DE2160145C3

DE2160145C3 - Direktheizkathode für Elektronenröhren

Info

Publication number: DE2160145C3
Application number: DE19712160145
Authority: DE
Inventors: Akira Mobara Misumi (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1970-12-04
Filing date: 1971-12-03
Publication date: 1974-06-27
Also published as: FR2117310A5; DE2160145B2; DE2160145A1; GB1323518A; JPS4822295B1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Direktheizkathode für Elektronenröhren, bei der auf dem Kathodenkörper eine eine Metallverbindung enthaltende Schicht und hierauf eine Metallzwischenschicht angeordnet sind, welche die Emissionsschicht trägt.

Bei einem früher 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.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Beispiel einer solchen bekannten Direktheizkathode. Die dargestellte Kathode umfaßt einen im wesentlichen U-föimigen Kathodenkörper 1, der aus reinem Metall, wie Nickel bzw. Wolfram, oder einer Hochwiderstandslegierung, wie z. B. »nicrome« bzw. »hastelloy« (Warenzeichen), d. h. einer 80»υ Nickel und 20 °/c Chrom enthaltenden bzw. einer hochfesten, korrosionsbeständigen, auf Nickel basierenden Legierung besteht und neben 55 bis 62 ^p :« Ni noch 6 bis 20 °/„ Fe, 17 bis 30% Mo, 1 bis 2 ⁰Zo Mn, 1 °.Ό Si, bis 5 ".ti W und bis 15 ^ü._u Cr enthalten kann. Der Kathodenkörper 1 ist an seinen Schenkeln 1 α und 1 b mit entsprechenden Kathodenanschlußsockeln la und Ib verbunden. Die Oberseite des mittleren Oberendes des Kathodenkörpers 1 ist mit einem elektronenemittierenden Material 3 zur Verbesserung der Elektronenemissionseigenschaften der Kathode überzogen. Bei diesem Direktheizkathodenaufbau, bei dem das elektronenemittierende Material 3 direkt auf dem Kathodenkörper 1, der als Heizelement dient, niedergeschlagen ist, findet die Elektronenemission sofort statt, wenn der Kathodenkörper 1 mit Strom gespeist wird. Dies ist insofern ein Vorteil, als eine sofortige Bildwiedergabe erhältlich ist, wenn die Kathode z. B. für Kathodenstrahlröhren verwendet wird. Wenn jedoch das erwähnte reine Metall, wie z. B. Nickel bzw. Wolfram, mit einer hohen elektrischen und Wärmeleitfähigkeit für den Ka'.hodenkörper 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 de- Kathodenkörpers I ergibt. Auch neigt die Temperaiurverteilung im elektronenemitlierenden Material 3 dazu, nicht gleichmäßig zu sein, da der AbkühlungselTekt an der 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 z. B. insofern nachteilig, als eine klare Bildwiedergabe nicht erzielt werden kann, wenn die Kathode für Kathodenstrahlröhren verwendet wird. Andererseits führt die Verwendung einer Hochwiderstandslegierunp, wie z. B. »nicrome«. und »hastelloy<, für den Kathodenkörper 1 zu unterlegenen Elektronenemissionseigenschaften, da eine solche Legierung nicht geeignet ist, bei dem elektronenemittierenden 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 elektronencmittierenden Materials 3 eignet, z. B. Magnesium, zwischen dem Hochwiderstandslegierungs-Kathodenkcirper 1 und der Schicht aus dem elektronenemittierenden Material 3 angeordnet. Dieser Aufbau hat indessen einen Nachteil dadurch, daß im Laufe der Verwendung der Kathode die Metallzwischenschicht 4 eine Verschlechterung auf Grund ge-. genseitiger Diffusion erleidet, die zwischen dem Kathodenkörper 1 und der Metallzwischenschicht 4 auftritt, so daß auch die Elektronenemission schrittweise verschlechtert wird. Auch strömt, da die elektrische Leitfähigkeit der Metallzwischenschicht größer als die des Kathodenkörpers 1 in dem Teil der Kathode ist. in welchem sich die Melallzwischenschicht 4 befindet, fast der ganze Heizstrom durch die Metall-

zwischenschicht 4. Daher wird keine wesentliche Hitze in einem Teil des Kathodenkörpers 1 erzeugt, der die Metallzwischenschicht 4 berüiirt, und das elektronenemittierende Material 3 wird durch Wärmeleitung VGm anderen Teil des Kathodenkörpers 1 erhitzt, so daß das Sofortemissionsverhalten, das das wichtigste Merkmal der Direkthei/kathode ist, erheblich verschlechtert wird.

LJm diese Nachteile zu überwinden, könnte in Betracht gezogen werden, eine dünne Isolierschicht (z. B. eine Aluminiumoxydschicht) zwischen dem Kathodenkörper 1 und der Metallzwischenschicht 4 vorzusehen, die verhindert, daß der Heizstrom in die Metallzwischenschicht 4 fließt. Bei einem solchen Aufbau wurden indessen besondere Elektroden erfchderlich sein, um dem elektronenemittierenden Material 3 Elektronen zuzuführen. Auc'i würde die Wärmeleitung durch die Isolierschicht verschlechtert.

Andererseits ist ein Direktheizkathodentyp für Elektronenröhren bekannt (deutsche Offenlegungsschrift 1514 456), bei der der Kathodenheizkörper nicht aus Metall, sondern aus Graphit besteht und zwischen diesem und einer die Emissionsschicht tragenden Metallzwischenschicht eine durch Reaktion von Metall mit dem Graphit des Heizkörpers gebildete Karbidschicht angeordnet ist. Diese Anordnung ist dort getroffen, um die gegenseitige Bindung des Graphitkörpers und der die Emissionsschicht tragenden Metallzwischenschicht zu verbessern, da die direkte Haftung Graphit'Metall unzureichend ist und eine ausreichende gegenseitige Bindung erst durch bewußt herbeigeführte gegenseitige Diffusionsvorgänge zwischen den einzelnen Schichten unter Bildung der Karbidschicht erreicht wird. Im übrigen ist dieser Direktheizkathodentyp mit Graphitheizkörper nicht so robust und verläßlich wie der Typ mit Metallheizkörpei, da die Graphitkörper spröder und zerbrechlicher sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Direktheizkathode nach Fig. 2 so auszubilden, daß eine Beeinträchtigung der Metallzwischenschicht durch gegenseitige Diffusionsvorgänge zwischen dieser und dem Kathodenkörper im Laufe des Betriebs der Kathode verhindert wird, die Kathode ein gutes Sofortemissionsverhalten zeigt und keine besonderen Elektroden zum Zuführen von Elektronen zur Elektronenemissionsschicht erforderlich sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Direktheizkathode der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die eine Metallverbindung enthaltende Schicht aus einer Mischung der Metallverbindung mit einem Metall, einem Keramik-Metall, besteht, welche die Diffusion zwischen dem Kathodenkörper und der Metallzwischenschicht hemmt und die einen im Vergleich zu dem Kathodenkörper höheren elektrischen Widerstand hat, so daß sie vorzugsweise 1 bis 5 ⁰Zo des Kathodenheizstromes durchläßt, und daß der Kathodenkörper aus einer Metallegierung mit einem hohen Widerstand oder aus Nickel oder Wolfram besteht.

ίο Die Keramik-Metall-Schicht zwischen dem Kathodenkorper und der Metallzwischenschicht verhindert die unerwünschte gegenseitige Diffusion zwischen dem metallischen Kathodenkörper und der Metallz-vvischenschicht, läßt jedcch genügend Strom zur

Metallzwischenschicht und zur Elektronenemissionsschicht durch, um die gewünschte Elektronenemission zu gewährleisten. Im Vergleich mit dem bekannten Graphitheizkörper-Kathodentyp hat die erfindungsgemäße Direktheizkathode außerdem den Vor-

zo teil, einen praktisch nicht spröden und nicht zerbrechlichen Kathodenheizkörper aufzuweisen, besser verarbeitbar und gut in Massenproduktion herstellbar zu sein sowie verläßlicher zu funktionieren.

Die Erfindung wird an Hand 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 Nitriden, und verschiedenen Metallen besteht, eine verhältnismäßig niedrige elektrische Leitfähigkeit aufweist und zwischen der Metallzwischenschicht 4 und dem Kathodenkörper 1 angebracht ist. Eine gcwünschte 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 S vorzugsweise so ein, daß nur ein äußerst

geringer Teil, das heißt z. B. 1 bis 5 ⁰Zo, des Heizstromes durch die Schicht 5 fließt, während der andere Teil des Heizstromes zwecks Hitzeerzeugung durch den Kathodenkörper 1 fließt. Mit anderen Worten fließt, auch wenn der Kathodenkörper 1 aus einer Hochwiderstandslegierung wie z. B. »nicrome« oder »hastelloy« besteht, der größte Teil des Heizstromes durch den Kathodenkörper 1, um ausreichende Hitze in der unmittelbaren Nachbarschaft der Zwischenschicht zu erzeugen, da die elektrische Leitfähigkeit der Keramik-Metall-Schicht weit niedriger als die der Hochwiderstandslegierung ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Direktheizmethode für Elektronenröhren, bei der auf dem Kathodenkörper eine eine Metallverbindung enthaltende Schicht und hierauf eine Metallzwischenschicht angeordnet sind, welche die Emissionsschicht trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Metallverbindung enthaltende Schicht (5) aus einer Mischung der Metallverbindung mit einem Metall, einem Keramik-Metall, besteht, welche die Düiusion zwischen dem Kathodenkörper (1) und der Metallzwischenschicht (4) hemmt und die einen im Vergleich zu dem Kathodenkörper höheren elektrischen Widerstand hat. so daß sie vorzugsweise ! bis 5 °'n de? Kathodenheizstrome:; durchläßt, und daß der Kathodenkörper (1) aus einer Metallegierung mit einem hohen Widerstand oder aus Nickel oder Wolfram besteht.

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-förmigcn Kathodenkörpers (1) aufgebracht sind.

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

-!■. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper (1) aus 80 °» Nickel und 20 »υ Chrom ist.

5. Kathode nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper (I) aus einer Legierung mit 5.S bis 62 « 0 Nickel, 6 bis 20 "'» Eisen. 17 bis 30 "Ό Molybdän, 1 bis 2 "Vo Mangan, 1 "0 Silizium, bis 5% Wolfram und bis 15 ⁰O Chrom ist.

6. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallzwischenschicht (4) im wesentlichen aus Nickel mit einem Gehalt an Magnesium besteht.