DE2558784A1 - Verfahren zur herstellung einer gepressten nachlieferungskathode und durch dieses verfahren hergestellte nachlieferungskathode - Google Patents

Description

Anmelder: N.V. rUifi aüLiU^NrAöRltKfch PHN-7863

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"Verfahren zur Herstellung einer gepressten Nachlieferungskathode und durch dieses Verfahren hergestellte Nachlieferungskathode".

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer gepressten Nachlieferungskathode, die wenigstens aus einem Heizkörper und einem porösen Metallkörper mit einer emittierenden 0berf3.äche besteht, wobei der poröse Metallkörper in seinen Poren als eine der emittierenden Oberfläche Barium nachliefernde Verbindung Bariumscandat (Ba_Sc,O„) enthält.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf

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eine durch dieses Verfahren hergestellte Nachlieferungskathode .

Eine derartige Nachlieferungskathode ist aus der USA-Patentschrift 3.358.178 bekannt, nach der ein Gemisch aus pulverförmigem ¹WoIfram und Bariumscandat oder ein pulverförmiges ¥olfram-Rhenium-Gemisch mit Bariumscandat zu einem Körper mit einer emittierenden Oberflächen gepresst wird. Derartige Nachlieferungskathoden enthalten 5-30 GeWi^ Bariumscandat (Ba~Sc,0_o), mit Wolfram ergänzt, oder ein Wolfram-Rhenium-Geniisch oder eine Legiertxng dieser Elemente. Das bei derartigen Kathoden gemessene Austrittspotential liegt zwi schen 2 und 2,1 V und die sich daraus ergebende .zulässige Stromdichte beträgt 1-4 A/cm² bei 1050 - 1150^oC. Diese Werte sind im Vergleich zu bisher bekannten Kathoden mit z.B. Barium-GaI ciuni-Aluminat derart niedrig, dass die Anwendung nur für sehr besondere Zwecke, z.B. in Ultrahochfrequenzröhren, Gasentladungskathoden u.dgl., verantwortet ist. Scandium ist ausserdem ein sehr, kostspieliges Ausgangsmaterial und also für die Massenherstellung von Kathoden für z.B. Fernsehbildröhren nicht besondere attraktiv.

Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren zur Herstellung einer gepressten Nachlieferungs-

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kathode zu schaffen, die eine erheblich höhere zulässige Stromdichte als bekannte Kathodentypen bei vergleichbarer Kathodentemperatur oder die gleiche Stromdichte bei einer erheblich niedrigeren Kathodentemperatur aufweist.

Die Erfindung bezweckt weiterhin, eine Nachlieferungskathode zu schaffen, die sich besonders gut zur Anwendung in Fernsehbildröhren, Aufnahmeröhren u.dgl. eignet_o

Das Verfahren zur Herstellung einer gepressten Nachliefarungskathode der im ersten Absatz genannten Art is't nach dei¹ Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die emittierende Oberfläche des bariumscandathal.tigen porösen Metallkörpers poliert wird, wodurch eine hochglänzende Oberfläche erhalten wird..

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich nach der üblichen Sinterung der Kathode eine zu dicke Bariumscandatschicht auf der emittierenden Oberfläche gebildet hat. Wenn poliert wird, bis diese Schicht verschwunden ist, hat dies zur Folge, dass nach Aktivierung der Kathode eine Schicht mit einer Dicke von einem oder mehreren Molekülen, die mindestens aus Scandiuraoxid und Bariumoxid besteht, an der Oberfläche des emittierenden Körpers gebildet wix'd. Diese Aktivierung

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wird durch das Aushelfen der Kathode beschleunigt, während die beim Polieren verwendeten Flüssigkeiten, die noch in der Kathode vorhanden sind, schnell verdampfen. Vorzugsweise wird dieser Poliervorgang mit Hilfe einer Aluminiumoxidplatte durchgeführt. Gegebenenfalls zurückgebliebene Aluminiumoxidi-este üben keinen ungünstigen Einfluss auf die Emission nach der Aktivierung der Kathode aus. Dies ist bei Anwendung von z.B. Diamantpulver wohl der Fall. Aus gegebenenfalls zurückgebliebenen Diamantpulverresten bildet sich eine Kohlenstoffschicht, die die Emission erheblich herabsetzt.

Durch Wechselwirkung zwischen dem Scandiumoxid und dem Bariumoxid erhält die emittierende Obei"fläche ein niedriges Austrittspotential von etwa 1,7V. Diese sehr dünne Schicht aus· Scandium- und Bariumoxid ist daher auch kennzeichnend für eine gepresste Nachlieferungskathode, die nach der Erfindung hergestellt ist. Mit Auger-Elektronenspektroskopie können diese Oxide nachgewiesen werden.

Dieses Austrittspotential von 1,7 V entspricht einer zulässigen Stromdichte * von etwa 100 A/cm² bei 1050⁰C. Die Kathode nach der Erfindung kann daher bei einer viel niedrigeren Be-

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triebstemperatur als die Kathode nach der genannten USA-Patentschrift 3·35δ·17δ verwendet werden, wobei dennoch eine reichlich genügende Stromdichte erzielt wird. Es stellt sich heraus, dass die Kathoden die höchste Stromdichte aufweisen, wenn sie möglichst hochglänzend poliert worden sind. Es ist zwar bekannt, dass die Rauhigkeit der omittioronden Oberfläche bisher bekannter Oxidkathoden die Elektronenemission beeinflusst. Dieser Einfluss ist jedoch dem Einfluss des Poliervorgangs nach der vorliegenden Erfindung entgegengesetzt. Bei den bisher bekannten -..Qarbonatkathoden hatte die durch die grössere Rauhigkeit erhaltene grössere Oberfläche eine grössere Stromdichte zur Folge.

Ein Vorteil ist weiter noch der, dass bei einer polierten Kathode, dadurch, dass bei einer gleichen Stromdichte eine niedrigere Temperatur angewandt werden kann, die Abdampfung der nachliefernden Verbindung, Bariumscandat, erheblich langsamer als bei. nichtpoiierten Kathoden vor sich geht. Dadurch wird eine lange Lebensdauer von 10.000 Stunden und mehr erhalten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Anwendung einer Wolfram-Rhenium-Legiorimg odex" eines Gemisches dieser Elemente nicht mehr notwendig ist und Wolfram genügt.

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Kathoden nach der Erfindung eignen sich besonders gut zur Anwendung in elektrischen Entladungsröhren, bei denen Kathoden mit einem Hochstdurchmesser der emittierenden Oberfläche von weniger als 5 nun bei einer hohen zulässigen Stromdichte erfoixlorlich sind, wie z.B. Fernsehbildröhren, Aufnahmeröhre u.dgl. Bei dieser Abmessung ist die bei der Herstellung auftretende Schrumpfung nämlich nicht gross.

Die Erfindung wird nächsteheiid äri einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur im Schitt eine Nachlieferungskathode nach der Erfindung zeigt.

Die Kathode nach der Figur besteht aus einem emittierenden. Köx^per 1 , der aus Wolframteilchen mit einer Grosse von im wesentlichen weniger als 5/iim und Bariumscandat gepresst ist. Das WoI-frampulver wird, bevor es mit dem Bariumscandat gemischt wird, in einer Wasserstoffatmosphäre 30 Minuten lang bei 1^10O⁰C ausgeheizt. Das Bariumscandat (Ba,,Sc, O ) Xtfird dadurch hergestellt, dass Bariuincarbonat mit Scandiumoxid in einem Molarverhältnis von 3 '· 2 in einer Kugelmühle und unter Hexan gemischt und' gemahlen wird. Nach Verdampfung des Hexans und Trocknung wird das gebildete Scandatpulver bei 1200°C }6 Stunden lang in Luft ausgeheizt

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und wieder f eingemahlen, bis die Pulver teilchen eine Grosse von etwa 5 - 50/um haben.

Dann werden das Wolframpulver und das Bariumscandatpulver in einem Gewichtsverhältnis von 9 : 1 gemischt und zu dem emittierenden Körper bei einem Druck von etwa 20 χ 10 kg/cm² gepre s s t.

Der emittierende Körper- 1 ist' von einem Metallzylinder 2, vorzugsweise aus Molybdän, umgeben. In diesem Zylinder befinden sich ein Heizkörper 3 aus Wolf ramclraht, der einen Glühdraht bildet und mit Aluminiumoxid überzogen ist, und eine Querwand h, die vorzugsweise ebenfalls aus Molybdän hergestellt ist und zur Verhinderung von Emission aus dem emittierenden Körper 1 zu dem Heizkörper 3 dient. Der emittierende Körper wird vor der Montage in dem Zylinder in einer Wasserstoff atmosphäre in 5 Minuten allmählich von Zimmertemperatur auf 155O°C gebracht und 5 Minuten lang bei dieser Temperatur ausgeheizt, wonach allmählich abgekühlt wird.

Nach der Montage des emittierenden Körpers 1 in dem Zylinder 2 wird die emittierende Oberfläche 5 mit Hilfe einer Aluminiumoxidplatte· poliert, bis sie hochglänzend geworden ist. Als Flüssigkeit wird beim Polieren ein Alkohol ver-

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wendet. Nach dem Poliervorgang wird dieKathode in Freon etwa 1 Minute lang Ultraschallschwingungen unterworfen und dann getrocknet. Die trockenen Kathoden werden in reinem Wasserstoff bei 1200⁰C etwa 5 Minuten lang nachgeheizt und sind dann für Montage bereit. Da die Kathoden hygroskopisch sind, empfiehlt es sich, sie in trocknem Argon oder in einem Exsikator aufzubewahren.

Auf diese Weise hergestellte Kathoden weise eine höhere zulässige Stromdichte auf. Die hochstzulässige Stromdichte in der Mitte der bekannten Barium-Strontiumoxidkathoden beträgt etwa 1,5 A/cm². Dies ist etwa das 2,5-fache der mittleren Stromdichte übex^ die ganze emittierende Oberfläche. Je besser die Emission dez¹ Kathode ist, desto kleiner kann der Radius der emittierenden Oberfläche sein, um dennoch denselben· Elek-"tronenstrahlstrom zu erhalten. Für Fernsehbildröhren ist ein Strahlstrom von 1,5 bis 2 inA erforderlich. Bei einem Lochdurchmesser in dem der Kathode gegenüber liegenden Gitter g₁ (nicht dargestellt) von 0,6 mm ist die emittierende Ober-

fläche der Kathode, ^Y r (r ist der Radius dieser Oberfläche) gleich gross wie die Oberfläche des Loches in g , wenn g.. keinen Strom zieht. Bei einer Stromdichte j von 1,5 A/cm² ergibt dies

JTl el X.

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einen Elektronenstrahlstrom I von:

-r ΊΓ 2 — Tf 2 max _Λ _

was genügend ist. j ist die mittlere Stromdichte. Bei der gepressten Nachlieferungskathode

nach der Erfindung ist j = 100 A/cm². Bei einer

^b ° max '

gleichen Geometrie würde diese Kathode bei einer gleichen Temperatur einen Elektronenstrahlstrom
liefern, der etwa das 67~fache beträgt. Dies bedeutet, dass die Kathodentemperatur erheblich herabgesetzt oder die Oberfläche der Kathode verkleinert werden kann. Kleine Kathoden weisen ausserdein dem Vorteil auf, dass sie schnell die gewünschte Emissionstemperatur erreichen.

Da das Wesen der Erfindung das Polieren der emittierenden Kathodenoberfläche ist, liegen Verfahren zur Herstellung gepresster Nachlieferungskathoden, die im Obenstehenden nicht beschrieben sind, die jedoch vom Fachmann in vielen Abwandlungen leicht entworfen werden können, dennoch im Rahmen der Erfindung, wenn der Poliervorgang einen Teil des Verfahrens bildet. So kann der Kragen 6 wegfallen, so dass der emittierende Körper 1 nur mit der Querwand k in Verbindung steht,

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Claims (5)

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   Patentansprüche:

   (i«J Verfahren zur Herstellung einer gepressten Nachlxeferungskathode, die wenigstens aus einem Heizkörper und einem porösen Metallkörper mit einer emittierenden Oberfläche besteht, wobei dieser poröse Metallkörper in seinen Poren als eine der emittierenden Oberfläche Barium nachliefernde Verbindung Barxumscandat (Ba„Sc,O_Q) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die emittierende Oberfläche des bariumscandathaltigen porösen Metallkörpers poliert wird, wodurch eiixe hochglänzende Oberfläche erhalten wird,
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die emittierende Oberfläche mit einer Aluminiumoxxdplatte poliert wird.
3. 3. ' Nachlxeferungskathode, die durch das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die emittierende Oberfläche mit einer sehr dünnen, ein oder mehr· Moleküle dicke Schicht versehen ist, die Scandiumoxid und Bariumoxid enthält.
4. 4. Nachlieferungskathode nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Durchmesser der emittierenden Oberfläche kleiner als 5 nun ist.
5. 5. Elektrische Entladungsröhre mit einer Nachlxeferungskathode nach einem der Ansprüche 3 oder h

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