DE2326957A1

DE2326957A1 - Alkalimetalldampfgenerator und elektrische entladungsroehre, die mit mindestens einer oberflaeche fuer photoemission oder sekundaerelektronenemission versehen ist, die mit hilfe eines derartigen generators erhalten ist

Info

Publication number: DE2326957A1
Application number: DE19732326957
Authority: DE
Inventors: Jan Josephus Bernardus Fransen; Johannes Hendrikus Nicol Vucht
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-06-15
Filing date: 1973-05-26
Publication date: 1974-01-03
Also published as: CA987514A; NL7208146A; BE800856A; GB1384348A; DE2326957C2; FR2189860A1; AU5675973A; JPS4952572A; US3945949A; IT985433B; FR2189860B1; JPS5218095B2

Description

■ PHN.63^8

. Goot/Va/AvdV

GÜNTHER M. DAVID

Pohn.«„«ar 2326957

Anmelder: M.V. PHiLlPV GL3EILAHPENFABRIEKEN
Akte: PHN- 6348

Anmeldung vorm 25. Mai 1973

"Alkalimetalldampfgenerator und elektrische Entladungsröhre, die mit mindestens einer Oberfläche für Photoemission oder Sekundärelektronenemission versehen ist, die mit Hilfe eines derartigen Generators erhalten ist."

Die Erfindung bezieht sich auf einen Alkalimet alldampf generator, der ein Material enthält, das im wesentlichen aus einem oder mehreren Alkalimetallen und einem Metall besteht, dessen Dampfspannung niedriger als die der Alkalimetalle ist.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine elektrische Entladungsröhre, die mit mindestens einer

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Oberfläche für Photoemission oder Sekundärelektronenemission versehen ist, die mit Hilfe eines derartigen Generators erhalten ist.

Die Anwendung der Alkalimetalldampfgeneratoren der obengenannten Art hat sich bis jetzt im wesentlichen auf das Aufrechterhalten eines besonders niedrigen Restgasdruckes in einem evakuierten Raum beschränkt. So ist in der britischen Patentschrift 151.611 ein Vorgang beschrieben, bei dem zum Einführen eines Alkalioder- Erdalkalimetalldampfes in eine elektrische Entladungsröhre eine Legierung eines Alkali- oder Erdalkalimetalls und eines edleren Metalls geringerer Dampfspannung benutzt wird. Das in der Röhre zum Verdampfen gebrachte Alkali- oder Erdalkalimetall hat die Aufgabe, die nach dem Evakuieren der Röhre darin noch vorhandenen Restgase zu binden.

Die Brauchbarkeit einer Legierung, aus der durch Erhitzung ein Alkali- oder Erdalkalimetall verdampft werden kann, hängt grösstenteils von dem Masse ab, in dem dieses Metall auf reproduzierbare Weise aus der Legierung ausgelöst wird. Die Anforderungen, die zu diesem Zweck an diese Legierungen gestellt werden, bestehen darin, dass vor, während oder nach dem Verdampfen des Alkalimetalls daraus kein oder nahezu kein ¥asserdampf, keine verunreinigenden Gase oder Feststoffteilchen ausgelöst werden.

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Besonders streng sind in dieser Hinsicht die Anforderungen bei der Herstellung von Oberflächen für Photoemission oder Sekundärelektronenemission. Derartige Oberflächen werden in Fernsehaufnahmeröhren,

Photovervielfacherröhren, Bildverstärkerröhren oder anderen Typen von Vakuumröhren verwendet. Diese Oberflächen bestehen gewöhnlich aus einer oder mehreren auf eine Unterlage aus Antimon oder Wismut aufgedampften Schichten der Alkalimetalle Natrium, Kalium und Zäsium. Die bekannten Generatoren zum Erhalten eines Alkalimetalldampfes bestehen gewöhnlich aus einem Metallhalter, der ein Gemisch aus einem Chromat oder Bichromat des betreffenden Alkalimetalle und einem Reduktionsmittel für dieses Chromat oder Bichromat enthält. Derartige Generatoren sind z.B. in der amerikanischen Patentschrift 3.667·513 beschrieben.

Ein Nachteil von Chromat-Metall-Gemischen ist der, dass sie bei Lagerung in Luft schwer reproduzierbar gehalten werden können. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass beim Auslösen des Alkalimetalldampfes auch Wasserdampf und verunreinigende Gase ausgelost werden. Diese Gase können mit dem Alkalimetall reagieren und beeinträchtigen die Emissxonseigenschaften der aufgedampften Oberflächen. Die hohe Temperatur von etwa 900°C, die zum Auslösen einer genügenden Menge Alkalimetalldampf pro Zeiteinheit aus einem derartigen

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Generator benötigt wird, trägt ausserdem dazu bei, dass diese Gasabgabe beträchtlich sein kann. Ein weiterer Nachteil ist der, dass, wenn die exotherm verlaufenden Reaktionen zwischen den Bestandteilen der genannten Chromat-Metall-Gemische in Gang gesetzt worden sind, die Temperatur und die Reaktionsgeschwindigkeiten, die dabei auftreten, sich schwer beherrschen lassen.

Es leuchtet ein, dass die genannten Nachteile die Anbringung von Oberflächen für Photoemission oder Sekundärelektronenemission auf reproduzierbare Weise erschweren. Dies hat zur Folge, dass der Ausschussprozentsatz von Röhren mit auf diese Weise erhaltenen Oberflächen ungünstig hoch sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,

einen Alkalimetalldampfgenerator der eingangs genannten Art zu schaffen, der die erwähnten Nachteile nicht aufweist und sich besonders gut zur Anwendung bei der Bildung von Oberflächen für Photoemission oder Sekundare1ektronenemission eignet.

Bei einem Alkalimetalldampfgenerator der ein Material enthält, das im wesentlichen aus einem oder mehreren Alkalimetallen und einem Metall besteht, dessen Dampfspannung geringer als die der Alkalimetalle ist, enthält nach der Erfindung das Material als Metall mit geringerer Dampfspannung im wesentlichen

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Gold und/oder Silber und/oder mit Gold oder Silber legiertes Kupfer.

Es sei bemerkt, dass in der vorerwähnten

britischen Patentschrift 151-611 der Ausdruck "edleres Metall", in Beziehung zu der Elektropositivitat der Metalle, näher erläutert wird. Lediglich in bezug auf diese Beziehung werden Gold und Platin als Beispiele derjenigen Metalle genannt, die die geringste Elektropositivitat aufweisen. Mit der gegebenen Erläuterung wird jedoch nicht nahegelegt, dass Legierungen eines Alkalimetalls und Gold oder Platin für die Einführung eines Alkalimetalldampfes in eine elektrische Entladungsröhre geeignet sein können. Dies geht besonders deutlich aus der Tatsache hervor, dass als Beispiel einer solchen Legierung nur eine Zinn-Calcium-Legierung erwähnt wird.

Vorzugsweise ist das Füllmaterial des Metalldampfgenerators nach der Erfindung einphasig oder nahezu einphasig. Das bedeutet, dass das Füllmaterial vorzugsweise aus einer einzigen oder nahezu einer einzigen Verbindung eines Alkalimetalls und eines Metalls mit geringerer Dampfspannung der obengenannten Art besteht, während diese Verbindung ausserdem in Einkristallstruktur im Füllmaterial vorhanden ist. Korrosion,. wie sie bei der Bildung von Lokalelementen auftritt, wird dadurch vermieden.

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Das Füllmaterial des Generators nach der Erfindung weist im Vergleich zu den bekannten Füllmaterialien, die ein Chromat oder ein Bichromat enthalten, wesentliche Vorteile auf. Die Gasabgabe des Generators nach der Erfindung ist besonders gering, auch infolge der Tatsache, dass bei einer verhältnismässig niedrigen Temperatur, die in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Füllmaterials des Generators etwa 600°C beträgt, eine genügende Menge an Alkalimetalldampf aus dem Generator ausgelöst wird. Dies ergibt den Vorteil, dass der Generator nach der Erfindung mit einer entsprechenden niedrigen Leistung auf die gewünschte Betriebstemperatur gebracht und auf dieser Temperatur gehalten werden kann. Durch Regelung der dem Generator zugeführten Leistung kann, wegen des Fehlens einer exothermen Reaktion, auf einfachere und genauere ¥eise als bei Verwendung von Alkalimetallchromat oder -bichromat der Verdampfungsvorgang des Alkalimetalls beherrscht werden. Das Füllmaterial des Metalldampfgenerators nach der Erfindung weist eine derartige Beständigkeit gegen Angriff durch feuchte Luft auf, dass es in den Herstellungsvorgang eingeführt werden kann, ohne dass besondere Vorkehrungen getrofffen werden.

Einige nicht-einschränkende Beispiele von Legierungen, die vorzugsweise bei dem Generator nach

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der Erfindung verwendet, werden, sind Au„lia, Au-Na₁ Au K, Au₁-K und goldreiche Zäsiumlegierungen.

Die genannten Legierungen eignen sich besonders gut zur Anwendung bei der Herstellung von Oberflächen für Photοemission oder Sekundärelektroneneinission, wie sie in Fernsehaufnahmeröhren, Photovervielfacherrbhren, Bildverstärkerröhren und anderen Vakuumröhrentypen Anwendung finden.

Es ist möglich, in derartigen Legierungen das Gold teilweise oder völlig durch Silber oder durch eine Legierung von Kupfer und Gold oder Silber zu ersetzen* Der Grad der Beständigkeit der Legierung gegen Angriff durch feuchte Luft nimmt jedoch ab, je nachdem der Goldgehalt darin niedriger ist, oder je nachdem darin mehr Gold durch Silber oder die genannte Kupferlegierung ersetzt ist.

Zum Aufdampfen von Oberflächen für Photoemission oder Sekundärelektronenemission sind verschiedene Verfahren bekannt. Eines dieser Verfahren besteht darin, dass eier Alkalimetalldampfgenerator, auch nachdem das Alkalimetall daraus verdampft ist, in der Röhre montiert bleibt. Nach einem anderen Verfahren wird der Alkalimetalldampfgenerator in einem Appendix der Röhre montiert und dieser nach dem Gebrauch des Generators von der Röhre abgeschmolzen. Nach noch einem weiteren Verfahren werden die Elektroden für

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Photoemission oder Sekundärelektronenemission in einem gesonderten Vakuumraum aufgedampft und dann in einer elektrischen Entladungsröhre montiert. Für den Generator nach der Erfindung ist es nicht wesentlich, welches Verfahren bei der Herstellung der genannten Elektroden verwendet wird.

Auch ist es möglich, aus ein und derselben Alkalimetallquelle gleichzeitig natrium und Kalium zu verdampfen. Der Alkalimetalldampfgenerator nach der Erfindung enthält zu diesem Zweck ein Gemisch der nach der Erfindung geeigneten Kalium- und Natriumlegierungen. Das gleichzeitige Aufdampfen von Natrium und Kalium ist ebenfalls möglich, wenn der erfindungsgemässe Generator eine ternäre oder Mehrkomponentenlegierung von Natrium, Kalium und Gold und/oder Silber und/oder mit Gold oder Silber legiertem Kupfer enthält.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand deir Zeichnung näher erläutert* Es zeigen:

Fig. 1 teilweise in Abwicklung, eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Alkalimetalldampfgenerators nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine Bildverstärkerröhre, in der mindestens ein Alkalimetalldampfgenerator nach der Erfindung montiert ist.

Der Alkalimetalldampfgenerator nach Fig. 1 ist ein Natriumdampfgenerator. Der Generator ist aus

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einem Chrom-Nickel-Stahlstreifen mit einer Dicke von 80/um hergestellt. Dieser Streifen wird zunächst derart um seine Längsachse gebogen, dass eine Rinne etwa U-förmigen Querschnittes entsteht. Dann wird diese Rinne mit pulverförmigem Au„Na gefüllt, wonach mittels einer Zugwalzenbearbeitung die vorstehenden Ränder der Rinne derart aufeinander zu bewegt werden, dass sie, wie bei 5 angegeben ist, sich teilweise überlappen. Bei dieser Bearbeitung wird das als feines Pulver vorhandene Au Na derart komprimiert, dass vor, während und nach dem Verdampfen des.Natriums keine Feststoffteilchen aus dem Generator ausgelöst werden. Von dem auf diese Weise erhaltenen zylindrischen Rohr, das einen Durchmesser von 1 mm aufweist, werden durch eine Trennbearbeitung, wie Schneiden oder Hacken, Rohre mit einer Länge von 21 mm gebildet. In der Figur ist ein auf diese Weise erhaltenes Rohr 1 an beiden Enden mittels einer aufgeschweissten Chrom-Nickel-Stahlkappe 2 verschlossen. Auf jeder Kappe 2 ist ein Metallband 3 festgeschweisst, über das die elektrische Leistung dem Generator zugeführt wird. Ein elektrischer Strom von etwa _h_A_ ist ausreichend um das im Generator vorhandene Au„Na-Puiver k auf eine Temperatur von etwa 600°C zu bringen. Bei dieser

Temperatur verdampft das Natrium in genügendem Masse aus der Legierung und verlässt dann den Generator

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über den über die ganze Länge des Rohres 1 an der Ueberlappung 5 gebildeten Spalt 6.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Bildverstärkerröhre im Axialschnitt. Die Röhre enthalt ein leichtdurchlässiges Fenster 11, das einen Teil einer Glasumhüllung 12 der Röhre bildet. In der Röhre ist durch Aufdampfen eine Trialkaliphotokathode 13 angebracht, die, wenn Lichtquanten auf sie auftreffen, Elektronen emittiert. Die aus der Photokathode ausgelösten Elektronen werden mit Hilfe einer Anode 14 beschleunigt und können über eine darin angebrachte Oeffnung 15 ein zweites Fenster 16 erreichen. Auf der Innenseite des Fensters 16 befindet sich eine Leuchtschicht 17, die, wenn Elektronen auf sie auftreffen, Lichtquanten emittiert. Auf diese Weise kann über das Fenster 16 ein in bezug auf Leuchtdichte verstärktes Bild eines Gegenstandes beobachtet werden. Etwaige elektrische Durchführungen und Anschlusstifte, über die Elektronen an ein geeignetes Potential angelegt werden, sind der Deutlichkeit halber nicht in der Zeichnung dargestellt.

Die Photokathode 13 ist aus Natrium, Kalium und Zäsium aufgebaut. Diese Metalle sind auf die Innenseite eines gekrümmten, lichtdurchlässigen Trägers 20 aufgedampft, der zur Herabsetzung des Querwiderstandes mit einer leitenden Zinnoxydschicht 2k versehen ist. Auf einigen Durchführungsstiften 23 sind drei

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Alkalimetalldampfgeneratoren nach, der Erfindung montiert Ein Natriumdampfgenerator 18, der mit AucNa-Pulver 21 gefüllt ist, und ein Kaliumdampfgenerator 19, der mit Au-K-Pülver 22 gefüllt ist, sind in der Figur im Querschnitt dargestellt. Ein dritter in der Figur nicht dargestellter Generator, der mit einer goldreichen Zäsiumlegierung gefüllt ist, ist, gleich wie die Generatoren 18 und 19» nahezu kreissymmetrisch zu der zylindrischen Anode 14 in der Röhre angeordnet. Die Stellen, an denen die Generatoren in der Röhre montiert sind, sind derart gewählt, dass die Generatoren die elektronenoptische Abbildung in der Röhre nicht beeinträchtigen können.

Das Aufdampfen der PhOtokathode 13 erfolgt, nachdem die Röhre während einiger Zeit bei einer Temperatur von etwa Jf50⁰C entgast worden ist. Während dieser Entgasung treten keine nennenswerten Mengen an Alkalimetalldampf aus den Generatoren heraus.

Dadurch, dass die Generatoren über die elektrischen Durchführungen 23 mittels eines elektrischen Stromes von etwa h A abwechselnd auf ihre Betriebstemperatur gebracht werden, werden die verschiedenen Alkalimetalle auf den jeweiligen Unterlagen angebracht." Dabei werden allgemein bekannte Massnähmeη getroffen, um zu sichern, dass die aus den Generatoren ausgelösten Alkalimetalldämpfe lediglich auf dem dafür bestimmten Träger 20 niederschlagen,

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Claims

-12- PHN.6348 PATENTANSPRÜCHE;

1. . Alkalimetalldampfgenerator, der ein Material enthält, das im wesentliehen aus einem oder mehreren Alkalimetallen und einem Metall besteht, dessen Dampfspannung geringer als die der Alkalimetalle ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Material als Metall mit geringerer Dampfspannung im wesentlichen Gold und/oder Silber und/oder mit Gold oder Silber legiertes Kupfer enthält·

2« Alkalimetalldampfgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material einphasig ist.

3« Alkalimetalldampfgenerator nach Anspruch t oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus mindestens einer der Legierungen Au₂Na, AuJSTa, Au₂K* Au_K oder einer goldreichen Zäsiumlegierung besteht.

4. Alkalimetalldampfgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material eine ternäre oder Mehrkomponentenlegierung von Natrium, Kalium, und Gold und/oder Silber und/oder mit Gold oder Silber legiertem Kupfer enthält.

5· Elektrische Entladungsröhre, die mit mindestens einer Oberfläche für Photoemission oder Sekundärelektronenemission versehen ist, die mit Hilfe eines Alkallmetalldampfgenerators nach einem der vorstehenden Ansprüche erzeugt ist.

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