DE2059572A1

DE2059572A1 - Verfahren zur Herstellung von kalten Kathoden fuer Gasentladungsroehren

Info

Publication number: DE2059572A1
Application number: DE19702059572
Authority: DE
Inventors: Max Menzel
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1970-12-03
Filing date: 1970-12-03
Publication date: 1972-06-08
Also published as: CA934438A; GB1343094A; NL7116337A; FR2117177A5; US3758184A; BE776179A

Description

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/rur.r-o·;.-: phifips Palaiivcrvraliung GmbH* - 2059572

Akte No, pHE_ 1519'.
Anwendung vom: 1. Dez . 1970

PHILIPS PATENTVERWALTUNa GNBH., 2 HAMBUKCr 1, STE_^rNDAMM 94/

Verfahren zur Herstellung von kalten Kathoden für

Gasentladungsröhren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von kalten Kathoden für Ga-?entladungsröhren, bei denen die Kathode aus einem hochschmelzendem" Metallstab besteht, auf dom der eigentliche aktive, aus gesintertem Nickelpulver bestehende Elektrodenkörper befestigt ist.

Es ist bekannt, in Blitzlichtröhren einen Getterwerkstoff aus einer Bariurn-Aluminiumlegierung (BaAlji.) in Pulverform zu verwenden, und zwar in Form eines sogenannten Getterringes oder einer Getterpille. Derartige Anordnungen sind in der GB-PS 716 621 und z.B. in der FR-PS 1 OSO 547 beschrieben.
Als Blitzlichtröhren werden in diesem Zusammenhang solche verstanden, bei denen der Blitz in dem Glaskolben nicht durch die Verbrennung eines oder mehrerer Werkstoffe.erfolgt. Eine Blitzlichtlampe nach dieser Definition ist daher nach dem einmaligen Blitzen nicht wiederverwendbar.

Aus der OE-PS 124 O86 1st ein Vorfahren bekannt, bei dom in ei Lo XLektrodo für GasenuliiduiigrirüLrori ein Wurkstoff ein 1'¹Mi imo . _BAD ORIGINAL

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gemischt wird. Dieser Werkstoff kann Bariumoxyd enthalten und zur Erhöhung der Temperatur bzw. zur Sicherung der Verdampfung des emissionsfähigen Metalles neben dem Reduktionsvorgang noch eine exothermische Nebenreaktion aufweisen, und zwar z„B, durch Zusatz von ßisenoxyd und Aluminium, Es kann auch eine sogenannte überschüssige Kcnge von Magnesium zugegeben werden, wodurch ein nahezu absolutes Vakuum angeblich erreicht werden kann»

Aus der DT-PS 1 1^2 241. isO eine elektrische Gasentladungslampe mit kalter Kathode, also eine sogenannte Blitzlichtröhre, bekannt. Die Kathode dieser Blitzlichtröhre besteht aus einem hochschmelzenden Metallstab, auf dem das Aktivierungsmaterial aufgebracht ist, das von einigen daraufgewickelten Windungen Metalldraht von der Entladung abgeschirmt ist. Der Metalldraht weist einen Kern aus einer Alkali- oder Erdalkaii-Metallegierung oder einer Verbindung eines dieser Metalle mit reduzierendem Material auf und ist von einem Mantel aus Eisen umgeben. Bei der Herateilung wird dieser Eisenmantel· des aufgewickelten Drahtes auf der dem Metallstab zugewandten Seite soweit weggeschliffen, daß der Kern an dem Metallstab anliegt. Der Kern kann insbesondere aus einer Barium-Aluminium-Legierung (BaAl^,) bestehen.

Für eine Blitzlichtröhre ist es wichtig, daß der Blitz eine bestimmte Lichtmenge innerhalb einer bestimmten Zeit abgibt- und daß dieser Lichtbogen bei einer bestimmten Spannung zwischen d:;n Elektroden dor Röhre auftritt. Da bei Benutzung

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derartiger Blitzlichtröhren oft Überbelichtungen eines Aufnahmefilms wegen zu .großer abgegebener Lichtmenge auftraten, war es erforderlich, eine Schaltröhre zu entwickeln, die nach einer bestimmten Zeit, also nach einer bestimmten abgegebenen Lichtmenge, anspricht, so daß die Spannung an der Blitzröhre zusammenbricht und der Blitz abrupt endet« Derartige Röhren werden als Quenchröhren bezeichnet, und dies*³ sind ähnlich den Blitzröhren aufgebaut«, Es hat sieh jedoch herausgestellt, daß bei einer Quench'röhre die Forderungen an die Zündsicher^eit noch höher bzw. anderer Art als bei den Blitzlichtröhren sind. Der sogenannte Innenviiderstand einer derartigen Quenehröhre maß nämlich im Falle des Schaltens kleiner als der der meist unmittelbar parallel liegenden Blitzlichtröhre sein, damit die restliche Entladung sehr schnell über die Quenehröhre erfolgt. Daher werden derartige Schaltröhren ebenfalls mit sogenannten aktiven Elektroden versehen, aber die Abstände zwischen diesen werden verringerte Außerdem müssen die O.uenchröhren noch bei verhältnismäßig niedrigen Anodenspannungen sicher zünden, d.h. innerhalb eines kleinen Spannungsintervalls«,

Die von Blitzlichtröhren her bekannten Elektrodenwerkstoff'e ThO₂ oder BaO/Ba als Emitter eignen sich wegen ihrer verhältnismäßig hohen Elektronenaustrittsarbeiten nicht. Bessere Ergebnisse wurden erzielt durch sogenannte Preßkathoden aus Nickelpulver«, Die Kathoden aus gesintertem Nickelpulver für die Herstellung derartiger Preßkathcden

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können noch zur Sensibilisierung in eine Caesiumsalzlösung getaucht werden· Derartig hergestellte Schaltröhren zeigten zwar bei Beginn der Inbetriebnahme eine überragende Zündslcherheit, jedoch war nach häufigem Schalten eine merkliche Abnahme der Zündsicherheit festzustellen«

Es wurden dann, wie oben bereits im Stand der Technik genannt, getrennte Getterringe, Getterpillen oder auoh Getterdrähte in den Schaltröhren angeordnet, wobei diese Getter in bekannter Weise einer sogenannten Hochfrequenzaktivierung unterzogen wurden. Aber auch die Anordnung dieser getrennten Getter brachte zwar eine merkliche Verbesserung den Anfangsverhaltens bei Inbetriebnahme der Röhre, jedoch wurde durch eine allmähliche Vergiftung der Elelrtrodenoberi lache nur über eine verhältnis-mäßig geringe Zeit die gleiche Zündsicherheit erreicht. Sie konnte auch nicht vorliegen, da erst die Untersuchungen, die zu dieser Erfindung führten, Aufklärung darüber gaben, warum nach mehrmaliger Inbetriebnahme die Zündsicherheit nachließ. Außerdem wurde es im Zuge der Miniaturisifirung der Röhren immer schwieriger, getrennte Getter einzubauen, die außerdem zusätzliche Arbeitsgänge bei der Montage bedeuteten. Durch das Auftreten sehr hoher Spitzenströme mit entsprechender Belastung für dieElektroden und den Glaskolben wird nämlich bei Quenehröhren das Freisetzen von Gasen aus den Elektroden stark gefördert, wodurch wiederum die Zündfähigkeit beeinträchtigt wurde. D-.cher mußten die sogenannten Elektrodenverluste möglichst niedrig gehalten werden und die freigesetzten Gase waren daher mit den herkömmlichen Mitteln nicht mehr zu gettern«

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Die oben aufgezeigten Nachteile und Mangel werden bei dem eingangs genannten Verfahren zur Herstellung von kalten Kathoden nach der Erfindung vermieden, wenn die folgenden , Verfahrenssrhritte eingehalten werden:

Zunächst Vermischung des Nickelpulvers mit einer Alkalioder Erdalkalimetallegierung oder einer Verbindung eines dieser Metalle mit reduzierendem Material und Pressen zu Elektrodenkörpern gewünschter Form, dann in an sich bekannter Weise Sintern der Elektrodenkörper unterhalb der Aktivierungstempelatur der Zusatzlegierung, dann in an sich bekannter Weise eine mechanische Festlegung und Ausrichtung der Elektrodenkörper auf dem Metallstab, ein Einschmelzen der Kathode in den Kolben, ein Pumpen, Ausheizen und Füllen des Kolbens und danach eine Aktivierung der Zusatzlegieruug durch einen oder mehrere Stromstöße, d.h. also lediglich durch ein- oder mehrmalige Inbetriebnahme der Röh^T, z,B. in einer Anwendungs-Schaltungsanordnung.

Nach der Erfindung kann weiterhin nach dem Sintern in an sich bekannter Weise eine Sensibilisierung der Elektrodenkörper durch Eintauchen in eine CaesiumsaIzlösung erfolgen. Als Zusatzlegierung hat sich besonders eine Barium-Aluminium-Legierung (BaAl₂,) bewährt.

Derartig hergestellte Elektrodenkörper, die auf einem hochschmelzenden Metallstab engeordnet sind, können für kalte Kathoden verwendet werden, und zwar in besonderem Maße für Quenchröhren, aber auch für Blitzlichtröhren, wobei in den Blitzlichtröhren zur'Aktivierung zunächst ein

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oder mehrere Stromstöße in einer Größenordnung gegeben werden müssen, die über denen liegen, die später einmal in der Anwendungsschaltungsanordnung auftreten. Dabei können die Werkstoffe derartig in der Röhre angeordnet werden, daß bei der Aktivierung nur eine vernachlässigbare Schwärze der Blitzlichtröhre auftritt, die bei späterem Betrieb nicht stör*'-·

Die Untersuchungen, die zu dieser Erfindung führten, zeigten, daß durch die, insbesondere in den Schalt- bzw. Quenchröhren, auftretenden sehr hohen Strome eine starke Erhitzung des Elektrodenwerkstoffes auftrat. Es wurde gefunden, daß sich insbesondere schon geringe Verunreinigungen im Nickel sehr bald negativ auf die Zündsicherheit auswirkten. Es wurde weiterhin festgestellt, daß die Elektroden

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nicht von außen auf ihrer Oberfläche, sondern innerjvergiftet und desaktiviert wurden. Daher ist auch einwandfrei erklärt, warum die getrennt angeordneten Getter, wie oben beschrieben, nicht wirksam sein konnten, denn die Elektroden waren bereits von innen her vergiftet, ehe die Verunreinigungen aus der Oberfläche der Elektroden austreten konnten und damit die Getter erreichen.

Durch die innigliche Vermischung der Zusatzlegierung, also z.B₃ des BaAln-Getterpulvers im Nickelpulver, werden die unvermeidbaren Verunreinigungen im Nickelpulver in unmittelbarer Nähe ihrer Lage im Elektrodenkörper festgebunden, können also nich in unerwünschte Wechselwirkung mit der z.B. sensibilisierten Oberfläche der Elektrodenkörper treten.

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Die Oberflächen bleiben also sauber.

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Die Vorteile dieser Elektrodenkörper und die Vorteile des Herstellungsverfahrens gegenüber dem bisher bekannten Stand der Technik sind folgende:

Die Zündsicherheit bleibt über einen erheblich großen Zeitraum auch nahezu unabhängig von der Schaltfrequenz bzw» Blitzfrequenz aufrechterhalten· Das Vermischen des Nickelpulvers als TrägersulÄanz und des z.B. BaAIj₁,-Getterpulvers* das in der normalen Atmosphäre beständig ist * ist sehr leicht in einer Massenfertigung durchzuführen. Die Verwendung von Elektrodenkörpern, hergestellt nach dem Verfahren nach der Erfindung,. laaeht die relativ teure und in der Massenfertigung auch nicht ganz ungefährliche Aktivierung durch Hochfrequenzerhitzung überflüssig» die außerdem roch einen zusätzlichen Arbeitsgang mit erheblichem Aufwand bedeutete. Eine zusätzliche Getterpille o.dgl», deren Befestigung und Einbau in die sehr enge Röhre immer sehr schwierig war» entfällt*

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind ir der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Pig» 1 eine Ouehchröhre in Seitenansicht* Pig, 2 eine öuemchröhfe in Dfraufsieht* Pig* 3 eine Blitzliehtröhre*

In den Pig« 1 und 2 sind mit 1 der Glaskolben einer Quench* röhre bezeichnet.» mit 2 die beiden Metallstäbe der kalten

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Kathode, auf denon di ο Z₀B, gesinterten J'.jelctrodonkörper j> mechanisch befestigt sind. Diο Met-allstäbe ί? könne]] ü«B. nuß WoIi¹I¹Om beistehen« Oj e mechanischen Abmessungen sind weitgehend abhängig voi. dem von der liöhre geforderten Kenndaten, alüo z_c]^ /leiOrderi'.en Zündr^pannuni; und Zündström, aber en muß der Außeiidui'olimonse]¹ der El(;l?trodenlcb'rper 5 immer mindeciteiifs um einige Z(?hnte] Millimeter kleiner sein als der Innendurchmesser des z.13«, (1.1aKalbens der (.^uenoln^ihre, wenn ,'stabförmige Höhren hergestellt werden. Mit H ist; (Ji e Zündelektrode bezeichnet.

In Fig. 3 ist 1 wieder der Glaskolben einer Blitx.lichtröJire, Die Kalten Katho(Jen b(3St<i]ien elnnfalls wic^dei·· aus zwei Metal !stäben ?., z.D, aus Wolfjvim. Auf «lern el η-^n Metallstab 2 ist- ein z,B, gesintertei* jilektrodenköi'per 3 befestigt« Mit ^l ist wieder der als Zündelektrode wirkende leitende Streifen bezeichnet. Die Füllung der Röhren nach 1, 2 und J kann z.B. mit Xenon erfolgen_o

Patentansprüche:

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Claims

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( Io) Vorfahren zur Herste Llung von kalten Kathoden für Gasentladungsröhren, bei denen die Kathode aus einem hochschmelzenden Metallstab besteht, auf dem der eigentliche. aktive, aus gesintertem ilickelpulver bestehende Elcktrodenkörper befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Mlokelpulver mit einer Alkali- oder Erdalkalimetallegierung oder einer Verbindung eines dieser Metalle mit reduzierendem Material vermischt und zu Elektrodenkörpern gewünschter Form gepreßt wird, daß da-m in an sich bekannter Welse die Elcktroderikörper unterhalb der Aktivierungstemperatur der Zusatzlegierung gesintert werden, dann in an sich bekannter Weise eine mechanische Festlegung und Ausrichtung der Elektrodenkörper auf dem Metallstab, ein Einschmelzen dor Kathode .^!n den Kolben, ein Pumpen, Ausheizen und Füllen des Kolbens und danach eine Aktivierung der Zusatzlegierung durch einen oder mehrere Stromstöße erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Sintern in an sich bekannter Weise eine Sensi« bilisierung der Elektrodenkörper durch Eintauchen in eine Caesiumsalzlösung erfolgt.
3» Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzlegierung eine Barium-Aluminiumlegierung (BaAl₂,) ist ^
4. Verwendung von nach dem Verfahren nach Anspruch 1 und/ oder 2 und/oder 3 hergestellten Elektroden für eine Blitz-

lichtröhre. BAD ORIGINAL

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5. Verwendung von nach eiern Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2 und/oder 5 hergestellten Elektroden für eine Ouenchröhre„

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