DE2317446C3 - Verfahren zum Herstellen eines Heizelementes für eine indirekt geheizte Kathode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Heizelementes gemäß Oberbegriff des Patentan-Spruchs.

Bei indirekt geheizten Kathoden hat der Isolationswiderstand der Isoliersckkrht au dem Heizdraht für die zu erreichende Potential!! Innung zwischen dem Heizdraht und der auf einer Kathode* mlsc aufgebrachten Emissionsschicht hohe Bedeutung. Gleichzeitig soll aber der Wärmewiderstand zwischen Heizdraht und Kathodenhütse so niedrig wie möglich sein. Als Isoliermaterial auf dem Heizdraht hat elektrophoretisch niedergeschlagenes Aluminiumoxid, das eine kompakte, weiße Schicht bildet, nun zwar den gewünschten hohen Isolationswiderstand, jedoch für Wärmeleitung und Wärmestrahlung einen für einen guten Wirkungsgrad zu hohen Wärmewiderstand.

Es ist aus der Physik bekannt, daß man den Strahlungswiderstand erheblich verringern kann, wenn sich der strahlende Körper dem sogenannten »schwarzen Strahler« nähert Einer solchen Näherung und damit einer Verbesserung der Wärmestrahlung steht die weiße Farbe des Aluminiumoxids entgegen. jo

Der DE-AS 11 26 520 ist zu entnehmen, daß man das Wärmeabstrahlungsvermögen isolierter Heizdrähte dadurch steigern kann, indem man wie bereits in der DE-AS 10 17 292 beschrieben einen Alumniumoxidüberzug verwendet, der färbende Zusätze von gleicher Art und Größenordnung enthält, wie sie in den natürlichen oder synthetischen Edelsteinen der Korundgruppe vorkommen. Hierbei müssen Elemente ausscheiden, die wie z. B. Barium eine Emissionsfähigkeit erzeugen. Die so erhaltenen Aluminiumoxidüberzüge sind undurchsichtig und vorwiegend rötlich oder grünlich gefärbt. Nach del: DE-AS 11 26 520 soll das Überzugsmaterial des Heizfadens je 0,7 bis 3% der Oxide von mindestens aiwei der Elemente Titan, Vanadium, Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Zirkon, Molybdän, Rhodium, Wolfram oder Tantal enthalten. Der Überzug wird aus einem Bad, das außer Aluminiumoxid mindestens zwei dieser Elemente enthält, durch Elektrophorese als dunkelgeiärbte Schicht auf dem Heizdraht niedergeschlagen. Bei Einsatz von Chromoxid und Titandioxid erhält man eine dunkle, grauschwarze Farbe der Schicht und so bei niedrigeren Heizdrahttemperaturen eine gegenüber Heizern mit weißer Beschichtung höherer Temperatur der Emissionsfläche und damit besserem Wirkungsgrad der Kathode.

Selbst wenn man davon ausgehen würde, daß nach diesem Verfahren neben der Elektrophorese eine Elektrolyse stattfindet, so ist eine dadurch entstehende Porosität nicht erforderlich, weil die Metallteile unmittelbar in die Aluminiumoxidschicht eingelagert werdea

In der DE-PS 11 41 388 ist ausgeführt, daß mit den vorgenannten Beimengungen zwar gegenüber weißem Aluminiumoxid ein erheblich größeres Wärmeabstrahlvermögen erhalten wird. Jedoch hätten sich mit derartigen Beimengungen versehene Überzüge in der Praxis nicht durchsetzen können, da jeder Zusatz die Isolationseigenschaften des Aluminiumoxids verschlechterijdas um so besser isoliert, je reiner und damit je weißer es ist Um einen hinreichend hohen Isolationswiderstaiid zu erzielen, sollen nach der DE-PS 11 41 388 auf eine untere, rein weiße Aluminiumoxidschicht eine dunkle zweite Schicht aufgebracht werdea Hierzu kann eine Suspension von Aluminiumoxid und Wolfram auf die weiße untere Schicht aufgesprüht werden und die beiden Schichten bei etwa 1000° C in Wasserstoff zusammengesintert werdea Die zweite Schicht kann aber auch durch Tauchea Durchziehea Kataphorese u. dgL aufgebracht werden.

Das Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE-AS 12 34 859 bekannt Die Beschreibung dieses Verfahrens enthält keine Angaben darüber, wie die Porosität zu erzeugen ist um besonders günstige Bedingungen für die Einlagerung der Wolframpartikeln zu schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren derart zu verbessern, daß eine solche Aluminiumoxidschicht entsteht welche nach Einlagerung der Wolframpartikeln in allen Temperaturbereichen einen guten, mit reinem weißen Aluminiumoxid vergleichbaren Isolationswiderstand aufweist und fest am Heizdraht haftet.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst.

Untersuchungen mittels der üblichen Prüfverfahren haben zweifelsfrei erwiesen, daß ein durch dieses Verfahren hergestellter Heizkörper völlig ausreichende und reinweißem Aluminiumoxid nähemngsweise entsprechende Isolationseigenschaften aufweist und auch auf Dauer beibehält, dabei jedoch den gewünschten niederen Strahlungswiderstand aufweist Er eignet sich besonders für den Einsatz bei Schnellheizkathoden insbesondere für solche von Fernsehbildröhren.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Figur erläutert. Diese Figur zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau einer indirekt geheizten Kathode. Sie besieht aus einem Kathodenrohr 3. auf das eine Kappe 4 aufgeschweißt ist, welche ihrerseits die Emissionsschicht 5 trägt. Zur Fixierung dient die Halterung 6, die an einer Tragscheibe 7 befestigt ist. In das Kathodenrohr 3 ist das Heizelement eingeschoben, das aus dem Heizdraht 2 mit der Isolierschicht 1 besteht.

Für das thermische Verhalten ist es wesentlich, daß der Temperaturunterschied zwischen dem Heizdraht 2 und der Emissionsschicht 5 so klein wie möglich ist und

die Emissionsschicht nach dem Einschalten der Heizung ihre Betriebstemperatur möglichst schnell erreicht. Dazu wird der Heizdraht 2 mit einer Isolierschicht 1 versehen, die durchgehend, d. h. ohne Zwischenschichten, porös ist und aus einem dunkelgefärbten gesinterten Mischkristall des eigentlichen Isoliermaterials AI2O3 und hochschmelzendem Wolfram besteht

Diese dunkle Isolierschicht 1, die neben den gewünschten thermischen Eigenschaften auch hinsichtlich der Isolation und Lebensdauer sowie einer geringen Neigung zur Schmelzelektrolyse sehr befriedigende Eigenschaften aufweist, erhält man folgendermaßen:

Als geeignetes Bedeckungsbad wird eine Mischung von Aluminiumoxid, Wasser. Alkoholen und Salzen verwendet, die wie üblich dissoziiert in diese Suspension wird der Heizdraht eingetaucht und an ihn gegenüber einer Gegenelektrode eine Spannung so angelegt daß der Heizdraht dabei die Kathode bildet an der sich außer dem Wasserstoff durch den einsetzenden elektrolytischen Prozeß durch den gleichzeitigen elektrophoretischen Vorgang das im Bad schwebende Aluminiumoxid abscheidet Durch geeignete Wahl des Mischungsverhältnisses von Wasser, Alkohol und Salzen läßt sich die Wasserstoffentwicklung und damit die Porosität des sich ablagernden reinweißen Aluminhimoxids einstellen, das dann außerdem eine gewisse Elastizität besitzt

Nach Erreichen der gewünschten Schichtstärke werden die so beschichteten Heizdrähte aus dem Bedeckungsbad herausgenommen und getrocknet Die getrockneten Heizelemente werden sodann in eine wäßrige Ammoniumwolframatlösung getaucht mit der sich die getrocknete poröse Isolierschicht vollsaugt

Bei einem anschließenden Spülvorgang wird die Isolierschicht des Heizelements wieder von einem Teil der wäßrigen Ammoniumwolframatlösung befreit Die Spülflüssigkeit kann hierfür z. B. Methanol sein. Hierauf schließt sich ein weiterer Trocknungsvorgang an.

Daraufhin wird der Heizkörper in einen) Ofen, der eine Stickstoff-Wasserstoff-Atmosphäre hat bis zu einer Temperatur von etwa 1500 bis zu 2000⁰C erhitzt und so die Isolierschicht gesintert

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen eines Heizelementes für eine indirekt geheizte Kathode, bei dem eine am Heizdraht fest haftende, einen hohen Isolationswiderstand aufweisende, durchgehend dunkelgefärbte einzige Schicht mit in sie als feine Wolframpartikeln eingelagertem Metallzusatz dadurch erzielt wird, daß auf den Heizdraht zunächst to eine poröse weiße Aluminiumoxidschicht durch Elektrophorese niedergeschlagen wird, daß diese Schicht durchgehend mit einer wäßrigen Ammoniumwolframatlösung getränkt und in einem Wasserstoff enthaltenden Schutzgas gesintert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Niederschlagen der Aluminiumoxidschicht als feinporöse Schicht bei der Elektrophorese unter gleichzeitiger Wasserstoffentwicklung durch Elektrolyse erfolgt, daß das Tränken dieser Schicht nach Trocknen durchgeführt wird, und daß in einer Flüssigkeit gespült wird und das Sintern nach erneutem Trocknen in einem zusätzlich Stickstoff enthaltenden Schutzgas erfolgt

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