 23 then falls into a completely molten emissions mixture which is up the tube flows and provides the desired unchangeable composition of the material for the cathode body.

Wenn das Pulver, aus dem das Kathodenmaterial besteht, eine Mischung jeweils gleicher Molzahl γόη Thorium und Wolframcarbid aufweist, so kann z.B. der schmelzbare Streifen 21 aus Niob gebildet werden. Dementsprechend wird, wenn die Einheit auf eine Temperatur leicht oberhalb von 2468⁰C erwärmt wird, dem Schmelzpunkt von Niob, die Röhre 23 in die geschmolzene Mischung fallen. Um beim Schmelzen des Streifens 21 das Abfallen der Röhre 23 in das bootförmige Gefäß 15 zu erleichtern, wird an dem oberen Ende der Röhre ein Gewicht aus einem geeigneten hochschmelzenden Material, z.B. Molybdän, angebracht.If the powder from which the cathode material is made has a mixture of the same number of moles γόη thorium and tungsten carbide, then the fusible strip 21 can be formed from niobium, for example. When the unit is heated to a temperature slightly above 2468 ⁰ C, falling the melting point of niobium, the tube 23 in the molten mixture will accordingly. In order to facilitate the fall of the tube 23 into the boat-shaped vessel 15 when the strip 21 is melted, a weight made of a suitable refractory material, for example molybdenum, is attached to the upper end of the tube.

Zur Erzeugung von Kathoden höchster Qualität ist eineTo produce cathodes of the highest quality is one

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Mischung jeweils gleicher Molzahl von Thoriumcarbid und Wolfram erwünscht, weil diese Mischung eine feste ineinandergreifende Tannenbäumchenstruktur ( dentritische Struktur) des Wolframs ergibt, bei der die Zwischenräume mit einer eutektischen Zusammensetzung von Thoriumoarbid- . Wolfram gefüllt sind. Der Gebrauch einer Vorrichtung nach Figur 5 ist insbesondere in diesem Falle wünschenswert, weil die eutektische Zusammensetzung des legierungssystems· aus Thoriumcarbid-WoIfram auf der mit Thoriumcarbid angereicherten Seite des Zustandsdiagramms liegt. Wenn die feuerfeste Metallröhre in die Emissionspulvermischung vor dem Schmelzen des Mischungspulvers eingetaucht wird, so besteht eine Tendenz, die eutektische Zusammensetzung in die Rohre zu ziehen, und dabei Wolfram in dem Gefäß zurück zu lassen. Jedoch wird bei Halterung der feuerfesten Röhre in aer Art, wie sie in Figur 5 dargestellt ist, diese Röhre beim Schmelzen des schmelzbaren Streifens 21 in eine vollständig geschmolzene Emissionsmischung fallen. Dann fließt diese Mischung in der Röhre aufwärts und liefert unweigerlich beim Abschrecken die gewünschte Tannenbäumchenstruktur des Wolframs. Dadurch ergeben sich Kathoden mit Oberflächen hoher mechanischer Dauerfestigkeit.Mixture of the same number of moles of thorium carbide and tungsten is desirable because this mixture has a firm interlocking Fir tree structure (dendritic structure) of the tungsten results in which the gaps with a eutectic composition of thorium carbide-. Tungsten are filled. The use of a device according to Figure 5 is particularly desirable in this case, because the eutectic composition of the alloy system consists of thorium carbide wool on the thorium carbide enriched one Side of the state diagram. When the refractory metal tube in the emission powder mixture before melting of the mixture powder is immersed, there is a tendency to draw the eutectic composition into the tubes, leaving tungsten in the jar. However, if the refractory tube is held in a manner such as As shown in Figure 5, when the fusible strip 21 melts, this tube will fall into a fully molten emission mixture. Then this mixture flows up the tube and inevitably delivers when quenching the desired pine tree structure of the tungsten. This results in cathodes with higher surfaces mechanical fatigue strength.

In vielen elektronenoptischen Anwendungen tritt wiederholt das Problem auf, eine maximale Stromdichte der Kathode in ♦ einem kleinen Strahlfleck zu erreichen* Da die maximale Fleckhelligkeit direkt durch die Kathodenhelligkeit begrenzt ist, ist es wünschenswert, eine maximale Kathodenemissionsdichte durch wirksames Fokussieren der Kathodenemission in einem Strahl oder einem kleinen Fleck, der einer virtuellen punktfö.rmigen Quelle entspricht, zu erreichen. Dadurch wird, wenn Kathoden in bestimmten elektronenoptiaohen Anwendungen gebraucht werden, anstelle einer ebenen Oberfläche für das Emieeloneende der Kathode eine glatte und gleiohförmige Fläche wünschenswert sein. Eine solche Fläche erlaubt unter Anwendung eines hohen elektrischen Feldes dasIn many electron-optical applications, the problem occurs repeatedly that a maximum current density of the cathode in ♦ to achieve a small beam spot * As the maximum spot brightness is directly limited by the cathode brightness it is desirable to have a maximum cathode emission density by effectively focusing the cathode emission in a beam or small spot, which is a virtual one corresponds to a point-shaped source. This is useful when cathodes are used in certain electron-optic applications are needed, instead of a flat surface for the Emieeloneende of the cathode, a smooth and smooth surface Area would be desirable. Such a surface allows that with the application of a high electric field

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Fokussieren der Kathodenemission wie von einem kleinen Fleck oder von einer punktfö'rmigen Quelle aus. Die Spitze eines Kathodenkörpers, die durch ein Verfahren, wie es in den Figuren 1 und 5 dargestellt int, gebildet wurde, wird daher für solche Anwendungen durch eine Elektronenstrahlbeschieöung ge-. schmolzen, so dass die Überflächenspannung eine Halbkugelform erzeugt. Danach folgt ihre Verfestigung. Bei einem Aufbau, wie in Figur 6 dargestellt, wird der Kathodenkörper 5, nachdem er in den Heizschenkeln 6 und 7 befestigt wurde, durch einen Elektronenstrahl, der mit herkömmlichen Mitteln (nicht dargestellt) erzeugt wird, beschossen. Sodann schmilzt die Spitze 3o und die Oberflächenspannung bildet eine Halbkugelform. Danach läßt man sie abkühlen.Focusing the cathode emission as if from a small spot or from a point source. The top of one Cathode body, which was formed by a method as shown in FIGS. 1 and 5, is therefore used for such Applications by an electron beam coating. melted so that the surface tension is a hemispherical shape generated. This is followed by their solidification. At a Structure as shown in Figure 6 is the cathode body 5, after it has been fastened in heater legs 6 and 7, bombarded by an electron beam generated by conventional means (not shown). Then melts the tip 3o and the surface tension forms a hemispherical shape. Then let them cool down.

Zur erfindungsgemäßen Herstellung einer konvexen, glatten, halbkugelförmigen Oberfläche wird die feste Stange in Übereinstimmung mit dem Verfahren nach Figur 1 und Figur 5 gebildet. Die Spitze kann durch Elektronenstrahlbeschießung geschmolzen werden. Danach wird die halbkugelförmige Spitze und ein kleiner Teil der Stange von dem Rest der Stange abgeschnitten und an den Schenkeln 6, 7 aus feuerfestem Metall, befestigt. Alternativ hierzu kann der ^athodenkörper 5 in den Schenkeln 6,7 vor der Beschießung mittels Elektronenstrahl befestigt werden.For the production of a convex, smooth, hemispherical surface becomes the solid rod in accordance formed with the method according to FIG. 1 and FIG. The tip can be achieved by electron beam bombardment be melted. After that, the hemispherical tip and a small part of the rod cut off from the rest of the rod and attached to the legs 6, 7 of refractory metal, attached. As an alternative to this, the athodic body 5 can be placed in the legs 6, 7 prior to bombardment by means of an electron beam be attached.

Die Formung einer halbkugelförmigen Spitze durch Oberflächenspannung in einem geschmolzenen Zustand ergibt eine sehr glatte, dichte Oberfläche einer genauen Kugelform,· wenn eine einzige feste Phase oder eine eutektische Zusammensetzung benutzt wird. In der unmittelbaren Nachbarschaft dieser Spitze i.it das elektrische Feld genau radial und von hoher Intensität. Elektronen, die von der Überfläche emittiert werden, tendieren dazu, den Feldlinien zu folgen, die scheinbar von dem Mittelpunkt der Halbkugel kommen. Elektronenlinsen benutzen daher Kathoden, die ein kleines virtuelles Ziel aufweisen, mit welchen ein Bild geformt wird.The formation of a hemispherical tip through surface tension in a molten state gives a very smooth, dense surface of an exact spherical shape, if a single solid phase or eutectic composition is used. In the immediate vicinity of this Peak i.it the electric field exactly radial and of high intensity. Electrons emitted from the surface tend to follow the field lines that seemingly coming from the center of the hemisphere. Electron lenses therefore use cathodes that have a small virtual Have target with which an image is formed.

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Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich, können die beschriebenen Techniken auf eine Reihe von Materialien, auch andere als Thoriumcarbid oder Mischungen von Thoriumcarbid und Wolfram angewendet werden. Auf diese Weise können intermetallische Verbindungen und insbesondere reine feuerfeste Metalle, v/elche ebenfalls oft als kathoden in Situationen verwendet werden, in denen die erforderliche Emissionsstromdichte nicht sehr hoch ist, Anwendung finden. Indem man die Überflächenenergie der Verbindung in der Flüssigphase ausnutzt, um die geschmolzene Mischung in der Röhre aufsteigen zu lassen, wird eine dichte, kompakte Kathode mit einer gleichförmigen Zusammensetzung erreicht. Sie schrumpft auch nicht über längeren Perioden der Erwärmung auf hohe Temperaturen, sondern sie ergibt einen langlebigen, gleichförmigen emittierenden Kathodenkörper.As can be seen from the preceding description, can the techniques described on a number of materials, including materials other than thorium carbide or mixtures of thorium carbide and tungsten can be applied. In this way, intermetallic compounds and especially pure refractory compounds Metals, which are also often used as cathodes in situations can be used in which the required emission current density is not very high. By doing the surface energy of the compound in the liquid phase is used to raise the molten mixture in the tube a dense, compact cathode with a uniform composition is achieved. It is shrinking not even over long periods of warming to high Temperatures, rather it results in a long-lived, uniform cathode emissive body.

Obwohl in der vorhergehenden JSescureibung verschiedene Ausführun ;sbeispiele dargestellt und beschrieben wurden, ist es selbstverständlich, dass Abwandlungen und Änderungen ohne Abweichung von dem allgemeinen Erfindungsgedanken erfolgen können.Although in the previous discussion there were different versions ; s examples are shown and described, it goes without saying that modifications and changes can take place without departing from the general inventive concept.

009851/1501 8AD OR_leiNAL 009851/1501 8AD OR _leiNAL

Claims

1,) Method of making cathodes, characterized by the following raw steps:

a) the powdery starting materials (1) are mixed and placed in a melting vessel (2)

b) a tube (3) made of a high temperature resistant Material is held above the melting vessel and the open end is immersed in the mixture.

c) the mixture is melted by heating in the melting vessel (1).

d) the molten mixture is allowed to rise in the tube (3) by means of capillary action and then to cool.

2. Process for the production of cathodes, characterized by the melting of a mixture (1) of thorium and tungsten carbide, hanging a tube (3) of a refractory metal in the molten one Mix so that its lower end is immersed in the molten mixture and add the mixture Allow capillary action to rise into the tube and cool the mixture in the tube.

3. The method according to claim 1 or 2, marked net by cutting the cooled tube (3) containing the molten mixture (1), into sections in order to produce a number of cathode bodies (5) of a desired length.

4. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the mixture in one

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-13-refractory metal container (2) is melted.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that ic hnet daas the refractory The tube (3) consists of tungsten and hhenium.

6. Process for the production of cathodes, characterized by the following steps: Suspension of the refractory metal tube (3) above the powder mixture 1 with a fusible support $ 18) and heating the tube (3), the mixture (1) and the carrier (18) to a temperature above the melting point of the support, so that the tube (3) falls into the molten mixture (1).

7. The method according to claim 6, geke nn ze ichne t by struts (19) for the falling tube (3), so that it slopes down substantially perpendicular to the mixture - (T) and is held in the mixture.

8. The method according to claim 7 »marked thereby e i ch net, there is a weight (22) on the top End of the tube (3) is attached to facilitate the falling off of the carrier (18) when melting.

9. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the end of the cathode body (5) is exposed to an electron beam,

and
to melt the end / a smooth hemispherical one

To generate surface.

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