DE2222845A1

DE2222845A1 - Emittierende Elektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2222845A1
Application number: DE19722222845
Authority: DE
Inventors: Menelly Richard A; Kern Edmund R
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1971-05-17
Filing date: 1972-05-10
Publication date: 1972-12-07
Also published as: GB1394068A; CA947811A; NL7206685A; BE783555A

Description

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Emittierende Elektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung .

Die Priorität der Anmeldungen Nr. 149 971 vom 4. Juni 1971, Nr. 144 137 vom 17. Mai 19 71, Nr. 204 469 vom 3. Dezember 19 7I₇ Nr. 150 311 vom 7. Juni 1971 und Nr. 204 478 vom 3. Dezember 1971 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die Erfindung betrifft emittierende Elektroden, die zu der Gruppe der Kaltkathoden zählen, und sie betrifft ein Verfahren zur Herstellung solcher Elektroden oder, genauer gesagt, zu solchen Elektroden, die einen vom Dichtegradienten geprägten Masseaufbau besitzen.

Emittierende Elektroden werden in Fluoreszenzlampen verwendet, um freie Elektronen zu liefern. Sie ermöglichen dadurch einen Stromfiuß in der Fluoreszenzröhre, und man kann sie deshalb als Kathoden bezeichnen.

Die Kathoden enthalten gewöhnlich ein oder mehrere Erdalkalimetalle und Verbindungen derselben, da diese Stoffe eine verhclltnisnmäßig niedrige Austrittsarbeit besitzen und deshalb in der Lage sind, freie Elektronen zu liefern, ohne daß ein großer

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L'norgieaufv/and erforderlich ist. Die Erzeugung der freien Elektronen durch das emittierende Erdalkalimaterial führt natürlich dazu, daß das Elektrodenmaterial aufgebraucht wird. Wenn dieses erschöpft ist, so daß es nicht länger unter Anwendung der herkclrjnlichen Fluoreszenzlampenspannungen genügend Elektronen für die Betätigung der Lampe liefern kann, wird diese versagen, und man muß sie wegwerfen. Es ist deshalb bei der Hersteilung von emittierenden Elektroden eindeutig von Vorteil, die größtmögliche Menge von emittierendem Material einzubauen. Die gegenwärtig benutzten Kathoden nach dem Stand der Technik gehören normalerweise zu zwei Typen, die beide zur Betätigung auf eine Temperatur erhitzt werden, bei der sie Elektroden emittieren, und die als "thermionische Emissionstemperatur" bezeichnet wird. Die erste dieser Kathoden wird mittels eines erhitzten Fadens auf ihre Emissionstemperatur erhitzt und wird deshalb zur Spezifizierung als "heiße" Kathode oder Glühkathode bezeichnet, während die andere der Kathoden auf ihre Emissionstemperatur durch Ionenbeschuß erhitzt wird und deshalb als "kalte" Kathode oder Kaltkathode bezeichnet wird. Obgleich die vorliegende Erfindung sich auf Kathoden des kalten Typs bezieht, ist eine kurze, allgemeine Besprechung von beiden, sowohl der Glüh- wie der Kaltkathoden, als Hilfsmittel für das Verständnis der Erfindung vorgesehen.

Glühkathoden, die aus der Technik bekannt sind und die z.B. gewöhnlich in 40-Watt-Fluoreszenzlampen vom sogenannten "Schnellstarttyp" wie auch in Lampen von der Art der "HO"- und "VHO"-Typen, die man in verschiedenen Belastbarkeiten bekommt, verwendet werden, stellt man in herkömmlicher Weise so her, daß man auf einer Spule aus Wolframdraht durch Bestreichen, Tauchen oder auf andere Weise ein Co-Präcipitat dreier Karbonate, für gewöhnlich Strontiumkarbonat, Kalziumkarbonat unc* Bariumkarbonat, anklebt. Diese Kathode wird anschließend zur Verbesserung ihres Elektronenemissionsvermögens durch Methoden aktiviert, die aus der Tech-

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iiik gut bekannt sind. Sie wird anschließend als emittierende Elektrode in Fluoreszenzlampen benutzt. Dieser Kathodentyp wird als Glühkathode bezeichnet, da sie bei ihrer thermischen Emission durch direkte Anwendung von Hitze auf den Kathodenkörper arbeitet. Elektrische Energie in der Höhe von 3,6 Volt wird durch einen äußeren Stromkreis, der mit der Lampe oder, genauer gesagt, mit der Lampenvorschaltung verbunden ist, einer niederohmigen Spule aus Wolframdraht zugeführt, die einen Widerstand von ca. 9 Ohm aufweist. Die angelegte Spannung heizt die Wolframspule auf, und die erhitzte Spule heizt direkt das Kathodenmaterial auf eine Temperatur, die ausreicht, die Elektronenemission in Gang zu setzen. Obgleich die Benutzung der Glühkathode weit verbreitet ist, so ist sie doch dadurch begrenzt, daß die Lebensdauer im Bereich von 10.000 bis 20.000 Stunden liegt. Dieser Bereich hängt in erster Linie von der Lampenbelastbarkeit ab. Diese begrenzte Lebensdauer steht im Zusammenhang mit der Tatsache, daß nur eine begrenzte Menge von elektronenemittierendem Erdalkalimaterial auf den oben erwähnten niederohmigen Wolframdraht aufgebracht werden kann und daß aus den oben erwähnten Gründen die Lebensdauer der Kathode der zur Verfügung stehenden Menge an elektronenemittierendem Material direkt proportional ist. Innerhalb der Grenzen der derzeitigen Technologie können nur 6 bis 7 mg elektronenemittierendes Material auf einen solchen Wolframdraht aufgebracht werden, der z.B. in der oben erwähnten Gruppe der "Schnellstärf'-Fluoreszenzlampen Verwendung findet. Obgleich man zahlreiche Versuche gemacht hat, eine größere Menge von emittierendem Material auf dem Elektrodenfaden aufzubringen, um die Lebensdauer der Lampe zu verlängern, sind diese Versuche immer mißlungen, da zusätzliches emittierendes Material, wenn es auf die Wicklung gestrichen, gesprüht oder auf andere Weise angeklebt wurde, vornehmlich aus den folgenden Gründen abbröckelte. Das aus Erdalkalikarbonaten bestehende emittierende Material ist auf dem Spulensubstrat mittels eines zeitlich begrenzt haftenden Klebers

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wie z.B. Zellulosenitrat angeklebt. Dieser Kleber wird durch thermische Zersetzung entfernt und die Kathode anschließend auf eine entsprechend hohe Temperatur erhitzt, um die Karbonate in ihre entsprechenden Oxyde zu zersetzen. Dies stellt den oben erwähnten Aktivierungsprozeß dar. Die alleinige Klebekraft, die nach der Entfernung des Zellulosenitrates und der anschließenden Aktivierung der Kathode zurückbleibt, beruht auf einer schwachen Sinterung, welche die Oxydpartikel, die jetzt die Kathode darstellen, während des Aktivierungsprozesses erleiden. Sobald die Menge des emittierenden Materials, das auf dem Spulensubstrat aufgebracht ist, sich vergrößert, reicht die Klebekraft nicht aus, um die Partikel zusammenzuhalten und auf dem Spulensubstrat festzuhalten, wenn die Lampe, in der die Kathode verwendet wird, einer normalen Erschütterung und Vibration während der Herstellung und dem Gebrauch unterworfen wird.

Bei einem Versuch zur Verlängerung der Lebensdauer der Elektrode über die oben erwähnte Grenze von 10.000 bis 20.000 Stunden hinaus hat man die sogenannte Kaltkathode nach den US-Patenten 677 623, 2 753 615 und 3 325 281 in der Technik eingeführt. Dieser Typ einer Kaltkathode muß von einem anderen Typ einer Kaltkathode unterschieden werden, die hier als Hybridkathode bezeichnet wird und als deren Ersatz die Kaltkathode entwickelt wurde. Eine Hybridkathode besitzt eine der oben erwähnten Glühkathode ähnliche Struktur, d.h. daß ca. 6 bis 7 mg emittierendes Material auf eine Spule aus Wolframdraht aufgebracht werden, wie oben angeführt, daß aber die DrahtZuleitungen nicht mit einer elektrischen Energiequelle verbunden sind, wie es bei der Glühkathode der Fall ist, und daß deshalb das emittierende Material der Hybridkathode nicht auf eine Temperatur gebracht wird, die zur thermionischen Emittierung in der gleichen Weise ausreicht, wie es zuvor im Zusammenhang mit der Glühkathode beschrieben wurde. Vielmehr wird diese Hybridkathode, die sich gegenwärtig einer verbreiteten Anwendung in Schnellstart-Fluoreszenzlampen von

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2,4 m Länge erfreut, die im amerikanischen Sprachgebrauch als "Slimline"-Fluoreszenzlampen bezeichnet werden, durch Ionenbeschuß wie eine Kaltkathode elektronenemittierend gemacht. Dieses Verfahren, eine Kathode thermionisch emittierend zu machen, wird später genauer besprochen. Die Erkenntnis, die hinter der Entwicklung der Kaltkathode steckt, besteht darin, daß man eine große Menge elektronenemittierendes Material, z.B. 50 mg Erdalkali, in einen Behälter gibt, wobei man davon ausgeht, daß die Lebensdauer der Kathode wesentlich vergrößert wird, wenn man mehr emittierendes Material aufwendet. Diese Kathoden besitzen üblicherweise die Form eiserner Becher oder mit Nickel überzogener eiserner Becher, die mit dem oben angeführten emittierenden Material gefüllt sind und die als Kaltkathoden bezeichnet werden, da sie ebenso wie die Hybridkathoden nicht mit einem Heizfaden zur direkten Kathodenheizung versehen sind wie die Glühkathoden. Vielmehr werden diese Kaltkathoden, wie es auch bei den Hybridkathoden der Fall ist, dadurch gezündet oder in ihre thermionisch emittierende Form gebracht, daß man eine verhältnismäßig hohe Zündspannung, ca. 500 bis 550 Volt im Falle der Kaltkathode und 400 bis 450 Volt im Falle der Hybridkathode, an den Lampenelektroden anwendet. Die Zündspannung ionisiert die Atmosphäre in der Fluoreszenzlampe; diese Atmosphäre ist gewöhnlich eine Kombination aus einem Inertgas wie z.B. Argon mit einem Druck von ca. 2,5 bis 3 mm und aus Quecksilberdampf mit einem Druck von ca. 9 · 10 mm. Die so gebildeten Ionen schlagen auf dem Kathodenmaterial mit hinreichender Kraft auf, um die Kathode zu erhitzen, die dadurch elektronenemittierend wird. Obgleich die Kaltkathode die grundlegenden Probleme beseitigt, die in bezug auf die Glüh- und die Hybridkathode bestehen und worunter man eine begrenzte Lebensdauer aufgrund der begrenzten Menge von emittierendem Material versteht, so hat man sie jedoch vielfach in anderer Hinsicht als nicht zufriedenstellend befunden. Erstens beträgt die Zündspannung für diesen Typ von Kathode wie oben angeführt ca. 500 bis 550 Volt, ver-

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glichen mit den ca. 400 bis 450 Volt, bei denen die Hybridkathode zündet. So kann die Kaltkathode nicht als Ersatz für die Hybridkathode in den derzeitigen Vorrichtungen verwendet werden, die für Lampen konstruiert sind, welche die Hybridkathoden einsetzen, da der Stromkreis, der mit der Lampe verbunden ist, nicht für einen Spannungspegel entwickelt ist, der ausreicht, um die Kaltkathode zu zünden. Zweitens beträgt die Übergangszeit vom Glimmen bis zum Lichtbogen bei der Kaltkathode nach dem Stand der Technik ca. 1 bis 2 Sekunden. Dies stellt die Zeit dar, die erforderlich ist, um die Lampe aus ihrer Glimmphase, in der sie eine Atmosphäre braucht, in den Lichtbogen oder die leitende Phase zu überführen. Während der Übergangsperiode vom Glimmen zum Lichtbogen ist die Lampe noch nicht leitend, und ein starkes Feld existiert vor der Kathode, das in der Technik als "Kathodenfall" bekannt ist. Das führt dazu, daß Ionen mit hoher Geschwindigkeit auf das emittierende Material und auf den zuvor erwähnten Becher, der das emittierende Material enthält, auftreffen. Das ist natürlich genau der zuvor erwähnte Prozeß des Ionenbeschusses, durch den die Kathode zu ihrer thermionisch emittierenden Form erhitzt wird. Es ist jedoch erwünscht, die Übergangsperiode vom Glimmen zum Lichtbogen so kurz wie möglich zu halten, da während dieser Periode die Ionen mit hoher Geschwindigkeit Atome sowohl vom emittierenden Material als auch vom Becher, der das Material enthält, verdrängen. Diese Verdrängung von Atomen bezeichnet man in der Fluoreszenzlampentechnik mit "Spratzen". Spratzen ist unerwünscht, da einige der verdrängten Atome auf das Lampengehäuse fallen, was' zu einer als Endschwärzung bezeichneten Schwärzung des Gehäuses in Nachbarschaft der Kathode führt. Diese Endschwärzung verringert die Lichtabgabe der Lampe und ist ferner optisch nicht schön. Außerdem hat das Spratzen einen nachteiligen Effekt auf die Lebensdauer der Elektrode, da sich einige der Atome, die von dem Becher verdrängt sind, auf dem emittierenden Material ablagern, dabei das Material vergiften, die Lebensdauer der Elektrode verkürzen

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und damit den Hauptgrund zunichte machen, aus dem die Kaltkathode konstruiert wurde. . ·

Man sieht daraus, daß die derzeit bekannten elektronenemittierenden Kathoden, wie sie in den Fluoreszenzlampen verwendet werden, in vielfacher Hinsicht unziiläiivlich sind. Die Glüh- und Hybridkathoden haben eine Lebensdauer _r die kürzer ist als gewünscht, während die Kaltkathode, die znx Beseitigung dieser nachteiligen Merkmale der Hybridkathode konstruiert wurde, selbst nicht zufriedenstellt, weil sie eine höhere Zündspannung erfordert als die Hybridkathode. Ferner besitzen die bekannten Kaltkathoden eine längere Übergangsperiode vom Glimmen zum Lichtbogen, während der das unerwünschte Spratzen stattfindet, das zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Elektrode und zu einer Schwärzung der Lampe führt, in der die Elektrode verwendet wird.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbes~ serte elektronenemittierende Kaltkathode mit entsprechen I. .gare Lebensdauer zu entwickeln, die eine mit der Zündspannung der Hybridkathode vergleichbare Zündspannung aufweist und die durch eine kurze Übergangszeit vom Glimmen zum Lichtbogen ausgezeichnet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Elektrode gelöst, die aus einer verschmolzenen Mischung eines Metalls und eines elektronenemittierenden Materials besteht, wobei,die Mischung eine Struktur besitzt, die vom Dichtegradienten geprägt ist.

Die erfindungsgemäße Elektrode wird durch ein Verfahren hergestellt, bei dem eine Pulvermischung aus einem Metall und einem elektronenemittierenden Material durch Beheizen auf eine über dem Schmelzpunkt des emittierenden Materials liegende Temperatur gebracht wird, bis eine exotherme. Reaktion beginnt und die Reaktion so lange fortgesetzt wird, bis sie von selbst erlischt,

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wobei eine verschmolzene Mischung entsteht, die eine vom Dichtegradienten abhängige Struktur aufweist.

Es ist ein Merkmal dieser Erfindung, daß Elektroden, die gemäß der vorliegenden Methode konstruiert sind, verhältnismäßig luftstabil sind, d.h. man kann sie mindestens eine Stunde lang nach der Aktivierung weitgehend trockener Luft aussetzen, einer Luft, die weniger als 10.500 ppm Wasser enthält. Die Elektroden eignen sich deshalb für einen chargenweisen Aktxvierungsprozeß.

Die oben angeführten und andere Merkmale der Erfindung lassen sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser erkennen.

Fig. 1 zeigt ein Gerät, das zur Herstellung einer ersten Darstellungsform der erfindungsgemäßen Elektrode benutzt wird;

Fig. 2 zeigt die erste Darstellungsform der erfindungsgemäßen Elektrode;

Fig. 3 zeigt eine Form, die zur Herstellung einer zweiten Darstellungsform der erfindungsgemäßen Elektrode verwendet, wird;

Fig. 4 ist eine detaillierte Ansicht einer Aushöhlung in der Form der Fig. 3, die eine Zwischenstufe des Verfahrens zur Herstellung der zweiten Darstellungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 5 zeigt einen Muffelofen, wie er bei dem Verfahren zur Herstellung der zweiten Darstellungsform benutzt wird;

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Fig. 6 zeigt eine zweite Darstellungsform der erfindungsgemäßen Elektrode;

Fig. 7 zeigt eine Form, die bei der Herstellung einer dritten Darstellungsform der erfindungsgemäßen Elektrode benutzt wird;

Fig. 8 zeigt einen Schritt des Verfahrens zur Bildung der
dritten Darstellungsform und .

Fig. 9 ist ein Schnitt durch die dritte Darstellungsform der erfindungsgemäßen Elektrode.

Die erfindungsgemäße Elektrode, die eine vom Dichtegradienten
geprägte Struktur aufweist, wurde in drei bestimmten Darstellungsformen hergestellt: die erste unter Benutzung eines Bechers zur Aufnahme des emittierenden Materials, die zweite in Form eines
elliptischen Pellets mit einer daranhängenden Elektrode und die dritte in Form eines konischen Pellets, das eine nagelkopfförmige Elektrode aufweist. Die Struktur und die Herstellungsverfahren, die allen dreien gemeinsam sind, sollen zuerst diskutiert werden. Die speziellen Darstellungsformen und ihre Herstellungsmethoden sollen später genauer beschrieben werden.

Bei der Herstellung jeder der drei Darstellungsfofmen wird eine Pulvermischung hergestellt, die aus einem Metall mit einem
Schmelzpunkt über 1.400 C und einem niederen·Dampfdruck, wie es bei einem schwer schmelzbaren Metall oder einem Übergangsmetall der Fall ist, und aus einer Quelle, die elektronenemittierendes Material ergibt, besteht. Bei dem unten beschriebenen speziellen Beispiel werden einige Gramm gepulvertes Tantal mit einer Reinheit von ca. 99,8 %, die 67 Gew.% darstellen, mit 33 Gew.% an
Bariumperoxydpulver gemischt. Natürlich kann man auch andere
schwer schmelzbare Metallpulver wie z.B. Wolfram, Molybdän,

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Thorium, Titan, Zirkon und Mischungen derselben anstelle von Tantalpulver verwenden, während andere elektronenemittierende Stoffe wie z.B. Erdalkaliverbindungen wie Oxyde, Peroxyde und Nitrate von Barium und Oxyde, Peroxyde und Nitrate von Barium in Kombination mit Calciumoxyd, Strontiumoxyd und Zirkondioxyd oder Alkaliverbindungen wie Verbindungen von Lithium _c Caesium, Natrium und Kalium anstelle von Bariumperoxyd verwendet werden können. Mischungen von Calcium, Strontium und Zirkonverbindungen werden gewöhnlich den Bariumverbindungen zugesetzt, um die Elektronenemission der fertig ausgebildeten verschmolzenen Elektrode, im folgenden als Mischelektrode bezeichnet, zurückzuhalten. Es muß jedoch gesagt werden, daß eine Vergrößerung der Menge an Calcium, Strontium und Zirkonverbindungen zu einer Steigerung der Austrittsarbeit der fertigen Mischelektrode führt,

Es ist zweckmäßig, an dieser Stelle zu erwähnen, daß es bei der Ausbildung der erfindungsgemäßen, vom Dichtegradienten geprägten Elektrode nötig, ist, das Ausmaß der exothermen Reaktion, die später genauer besprochen wird und die zur Ausbildung der Elektrode verwendet wird, zu kontrollieren, da nämlich das zur Herstellung der Elektrode verwendete Material verspratzt und damit verloren geht, wenn das Ausmaß der Reaktion zu groß ist. Wenn andererseits das Ausmaß der Reaktion zu gering ist, wird der Dichtegradient der resultierenden Elektrode zu klein, und die Elektrodenstruktur wird sich der Homogenität nähern. Eine homogene Struktur führt zu einer weniger wirksamen Kathode, als man sie auf andere Weise erhält. Wenn ferner das Maß der exothermen Reaktion zu gering ist, wird die resultierende Elektrode eine höhere Zündspannung erfordern, als es sonst der Fall ist, da sie aufgrund der gleichförmigen Oberfläche für den Übergang vom Glimmen zum Lichtbogen mehr Zeit braucht und weil dann zum Starten des gewünschten Lichtbogens nicht so viele Vorsprünge an der Elektrode vorhanden sind.

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Obgleich, wie oben angeführt, verschiedene schwer schmelzbare Metallpulver wie Thorium oder Titan zur Herstellung der vorliegenden Mischelektrode benutzt werden, muß an dieser Stelle erwähnt werden, daß diese schwer schmelzbaren Metallpulver exothermer sind als z.B. Tantal. Obgleich ein elektronenemittierendes Material wie Bariuitiperoxyd auch hier zur Bildung der erfindungsgemäßen Kaltkathode benutzt werden kann, hat man gefunden, -daß es vorteilhaft ist, eine größere Menge von z.B. Zirkonpulver und eine geringere Menge von Bariumperoxyd oder anderem Erdalkali- oder Alkalimaterial zu benutzen im Vergleich zu den Mischungen, bei denen das schwer schmelzbare Metallpulver Tantal ist. Wenn gewünscht wird, die gleiche Menge Zirkonpulver wie Tantalpulver zu nehmen, so kann man eine zufriedenstellende Reaktionsrate dadurch erreichen, daß man das wenig reaktive Oxyd von Barium oder einem anderen Erdalkalimetall durch das reaktivere Peroxyd eines Erdalkalimetalls ersetzt. In der gleichen Weise hat man gefunden, daß Übergangsmetalle wie Nickel und Eisen, die weniger exotherm sind als Tantal, ebenso zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Kaltkathode benutzt werden können. Dies läßt sich bewerkstelligen, indem man entweder eine größere Menge einer Alkali- oder Erdalkaliverbindung nimmt wie z.B. Bariumperoxyd, das man dann einsetzt, wenn eher ein schwer schmelzbares Metall als ein Übergangsmetall benutzt wird, oder man kann auch zu dem gleichen Ergebnis gelangen, wenn man den Anteil des Übergangsmetalls konstant hält und eine reaktivere Verbindung eines Erdalkali- oder Alkalimetalls als Bariumperoxyd benutzt z.B. Bariumnitrat. Obgleich in dem angeführten Beispiel 67 Gew.% eines schwer schmelzbaren Metalls und 33 Gew.% einer Erdalkaliverbindung verwendet werden, hat "sich aufgrund experimenteller Untersuchungen ergeben, daß Mischungsbereiche von ca. 50 bis 80 % Metallpulver und ca. 20 bis 50 % Erdalkaliverbindungen benutzt werden können, um eine zufriedenstellende Reaktionsrate zu erreichen, und deshalb auch zur Herstellung einer zufriedenstellenden Mischelektrode verwendet werden können.

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Kehrt man nun zu dem Beispiel zurück, so wird die oben beschriebene Mischung durch ungefähr einstündiges Rollen von zwei Teilen Tantalpulver und einem Teil Bariumperoxyd mit Flintsteinkörnern in einer herkömmlichen Porzellanrüttelmühle hergestellt.

In der Beschreibung der ersten Darstellungsform der erfindungsgemäßen Elektrode befindet sich das in Fig. 1 gezeigte gemischte Pulver 1 in einem Eisenbecher 2. Bei diesem Beispiel hat der Eisenbecher einen Durchmesser von 0,63 cm und ist ca. 0,63 cm hoch. Obgleich der Becher aus Eisen hergestellt ist, können andere Materialien wie nickelüberzogenes Eisen, Tantal, Wolfram und sogar Molybdän an dessen Stelle benutzt werden. Ein Metalldraht 3 ist z.B. durch Punktschweißen am Zentrum des Bechers angebracht, und er kann aus dem gleichen Material gemacht sein wie der Becher. In diesem Beispiel sind ca. 150 bis 250 mg des gemischten Pulvers 1 im Becher 2 eingebracht, und das Material wird z.B. durch einen beschwerten Stahlkolben mit einem Druck von 70 bis 280 kg«cm komprimiert. Es muß hier gesagt werden, daß der Druck von Bedeutung ist, mit dem das Material 1 zusammengepreßt wird, obgleich er nicht kritisch ist, was aus der Tatsache hervorgeht, daß der geeignete Kompressionsdruck zwischen 70 und 280 kg·cm betragen kann. Wie oben dargelegt, bestimmt das Maß der exothermen Reaktion den Dichtegradienten der fertigen Elektrode,und es ist klar, daß der Kompressionsgrad, dem die Pulvermischung unterworfen ist, einen Einfluß auf das Maß der zuvor erwähnten exothermen Reaktion hat. Der Becher wird nun auf einen geeigneten' isolierenden Träger 4 gebracht, der aus irgendeinem beliebigen isolierenden Material wie z.B. Glas oder Keramik sein kann und der mit einem Behälter für das Kabel 3 versehen ist. Ein Deckel 5 aus isolierendem Material mit einem Loch 6 zur Entlüftung für das gasförmige Produkt der exothermen Reaktion wird auf den Becher 2 gestülpt, und der Becher und das Pulvermaterial 1 können nun erhitzt werden, um die gewünschte exotherme Reaktion zwischen dem Tantal und dem Bariumperoxyd

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in Gang zu setzen. Für die notwendige Hitze/ um die exotherme Reaktion zu starten, kann auf verschiedene Weise gesorgt werden, so z.B. durch einen Muffelofen. Sie kann auch durch den gezeigten Aufbau erreicht werden, der aus einer Hochfrequenzspule 7 besteht, die den Eisenbecher 2 umgibt und die durch die Leitungen an eine elektrische Energiequelle 8 angeschlossen ist. Um die exothermen Reaktionen in Gang zu setzen, ist es nötig, das Material 1 auf eine Temperatur von ca. 700 bis 1.000 C zu erhitzen, eine Temperatur, die über dem Schmelzpunkt des Bariumperoxydpulvers liegt und welche die Temperatur darstellt, bei der die

exotherme Reaktion in dem Becher beginnt. Um für die entsprechende Erhitzung zu sorgen, wobei man den Scheinwiderstand des Bechers und des Materials, das erhitzt werden soll, in Betracht ziehen muß, muß die hier gezeigte elektrische Energiequelle 8 bei einer Frequenz von 450 kHz arbeiten und einen Strom von ca. 165 mA abgeben. Die Quelle 8 bleibt in Tätigkeit, bis die exotherme Reaktion beginnt, was man durch das Loch 6 als Lichtblitz bemerken kann. Sobald die exotherme Reaktion beginnt, kann die Quelle 8 abgeschaltet werden, da die exotherme Reaktion weiterläuft, bis sie von selbst ausgeht. Die Dauer der Reaktion wird dabei durch die im Becher 2 vorliegende Materialmenge 1 bestimmt. Nachdem die exotherme Reaktion beendet ist und die fertige Mischelektrode .abgekühlt ist, ist sie für das herkömmliche Verfahren und den nachfolgenden Gebrauch in einer Fluoreszenzlampe geeignet.

In Fig. 2, in der die fertige Elektrode 10 gezeigt wird, kann man sehen, daß die Elektrode aus einer verschmolzenen Mischung besteht, die eine Oberfläche 12 mit einer ausgezackten, nahezu konkaven Form aufweist. Die Ausbildung der Oberfläche 12 beruht sowohl auf der teilweisen Entlüftung der Gase durch das Loch 6 in dem Deckel 5, verursacht durch die exotherme Reaktion, und auf dem Druck der Gase im Becher 2, bedingt durch das Vorhandensein des Deckels 5 und der verhältnismäßxg geringen Größe von

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ca. 0,05 cm des Loches 6, was das vollständige Entweichen der Gase verhindert. Die verschmolzene Mischung 11 hat, wie oben dargelegt, eine durch den Dichtegradienten bestimmte Struktur. Darunter ist zu verstehen, daß in der unmittelbaren Nähe der Oberfläche 12 die Mischung aus Teilchen mit einer Größe von 25 bis 50 ,u und aus ca. 80 % Hohlraum besteht, während das Innere der Mischung 11 - die Mischung wird allmählich dichter mit Vergrößerung des Abstandes von der Oberfläche 12 - aus Teilchen besteht, die eine Größe von 10 ,u haben und wo der Hohlraum 10 % beträgt.

Die vom Dichtegradienten geprägte Struktur der Kathode läßt die Elektronen leichter durch das Kathodenmaterial zur Oberfläche durchwandern. Dabei wird die Senkung der Zündspannung der Lampe gefördert/ in der die Kathode verwendet wird, einer Zündspannung, die experimentell auf 400 bis 450 Volt bestimmt wurde und die der Zündspannung einer Hybridkathode vergleichbar ist. Die gezackten Vorsprünge, die aus der Oberfläche der Elektrode herausragen, verringern die Dauer des Übergangszustandes vom Glimmen zum Lichtbogen auf weniger als eine halbe Sekunde, ein Zeitraum, der mit der Zeit vergleichbar ist, die für den Übergang vom Glühen zum Lichtbogen bei Glüh- und Hybridkathoden erforderlich ist, und der das Spratzen verringert. Zusätzlich muß bemerkt werden, daß eine verhältnismäßig große Menge Erdalkalimaterial bei der Herstellung der Kathode benutzt wurde und daß sie deshalb im Verhältnis zu Glüh- oder Hybridkathoden eine extrem lange Lebensdauer aufweist.

Man erkennt daraus, daß eine Kaltkathode geschaffen wurde,■die zum Gebrauch in Fluoreszenzlampen geeignet ist und die den KaIt- und Hybridkathoden nach dem Stand der Technik überlegen ist.

Im Hinblick auf eine zweite Darstellungsform der erfindungsgemäßen, vom Dichtegradienten geprägten Elektrode, die als Pellet

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ohne Benutzung eines Behälters ausgebildet ist, wie"er bei der ersten Darstellungsform verwendet wurde, wird in Fig. 3 eine Form 21 gezeigt, die vorteilhafterweise bei .der Bildung der zweiten Darstellungsform benutzt werden kann. Die Form 21 weist eine Aushöhlung 22 mit einem Durchmesser von 0,64 cm und einer Höhe von 0,64 cm auf; sie weist ierner ein Loch 23 auf, das in der Mitte des Bodens sitzt, einen Durchmesser von"6,3·10 cm hat und von dem Boden der Aushöhlung 22 0,64 cm nach unten geht. Die Form 21 kann aus einer ganzen Anzahl von Materialien hergestellt sein, z.B. aus Gußeisen, ausgewalztem Stahl, Keramik u.s.w.

In Fig. 4, die eine detaillierte Ansicht des Teiles der Form zeigt, der die Aushöhlung 22 und das Loch 23 enthält, wird ein Metalldraht 24 gezeigt, der im Loch 23 sitzt. 'Der Metalldraht 24 hat in diesem Beispiel einen Durchmesser von 5,08«10 cm und eine Länge von 0,96 cm und reicht 0,32 cm in die Aushöhlung hinein. Der Metalldraht in diesem Beispiel ist aus Nickel, c.u« wohl andere geeignete leitende Materialien ebenso verwendet werden können wie z.B. Wolfram, Tantal und Legierungen derselben sowie Eisen- und Nickellegierungen.

Wie oben bei der Darstellungsform 1 besprochen, wird eine Mischung eines schwer schmelzbaren Metallpulvers oder eines Pulvers aus Übergangsmetall und eine Quelle eines elektronenemittierenden Materials benutzt; die Mischung wird in der gleichen Weise hergestellt, wie zuvor besprochen. Wie es bei der Darstellungsform 1 der Fall ist, besteht auch in diesem Beispiel die Mischung aus 67 Gew.% Tantalpulver und 33 Gew.% Bariumperoxydpulver. Wie zuvor in bezug auf die Darstellungsform 1 besprochen, kann man natürlich Pulver verschiedener schwer schmelzbarer Metalle oder Übergangsmetalle, verschiedene Alkali- oder Erdalkalimaterialien anstelle des im Beispiel angeführten Tantals und Bariumperoxyds benutzen.

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'Die Aushöhlung 22 wird mit der zuvor erwähnten Mischung aus Tantal und Bariumperoxyd gefüllt, hier als 25 bezeichnet, und mit einem Druck von 70 bis 280 kg*cm in der in bezug auf die Darstellungsform 1 besprochenen Weise zusammengedrückt. Ein geeigneter Stempel zur Erzeugung des erwähnten Druckes wird gezeigt; er komprimiert die Pulvermischung 25 auf die Hälfte ihres ursprünglichen Volumens, wodurch ein Pellet aus zusammengedrücktem Tantal- und Bariumperoxydpulver mit einem Durchmesser von 0,32 cm und einer Höhe von ungefähr der gleichen Größe geschaffen wird, das einen Metalldraht 24 aufweist, der aus ihm herausragt.

In Fig. 5 wird ein Preßling 27 gezeigt mit einem Draht 24, der aus ihm herausragt. Der Preßling sitzt in der Aushöhlung 28, die einen Durchmesser von 0,64 cm und eine Höhe von der gleichen Größe hat. Die Aushöhlung 28 befindet sich in der Reaktionskammer 29 aus leitendem Material, in diesem Beispiel aus Graphit, an der die resultierende verschmolzene Kathode nicht anklebt. Ein fester Deckel 30 aus dem gleichen Material wie die Kammer 29, hier Graphit, wird über die Höhlung 28 gestülpt und dichtet sie ab. Eine Hochfrequenzspule 31, die durch die Zuleitungen 32 mit dem Hochfrequenzgenerator 33 verbunden ist, umgibt die Kammer 29 und erzeugt die zum Starten der gewünschten exothermen Reaktion erforderliche Hitzeenergie in der gleichen Weise, wie es in Fig. 1 mit Bezug auf die Darstellungsform 1 gezeigt wird. Auch hier ist der Generator 3'3, wie in bezug auf die Darstellungsform besprochen, so gewählt, daß er eine entsprechende Energie liefert, die den Preßling 27 auf eine Temperatur zwischen 700 und 1.000°C erhitzt, eine Temperatur, die über dem Schmelzpunkt des Bariumperoxyds liegt und die Temperatur darstellt, bei der die gewünschte exotherme Reaktion beginnt. Wie in bezug auf Fig. 1 besprochen, arbeitet der Generator 33 bei 450 kHz und beträgt der Strom in der Spule 31 ca. 165 mA.

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Nachdem der Preßling 27 auf die zur Zündung der gewünschten exothermen Reaktion ausreichende Temperatur erhitzt wurde, kann man die Zündung als Lichtblitz beobachten, falls sich in dem Deckel 30 ein Sichtfenster befindet. Wie es bei der Darstellungsform 1 der Fall war, kann der Generator 33 von der Hochfrequenzspule getrennt werden, und die exotherme Reaktion läuft weiter, bis sie von selbst verlöscht. Der begrenzende Faktor in der Reaktionsdauer ist die vorliegende Materialmenge des Preßlings. Sobald die exotherme Reaktion beendet ist und die fertige Misch-' elektrode abgekühlt ist, steht sie für das herkömmliche Verfahren und den nachfolgenden Gebrauch in einer Fluoreszenzlampe zur Verfügung.

Fig. 6 zeigt eine fertige pelletförmige Kaltkathode, die.eine vom Dichtegradienten geprägte Struktur besitzt. Die Kathode 34 hat eine ellipsenförmige Konfiguration und weist eine Menge Zacken auf ihrer Oberfläche 35.auf. Ein Hohlraum 36 befindet sich im Innern 37 der Kathode 34 an der oberen Fläche des Drahtes 24. Die Ursache liegt in der nach außen gerichteten,durch die exotherme Reaktion verursachten Explosion des Materials. Wie zuvor dargelegt, besitzt die Kathode 34 eine Struktur, die vom Dichtegradienten geprägt ist, und, wie schon bei der Kathode 1 erwähnt, bedeutet dies eine Struktur, die aus 80 % Leerräumen und Teilchengrößen von 25 bis 50 ,u an der Oberfläche 35 besteht sowie aus 10 % Leerrräumen einer Teilchengröße in der Größe von einem Zehntel Mikron im Gebiet des Innenraumes 37. Die Struktur der Kathode 34 und ihre Konfiguration entsprechen der Form des Preßlings 27. Ihre Größe ist einmal durch die Aushöhlung 28 bestimmt sowie durch die Tatsache, daß keine Belüftung vorgesehen ist, damit entsprechend der exothermen Reaktion die Gase aus dem Preßling 27 entweichen können. Außerdem spielt die nach außen gerichtete Kraft, die durch diese Reaktion bewirkt wird, eine Rolle.

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Wie es bei der oben besprochenen Kathode 10 der Fall ist, besitzt auch die Kathode 34 eine vom Dichtegradienten geprägte Struktur, die den Elektronen die Wanderung durch das Kathodenmaterial zur Oberfläche erleichtert und dabei die Erniedrigung der Zündspannung der Lampe, in der die Kathode benutzt wird, unterstützt. Die Zündspannung wurde experimentell bestimmt und beträgt ca. 400 bis 450 Volt, ein Wert, der mit der Zündspannung der Hybridkathode vergleichbar ist. Die gezackten VorSprünge, die aus der Oberfläche der Kathode herausragen, reduzieren die Dauer des Übergangs vom Glimmen in den Lichtbogen auf weniger als eine halbe Sekunde. Dies ist vergleichbar mit dem übergang vom Glimmen in den Lichtbogen bei einer Glüh- oder Hybridkathode und verringert die Menge an verspratztem Kathodenmaterial. Zusätzlich muß erwähnt werden, daß im Fall der Kathode 10 eine verhältnismäßig große Menge emittierendes Material, hier Erdalkalimaterial, zur Herstellung der Kathode 34 benutzt wurde und daß diese deshalb eine im Verhältnis zu Glüh- oder Hybridkathoden extrem lange Lebensdauer besitzt.

Man erkennt daraus, daß es sich um eine zweite Darstellungsform einer Kaltkathode handelt, die zur Verwendung in Fluoreszenzlampen geeignet ist und die den derzeit nach dem Stand der Technik bekannten Kalt- oder Hybridkathoden überlegen ist.

Man hat gefunden, daß es für viele Fluoreszenzlampen vorteilhaft ist, in ihnen die durch die Kathode 34 verkörperte Darstellungsform der Erfindung zu benutzen, eher als die Darstellungsform, wie sie die Kathode 10 darstellt, da die erste Darstellungsform einer geringeren Verspratzung unterliegt als die letztere, unabhängig von der Tatsache, daß die Kathode 10 selbst einer geringeren Verspratzung unterliegt, als es bei den Kaltkathoden nach dem Stand der Technik der Fall ist. Dies ist durch die Tatsache begründet, daß das emittierende Material der Kathode IO sich in einem Behälter befindet, was bei der Kathode 34 nicht der Fall

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ist, und daß deshalb während des Übergangs vom Glimmen in den Lichtbogen keine Behälteratome von der Kathode 34 verspratzen können. Das hat den Vorteil, daß im Vergleich mit Lampen, die die Kathode 10 verwenden, in der Lampe, welche die Kathode 34 benutzt, eine geringereEndschwärzung aufscheint und daß darüber hinaus die Lebensdauer der Kathode 34 länger ist als die der Kathode 10, da das emittierende Material der ersteren nicht durch die Ablagerung von Behälteratomen vergiftet wird. Andererseits hat man gefunden, daß es vorteilhaft ist, die durch die Kathode 10 verkörperte Darstellungsform bei Anwendungen zu wählen, bei denen die Lampe, in der die Kathode verwendet wird, einer größeren Schwingung ausgesetzt ist, da der Aufbau des Behälters der Kathode 10 vom Bau her fehlerfreier ist als der Aufbau der Kathode 34.

Bei der dritten Darstellungsform der erfindungsgemäßen, vom Dichtegradienten geprägten Elektrode wird ebenfalls eine Mischungeines schwer schmelzbaren Metallpulvers oder Übergangsmetallpulvers und eine Quelle eines elektronenemittierenden Materials verwendet. Die Mischung wurde in der oben besprochenen Weise hergestellt. Wie es schon bei den Darstellungsformen 1 und 2 der Fall war, besteht auch in diesem Beispiel die Mischung aus 67 Gew.% Tantalpulver und 33 Gew.% Bariumperoxydpulver. Wie es zuvor bei den Darstellungsformen 1 und 2 besprochen wurde, versteht sich natürlich auch hier, daß. verschiedene'schwer schmelzbare oder Übergangsmetallpulver und verschiedene Alkali- oder Erdalkalimaterialien genausogut benutzt werden können wie Tantal oder Bariumperoxyd in dem Beispiel.

In Fig. 7 wird eine gespaltene Form 41 gezeigt, die zwei Hälften 42 und 43 besitzt. Die Form hat eine Aushöhlung 44. mit einem Durchmesser von 0,5 cm und einer Tiefe von ca. 0,63 cm. Ein' Loch 45 befindet sich in der Mitte des Bodens der Aushöhlung 44, das einen Durchmesser von 6,25*IO cm und eine Tiefe von 0,62 cm

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besitzt. Obgleich die Form 41 hier als geteilte Form gezeigt wird, kann eine vollständige Form als Ersatz dafür verwendet werden. Die Form wird nur in einer gespaltenen Anordnung ausgebildet, damit man die fertigen verschmolzenen Elektroden leichter herausnehmen kann. Die Form 41 ist aus leitendem Material hergestellt, an dem die oben erwähnte Mischelektrode nicht klebt. Sie besteht in diesem Beispiel aus Graphit.

Fig. 8 zeigt eine Form 41, deren Aushöhlung 44 mit der zuvor erwähnten Pulvermischung, hier als 46 bezeichnet, gefüllt ist. Ein Metalldraht 47, der als Elektrodenzuleitung dient und aus entsprechendem leitendem Material wie z.B. Nickel, Wolfram, Tantal, Eisen oder Legierungen derselben gemacht ist, sitzt in dem Loch 44. Der Durchmesser des Drahtes 47 beträgt ca. 6,25*10 cm und die Länge 0,9 cm; der Draht ragt-deshalb 0,3 cm in die Aushöhlung 44, wo er von der Pulvermischung 46 umgeben ist. Der oberste Teil des Drahtes 47 ist als Nagelkopf 48 ausgebildet, der einen Durchmesser von ca. 0,08 cm besitzt und der für eine verbesserte Verbindung zwischen dem Draht 47 und der verschmolzenen Elektrode sorgt, die gebildet werden soll.

Nachdem die Pulvermischung 46 in der Aushöhlung 44 eingebracht ist,.wird sie mit einem Druck von ca. 70 bis 280 kg-cm in der gleichen Weise durch einen beschwerten Stahlstempel zusammengedrückt, wie es bei den Darstellungsformen 1 und 2 besprochen wurde. Die Pulvermenge, die in die Aushöhlung eingebracht wird, liegt zwischen 150 und 200 mg. Das ist genau die Menge, die gebraucht wird, um die Aushöhlung bis auf ein Niveau von ca. 0,08 cm unter der Spitze auszufüllen, nachdem die Mischung zusammengepreßt ist.

Ein Deckel 49 aus dem gleichen Material wie die Form, also aus Graphit, der eine leicht konkave untere Begrenzungsfläche besitzt, wird über die Aushöhlung 44 gestülpt, welche die Pulver-

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mischung 46 enthält. Der Deckel 49 weist in seiner Mitte ein Entlüftungsloch 50 mit einem Durchmesser.von ca. 0,08 cm auf, das den Zweck hat, die Gase austreten zu lassen, die aus der Pulvermischung 46 während der exothermen Reaktion entweichen.

Um die gewünschte exotherme Reaktion zwischen dem Tantal und dem Bariumperoxyd einzuleiten, kann die Mischung 46 nun erhitzt werden. Die erforderliche Hitze läßt sich auf die gleiche Weise, wie es in Fig. 1 und 5 in bezug auf die Darstellungsformen 1 und 2 gezeigt wird, durch den hier gezeigten Aufbau erzeugen, der eine die Form 41 umgebende Hochfrequenzspule 51 einschließt, wobei die Spule 51 durch die Leitungen 53 an eine elektrische Stromquelle 52 angeschlossen ist. Um die exotherme Reaktion zu starten, ist es auch hier wie bei den Darstellungsformen 1 und erforderlich, die Mischung. 46 auf eine Temperatur zwischen und 1.000 C zu erhitzen, eine Temperatur, die über dem Schmelzpunkt des Bariumperoxydpulvers liegt und bei der die exotherme Reaktion in der Form eintritt. In gleicher Weise wie bei den Fig. 1 und 5 ist ferner die elektrische Energiequelle 52 so ausgewählt, daß sie bei einer Frequenz von 450 kHz arbeitet und einen Strom von ca. 165 mA erzeugt. Die Energiequelle 52 bleibt bis zum Beginn der exothermen Reaktion angeschlossen, die durch ein Loch 50 als Lichtblitz zu beobachten ist. Sobald die exotherme Reaktion beginnt, kann die Quelle 52 abgeschaltet werden, wie es bei den Darstellungsformen 1 und 2 der Fall war, da die exotherme Reaktion so lange weiterläuft, bis sie von selbst verlöscht. Die Reaktionsdauer wird dabei durch die in der Form vorhandene Menge der Mischung bestimmt. Nachdem die exotherme Reaktion beendet ist und die fertige Mischelektrode abgekühlt ist, steht sie für das herkömmliche Verfahren und den anschliessenden Gebrauch in einer Fluoreszenzlampe zur Verfügung.

Fig. 9 zeigt eine fertige Kaltkathode in Form eines Mischpellets, die einen vom Dichtegradienten geprägten Aufbau besitzt. Die

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Kathode 54 hat ein leicht konisch geformtes Oberteil 5 6 und zylinderförmige Seiten 57. Das konisch geformte Oberteil 56 hat eine Menge gezackter Vorsprünge, die aus ihm herausragen. Im Innern der Kathode 54 besitzt diese den Hohlraum 5 7 an dem oberen Ende des Drahtes 47, entsprechnd der nach außen gerichteten Explosion des Pelletmaterials, die durch die oben angeführte exotherme Reaktion verursacht wird. Die Kathode 54 besitzt einen vom Dichtegradienten geprägten Aufbau, d.h. der obere Teil 55 besteht aus Teilchen von einer Größe von 25 bis 50 .u und aus 80 % Leerraum, während die äußeren Seiten, der Boden und "die tieferen inneren Teile der Mischelektrode 54 aus Teilchen, deren Größe in dem Bereich von einem Zehntel Mikron liegt, und aus ca. 10 % Leerraum bestehen.

Der spezielle Aufbau und die Ausbildung der Kathode 54 werden durch die Größe und die Form der zusammengepreßten Pulvermischung 46 bestimmt, ferner durch die Tatsache, daß sie in der Aushöhlung 44 eingeschlossen ist, daß für die Gase, die aus der zusammengepreßten Mischung 46 bei der oben besprochenen exothermen Reaktion entweichen, ein Lüftungsloch vorgesehen ist, daß die Unterseite des Deckels 49 eine konkave Oberfläche aufweist und daß natürlich durch die exotherme Reaktion einenach außen gerichtete Kraft entsteht.

Ebenso wie die oben besprochenen Kathoden 10 und-34 hat die Kathode 54 sowohl eine Struktur, die durch den Dichtegradienten geprägt ist und die es den Elektronen erleichtert, durch das Kathodenmaterial an die Oberfläche zu wandern, als auch eine große Anzahl vongezackten Vorsprüngen, die aus der Oberfläche herausragen und die dazu dienen, die Zeitdauer des Übergangs vom Glimmen in den Lichtbogen auf eine halbe Sekunde zu verringern. Diese zwei Faktoren fördern die Verringerung der Zündspannung der Lampe, in der die Kathode benutzt wird. Die Zündspannung wurde experimentell auf ca. 400 bis 425 Volt bestimmt und ist

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vergleichbar den 400 bis 450 Volt, die für die Mischelektrode erforderlich sind. Ferner bringt die auf den zuvor erwähnten gezackten Vorsprüngen beruhende Reduzierung der Übergangszeit vom Glimmen in den Lichtbogen eine Verringerung der Menge an verspratztem Kathodenmaterial. Das beruht ferner auf der Tatsache, daß der Boden und die Seitenflächen der Kathode 54 glatt sind und die Dichte in etwa der der Oberfläche 55 entspricht, so daß die Elektrodenemission nicht nur an der Oberfläche 55 stattfindet. Das Verspratzen der Elektrode 54 ist so etwas geringer als das der Elektrode 34 und Jiührt zu einer geringeren unerwünschten Endschwärzung. Die Elektrode 54 wurde auch in bezug auf ihre Struktur gegenüber der Elektrode 34 als freier von Fehlern befunden, was auf der Tatsache beruht, daß der Boden und die Seitenflächen derselben eher glatt und dicht sind als gezackt und porös, wie es bei der zweiten Darstellungsform der Fall ist. Ferner hat die Verwendung eines Drahtes 47, der an seinem Ende einen Nagelkopf 48 aufweist, zu einer elektrischen Verbindung zwischen dem Draht und dem Oberteil des Pellets geführt, die der Verbindung bei der Kathode 34 überlegen ist. Zusätzlich muß gesagt werden, daß eine verhältnismäßig große Menge emittierendes Material, hier Erdalkalimaterialien, zur Herstellung der Kathode 54 verwendet wurde und daß sie deshalb im Vergleich mit Glüh- oder Hybridkathoden eine extrem lange Lebensdauer besitzt.

Man erkennt, daß eine dritte Darstellungsform einer Kaltkathode geschaffen wurde, die zur Verwendung in Fluoreszenzlampen geeignet ist und die den bekannten Kalt- oder Hybridkathoden nach dem Stand der Technik überlegen ist.

Obgleich man nach den vorhergehenden Abschnitten meinen könnte, daß die Kathode 54 der durch die Kathode 34 verkörperten Darstellungsform der Erfindung aufgrund der Tatsache überlegen ist, daß die Kathode 54 nicht so stark spratzt wie die Elektrode

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und daß sie von der Struktur her freier von Fehlern ist als die Elektrode 34, so hat man doch den Gebrauch der durch die Kathode 34 verkörperten Darstellungsform in Anwendungen als nützlich befunden, bei denen eine größere Lebensdauer mehr Nutzen bringt als die Beseitigung des Spratzens und der damit verbundenen EndSchwärzung. Dies rührt daher, daß die durch die Kathode 34 verkörperte Darstellungsform der Erfindung eine etwas längere Lebensdauer als die Kathode 54 hat, da die Kathode 34 an der gesamten Peripherie gezackte Enden besitzt und deshalb eine größere Zahl von emittierenden Elementen aufweist als die Kathode 54, die bekanntlich einen glatten Boden und glatte Seiten hat.

Es ist angebracht, jetzt auf die Entdeckung hinzuweisen, daß alle drei Kathodenstrukturen im Anschluß an ihre Aktivierung verhältnismäßig luftstabil sind, d.h. sie bleiben für eine Dauer von mindestens einer Stunde aktiviert, wenn man sie nach der Aktivierung in verhältnismäßig trockener Luft hält. Man versteht darunter eine Luft, die weniger als 10.500 ppm Wasser enthält. So sind die hier beschriebenen Kathoden, obgleich sie in erster Linie gegenüber den Kathoden nach dem Stand der Technik aus den zuvor besprochenen' Gründen verbessert wurden, darüber hinaus für Chargenverfahren geeignet und weisen somit einen zusätzlichen wertvollen Vorteil auf.

Die beschriebenen Beispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und stellen keinerlei Einschränkung derselben dar.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Emittierende Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer verschmolzenen Mischung eines Metalls und eines elektronenimittierenden Materials besteht und daß die verschmolzene Mischung eine vom Dichtegradienten geprägte Struktur besitzt.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ daß das Metall ein schwer schmelzbares Metall ist.
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß . unter dem schwer schmelzbaren Metall Wolfram, Tantal, Molybdän, Thorium, Titan, Zirkon und Mischungen derselben verstanden werden.
4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronenemittierende Material eine Erdalkaliverbindung ist.
5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Erdalkaliverbindung Oxyde, Peroxyde und Nitrate von Barium allein oder in Verbindung mit Calciumoxyd, Strontiumoxyd und Zirkondioxyd verstanden werden.
6. Elektrode" nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronenemittierende Material eine Alkaliverbindung' ist.
7. Elektrode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Alkaliverbindung Verbindungen aus. Lithium, Caesium, Kalium und Natrium verstanden werden.

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8. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein Übergangsmetall ist.
9. Elektrode nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergangsmetall Nickel oder Eisen ist.
10. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschmolzene Mischung durch exotherme Reaktion einer Pulvermischung aus dem Metall und dem elektronenemittierenden Material entstanden ist.
11. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallpulver Tantalpulver ist und das elektronenemittierende. Material Bariumperoxydpulver, daß dabei der Anteil an Tantalpulver in der Pulvermischung zwischen 60 und 70 Gew.% liegt und der Anteil vom Bariumperoxydpulver ziwschen 30 und 40 Gew%.
12. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschmolzene Mischung in einem leitenden, becherförmigen Behälter enthalten ist, daß die Oberfläche der geschmolzenen Mischung freiliegt und daß ein leitender Draht an dem Behälter angeschlossen ist.
13. Elektrode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die

freiliegende Oberfläche der verschmolzenen Mischung eine geringere Dichte besitzt im Vergleich mit dem übrigen Teil und daß die freiliegende Oberfläche eine Menge von Vorsprüngen hat, die aus ihr herausragen.
14. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen leitenden Draht besitzt, der mit der verschmolzenen Mischung verbunden ist und diese stützt.

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15. Elektrode nach Anspruch. 14, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil der verschmolzenen Mischung im-Vergleich mit dem inneren Teil eine geringere Dichte aufweist und daß die Oberfläche der verschmolzenen Mischung eine ganz« Anzahl von Vorsprüngen aufweist, die aus ihr herausragen.
16. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verschmolzene Mischung aus elektronenemittierendem Material und einem Metall ein Pellet mit einer Spitze, einem Boden und Seiten darstellt, daß ein leitender Metalldraht im Boden des Pellets eingebettet ist und aus diesem herausragt, daß das Pellet eine vom Dichtegradienten geprägte Struktur besitzt, wobei die inneren Teile, der Boden und die Seiten- · teile des Pellets eine im Vergleich zu seiner Spitze höhere Dichte aufweisen.
17. Elektrode nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden und die Seitenflächen des Pellets im Vergleich zum oberen Teil glatt sind und somit die Elektrodenemission auf den oberen Teil des Pellets beschränkt ist.
18. Elektrode nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil des Pellets konisch ist und der untere Teil eine zylindrische Form aufweist, daß der konische Teil sich unmittelbar an den zylindrischen Teil anschließt.
19. Elektrode nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des leitenden Metalldrahtes, der in dem Pellet eingebettet ist, mit einem nagelkopfförmigen Ende versehen ist, um einen guten Kontakt zwischen dem Draht und dem Pellet zu gewährleisten.
20. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

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daß eine Pulvermischung, die aus einem Metallpulver und
dem Pulver eines elektronenemittierenden Materials besteht, auf eine über dem Schmelzpunkt des emittierenden Materials
liegende Temperatur erhitzt wird, bis die exotherme Reaktion beginnt, daß dabei die Reaktion weiterläuft, bis sie von
selbst verlöscht, und daß eine verschmolzene Mischung gebildet wird, die eine vom Dichtegradienten geprägte Struktur aufweist.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung mit einem Druck von ca. 70 bis 280 kg*cm
vor dem Erhitzen zusammengepreßt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein schwer schmelzbares Metall ist.
23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein Übergangsmetall ist.
24. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronenemittierende Material eine Erdalkaliverbindung
ist.
25. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung aus 60 bis 70 Gew.% Metall und aus 30 bis

40 Gew.% elektronenemittierendem Material besteht, daß das
Metall Tantal ist und daß das elektronenemittierende Material Bariumperoxyd ist.
26. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischung vor dem Zusammenpressen in einen Behälter ge-

bracht wird.

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27. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht in die Pulvermischung eingesenkt wird und daß die Pulvermischung mit einem Druck von 70 bis 280 kg-cm zusammengepreßt wird, um einen Preßling daraus zu bilden, und daß dieser Preßling den Draht umgibt.

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