DE2160145A1

DE2160145A1 - Direktheizkathode für Elektronenröhren

Info

Publication number: DE2160145A1
Application number: DE19712160145
Authority: DE
Inventors: Akira Mobara Misumi (Japan). P
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1970-12-04
Filing date: 1971-12-03
Publication date: 1972-07-06
Also published as: FR2117310A5; GB1323518A; DE2160145B2; JPS4822295B1; DE2160145C3

Description

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81-17.954ρ(17.955H) 3. 12. 1971

HITACHI LTD.. Tokio (Japan)

Direktheizkathode für Elektronenröhren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Direktheizkathode für Elektronenröhren mit einem Kathodenkörper aus einer Hochwiderstandslegierung, einer Elektronenemissionsschicht und einer zwischen dem Kathodenkörper und der Elektronenemissionsschicht angeordneten Metallzwischenschicht mit Gehalt an einem Element zur Förderung der Elektronenemission durch die Elektronenemissionsschicht.

Bei einem bekannten Typ der Direktheizkathode wird das Emissionsmaterial direkt auf dem Heizelement niedergeschlagen. Da die Elektronenemission unmittelbar bei Speisung der Direktheizkathode erhalten wird, verwendet man sie weithin in solchen Elektronenröhren wie Kathodenstrahlröhren und Empfängerröhren.

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Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Beispiel einer solchen bekannten Direktheizkathode. Die dargestellte Kathode umfaßt einen im wesentlichen U-förmigen Kathodenkörper 1, der aus reinem Metall, wie Nickel bzw. Wolfram oder einer Hochwiderstandslegierung, wie z. B. "nicrome" bzw. "hastelloy" (Warenzeichen), d₀ h. einer im wesentlichen Nikkei und Chrom oder Nickel, Chrom und Eisen enthaltenden bzw. einer hochfesten, korrosionsbeständigen, auf Nickel basierenden Legierung besteht. Der Kathodenkörper 1 ist an seinen Schenkeln 1a und 1b mit entsprechenden Kathodenanschlußsockeln 2a und 2b verbunden. Die Oberseite des mittleren Oberendes des Kathodenkörpers 1 ist mit einem elektronenemissiven Material 3 zur Verbesserung der Elektronenemissionseigenschaften der Kathode überzogene Bei diesem Direktheizkathodenaufbau, bei dem das elektronenemissive Material 3 direkt auf dem Kathodenkörper 1, der als Heizelement dient, niedergeschlagen ist, findet die Elektronenemission sofort statt, wenn der Kathodenkörper mit Strom gespeist wird. Dies ist insofern ein Voeteil, als eine sofortige Bildwiedergabe erhältlich ist, wenn die Kathode z. B. für Kathodenstrahlröhren verwendet wird. Wenn jedoch das erwähnte reine Metall, wie z. Bo Nickel bzw, Wolfram, mit einer hohen elektrischen und Wärmeleitfähigkeit für den Kathodenkörper 1 verwendet wird, ist ein starker Strom niedriger Spannung erforderlich, um die Heizleistung zu ergeben, so daß der Heizstrom bei geringen Schwankungen des Kontaktwiderstandes, wie z. B. Steckwiderstand, stark schwankt, woraus sich eine instabile Temperatur des Kathodenkörpers 1 ergibt. Auch neigt die Temperaturverteilung im elektronenemissiven Material 3 dazu, nicht gleichmäßig zu sein, da der Abkühlungseffekt an der

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Kathodenanschlußseite auftritt. Daher variieren Dichte und Anfangsgeschwindigkeit der emittierten Elektronen stark, so daß eine gleichmäßige Steuerung der emittierten Elektronen durch Gitterelektroden nicht erhältlich ist. Dies ist Zc E, insofern nachteilig, als eine klare Bildwiedergabe nicht erzielt werden kann, wenn die Kathode für Kathodenstrahlröhren verwendet wird» Andererseits führt die Verwendung einer Hochwiderstandslegierung, wie z. B. "nicrome" und "hastelloy" für den Kathodenkörper 1 zu unterlegenen Elektronenemissionseigenschaften, da eine solche Legierung nicht geeignet ist, bei dem elektronenemissiven Material 3 eine genügende Elektronenemission hervorzurufen.

Fig. 2 zeigt im Schnitt einen anderen Kathodenaufbau für Elektronenröhren, der schon zur Lösung der vorstehend erläuterten Probleme angegeben wurde. Bei diesem Direktheizkathodenaufbau ist eine Metallzwischenschicht 4 aus einem solchen Material wie Nickel mit einem Gehalt an einem Element, das sich zur Förderung der Elektronenemission des elektronenemissiven Materials 3 eignet, z. Bo Magnesium, zwischen dem Hochwiderstandslegierungs-Kathodenkörper 1 und der Schicht aus dem elektronenemissiven Material 3 angeordnet. Dieser Aufbau hat indessen einen Nachteil dadurch, daß im Laufe der Verwendung der Kathode die Metallzwischenschicht 4 eine Verschlechterung aufgrund gegenseitiger Diffusion erleidet, die zwischen dem Kathodenkörper 1 und-der Metallzwischenschicht k auftritt, so daß auch die Elektronenemission schrittweise verschlechtert wird. Auch strömt, da die elektrische Leitfähigkeit der Metallzwischenschicht größer als die des Kathodenkörpers in dem Teil der Kathode ist, in welchem sich die Metall-

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zwischenschicht k befindet, fast der ganze Heizstrom durch die Metallzwischenschicht k* Daher wird keine wesentliche Hitze in einem Teil des Kathodenkörpers 1 erzeugt, der die Metallzwischensehicht k berührt, und das elektronenemissive Material 3 wird durch Wärmeleitung vom anderen Teil des Kathodenkörpers 1 erhitzt, so daß das Sofortemissionsverhalten, das das wichtigste Merkmal der Direktheizkathode ist, erheblich verschlechtert wird.

k Um diese Nachteile zu überwinden, könnte in Betracht

gezogen werden, eine dünne Isolierschicht (z. B. eine Aluminiumoxydschicht) zwischen dem Kathodenkörper 1 und der Metallzwischensehicht 4 vorzusehen, so daß die Isolierschicht dazu dient zu verhindern, daß der Heizstrom in die Metallzwischensehicht k fließt» Bei einem solchen Aufbau würden indessen besondere Elektroden erforderlich sein, um dem elektronenemissiven Material 3 Elektronen zuzuführen. Auch würde die Wärmeleitung durch die Isolierschicht verschlechtert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Direktheizkathode der eingangs genannten Art so auszubilden, daß P eine Beeinträchtigung der Metallzwischensehicht im Lauf des Betriebs der Kathode verhindert wird, die Kathode ein gutes Sofortemissionsverhalten zexgt und keine besonderen Elektroden zum Zuführen von Elektronen zur Elektronenemissionsschicht erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Kathodenkörper und der Metallzwischensehicht eine Keramik-Metall-Schicht hohen elektrischen Widerstandes angeordnet ist.

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Diese Keramik-Metall-Schicht verhindert die unerwünschte gegenseitige Diffusion zwischen dem Kathodenkörper und der Metallzwischenschicht, läßt jedoch genügend Strom zur Metallzwischenschicht und zur Elektronenemissionsschicht ' durch, um die gewünschte Elektronenemission zu gewährleisten.

Die Erfindung wird anhand eines in der Fig, 3 im Schnitt veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Man erkennt in Fig« 3 zusätzlich zu den Teilen in Fig. 2 eine Keramik-Metall-Schicht 5» die aus verschiedenen hitzebeständigen, elektrisch isolierenden Verbindungen, wie z. B. Oxyden, Karbiden und Nidriden, und verschiedenen Metallen besteht, eine verhältnismäßig niedrige elektrische Leitfähigkeit aufweist und zwischen der Metallzwischenschicht 4 und dem Kathodenkörper 1 angebracht ist* Eine gewünschte elektrische Leitfähigkeit der Keramik-Metall-Schicht 5 läßt sich durch geeignetes Einstellen ihrer Zusammensetzung erzielen» Und zwar stellt man die elektrische Leitfähigkeit der Keramik-Metall-Schicht 5 vorzugsweise so ein, daß nur ein äußerst geringer Teil, d. h» z. B. 1 bis 5 $>t des Heizstroms durch die Schicht 5 fließt, während der andere Teil des Heizstroms zwecke Hitzeerzeugung durch den KathodenkÖrper t fließt.. Mit anderen Worten fließt, auch wenn der KathodenkÖrper 1 aus einer Hochwiderstandslegierung, wie Zi B. "nicrome" odei* "hastelloy" besteht, der größte Teil des Heizstroms durch-den KathodenkÖrper 1, um ausreichende Hitze in der unmittelbaren Nachbarschaft der Zwischenschichten zu erzeugen« da die elektrische Leitfähigkeit der Keramik-Metall-Schicht weit niedriger als die der Hochwiderstandslegierung ist.

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Während bei diesem Ausführungsbeispiel des Kathodenauf baus nach Fig. 3 die Keramik-Metall-Schicht, die Metallzwischensehicht und die Elektronenemissionsschicht nacheinander nur auf die Oberseite des mittleren Oberteils des U-förmigen Kathodenkörpers aufgebracht sind, ist die Erfindung auf diesen Aufbau nicht beschränkt, sondern die einzelnen Schichten können natürlich auch nacheinander z. B. auf die gesamte Oberfläche eines wendelförmigen Kathodenkörpers aufgebracht werden.

Wie vorstehend erläutert ist, läßt sich, da die Direktheizkathode gemäß der Erfindung eine Keramik-Metall-Schicht niedriger elektrischer Leitfähigkeit, eine Metallzwischenschicht zur Förderung der Elektronenemission der Elektronenemissionsschicht und eine Elektronenemissionsschicht aufweist, die nacheinander auf einen Hochwiderstandskathodenkörper aufgebracht sind, der Heizstrom zum größten Teil innerhalb des Kathodenkörpers begrenzen, um die Hitzeerzeugungswirkung zu verbessern. Gleichzeitig strömt dank der Keramik-Metall-Schicht mit der niedrigen Leitfähigkeit, die zwischen dem Kathodenkörper und der Metallzwischenschicht eingefügt ist, ein angemessener Teil des Heizstroms durch die Keramik-Metall-Schicht und die Metallzwischenschicht in die Elektronenemissionsschicht, so daß keine besonderen Elektroden zum Zuführen von Elektronen zur Metallzwischenschicht erforderlich sind· Außerden läßt sich durch geeignete Auswahl der Zusammensetzung der Keramik-Metall-Schicht, dl· sich aus einer Korabination solcher Verbindungen, wie Oxyde, Karbide und Nldride, und verschiedener Metallischer Elemente zusammensetzeil läßt» die Seaktiott zwischen dem Kathodenkörper und den Metall-

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Zwischenschicht-Bestandteilen verhindern und so die Betriebslebensdauer der Kathode erhöhen. Es ist auch möglich, einen Kathodenkörper aus Nickel oder Wolfram zu verwenden und die elektrische Leitfähigkeit der Keramik-Metall-Schicht entsprechend einzustellen.

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Claims

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Patentansprüche

Direktheizkathode für Elektronenröhren mit einem Kathodenkörper aus einer Hochwiderstandslegierung, einer Elektronenemissionsschicht und einer zwischen dem Kathodenkörper und der Elektronenemissionsschicht angeordneten Metallzwischenschicht mit Gehalt an einem Element zur Förderung der Elektronenemission durch die Elektronenemissionsschicht, dadurch gekennzeichnet ₉ daß zwischen dem Kathodenkörper (i) und der Metallzwischenschicht (k) eine Keramik-Metall-Schicht (5) hohen elektrischen Widerstandes angeordnet ist.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik-Metall-Schicht (5), die Metallzwischenschicht (4) und die Elektronenemissionsschicht (3) nacheinander außen auf dem Mittelteil eines U-förmigen Kathodenkörpers (1) aufgebracht sind.

3· Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik-Metall-Schicht (5), die Metallzwischenschicht (4) und die Elektronenemissionsschicht (3) nacheinander auf der gesamten Oberfläche eines wendeiförmigen Kathodenkörpers aufgebracht sind,

ko Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Leitfähigkeit der Keramik-Metall-Schicht (5) geringer als die der Hochwiderstandslegierung des Kathodenkörpers (1) ist.

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5o Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper (i) aus "nicrome" ist.

6. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper (i) aus "hastelloy" ist.

7« Abänderung der Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper (i) aus Nickel ist«

8. Abänderung der Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper (i) aus Wolfram ist«

9o Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallzwischenschicht (k) im wesentlichen aus Nikkei mit Gehalt an Magnesium besteht·

10. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik-Metall-Schicht (5) eine derart eingestellte elektrische Leitfähigkeit aufweist, daß sie eine Aufnahmefähigkeit von 1 bis 5 # des Kathodenheizstroms hat.

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