DE2822665A1

DE2822665A1 - Gluehkathodenmaterial

Info

Publication number: DE2822665A1
Application number: DE19782822665
Authority: DE
Inventors: Charley Dipl Ing Buxbaum; Gernot Dipl Ing Dr Gessinger; Siegfried Dr Straessler
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1978-05-05
Filing date: 1978-05-24
Publication date: 1979-11-08
Also published as: FR2425144A1; JPS54146950A; US4275123A; GB2027263B; HU187247B; FR2425144B1; ATA99779A; AT367568B; GB2027263A; NL7903494A

Description

BBC Baden

Glühkathodenmaterial

Die Erfindung betrifft ein Glühkathodenmaterial in Draht- und Blechform auf der Basis eines hochschmelzenden Trägermetalls, einer als Oxyd eines Metalls der Gruppe IHb vorliegenden Aktivierungssubstanz und eines Reduktionsmittels, welches als Karbid des Trägermetalls vorliegt.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Glühkathodenmaterials.

Glühkathodenmaterialien für Elektronenröhren sind in der Technik in zahlreichen Ausführungsformen und Werkstoffkombinationen bekannt. Sie reichen von den klassischen Oxydkathoden mit tiefer Betriebstemperatur und geringer Emissionsstromdichte aber langer Lebensdauer bis zu komplizierten Vielstoffsystemen insbesondere der Gattung der sogenannten Reaktionskathoden. Unter letzteren werden vor allem die mit chemischer Umsetzung und Nachlieferung der Aktivierungssubstanz aus dem Innern arbeitenden und eine verhältnismässig hohe Betriebstemperatur aufweisenden Kathodenmaterialien des Typs W/WX/ThO₂ ("thorierte Wolframkathoden") eingesetzt. Sie zeichnen sich durch lange Lebensdauer bei massiger Emissionsstromdichte aus. Es konnte ferner gezeigt werden, dass die Austrittsarbeit der Elektronen durch Hinzufügen eines Platinmetalls zum vorgenannten System gesenkt und dessen Emissionseigenschaften verbessert werden können (z.Bv DE-OS 1 614 541). Es sind ausserdem noch andere Werkstoffkombi-

nationen bekannt, welche bei mittlerer Lebensdauer eine Steigerung der Emissionsstromdichte erlauben, worunter vor allem die Systeme Mo/Mo₂C/La₂0₃ (nach DE-AS 2 344 936) und Mo/Mo₂C/La₂0₃/Pt-Metall und ähnliche (nach DE-AS"2 454 569) genannt seien. Es sind ausserdem Glühkathoden bekannt, welehe auf der Basis von aus Pulvermischungen eines hoch-

$09845/0588

BBC Baden 55/78

schmelzenden Metalls mit einem Platinmetall hergestellten porösen Sinterkörpern aufgebaut sind, deren Poren mit einem die Aktivierungssubstanz enthaltenden Material ausgefüllt sind (z.B. DE-OS 2 727 187). Derartige Kathoden zeichnen sich vor allem durch hohe Emissionsstromdichte bei verhältnismässig niedrigen Betriebstemperaturen aus.

Bei dem vorgenannten Kathodenmaterial handelt es sich fast ausnahmslos um Sinterwerkstoffe, welche in Form von Plättchen, Tabletten oder ähnlichen kompakten Bauelementen zur Herstellung von Glühkathoden verwendet werden. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch eine gewisse Sprödigkeit aus, so dass sie in der Regel nicht oder nur unter äussersten Schwierigkeiten oder unter Inkaufnahme wesentlicher Einbussen ihrer physikalischen Eigenschaften verformt werden können. Ihr Mangel an Duktilität erlaubt es nicht, sie in irgendwelchen Abmessungen anzufertigen oder beispielsweise wirtschaftlich zu Drähten, Blechen und Bändern zu verarbeiten, welche ihre hohe Emissionsstromdichte im Betrieb auszunutzen gestatten würden. Andererseits ist besonders für die Materialien mit hoher Emissionsstromdichte die Lebensdauer für einen praktischen Einsatz noch zu kurz, was sich besonders bei kleinen Abmessungen nachteilig bemerkbar macht. Es besteht daher ein gerechtfertigtes Bedürfnis nach Materialien, welche die guten Eigenschaften der vorgenannten Stoffe in optimaler Weise kombinieren und dem Konstrukteur die grösstmögliche Freiheit der Gestaltung einräumen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Glühkathodenwerkstoff sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, welcher bei guter mechanischer Formgebungsmöglichkeit hohe Warmfestigkeit, Zähigkeit und Stossunempfindlichkeit

809845/0E88

BBC Baden ^55/7

aufweist und den Bau von Glühkathoden hoher Emissionsstromdichte und langer Lebensdauer bei niedrigem Heizleistungsaufwand ermöglicht.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass beim eingangs definierten Glühkathodenmaterial

im Trägermetall

mehrere Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung und/ oder Konzentration vorhanden sind, derart, dass im Betriebszustand die Nachlieferung der Aktivierungssubstanz aus der Kernzone gleich oder grosser ist als der Abbau in den Randschichten gegen die Oberfläche zu.

Erfindungsgemäss wird dieses Glühkathodenmaterial dadurch hergestellt, dass das Trägermetallpulver mit einer Partikelgrösse von 0,5 ja bis 10 ja mit dem Pulver der Aktivierungssubstanz mit einer Partikelgrösse von 0,1 Ai bis lOyu gemischt, unter· einem Druck von 1000 bar bis 8000 bar. kaltisostatisch gepresst, und der auf diese Weise hergestellte Rohling in reduzierender !!„-Atmosphäre im Temperaturbereich von 900⁰C bis 1100°C während 0,5 bis 6 h geglüht, anschliessend bei einer Temperatur von 1500°C bis 2200⁰C während 0,5 bis 3 h gesintert und hierauf zur Formgebung mechanisch bearbeitet wird, dass ferner wenigstens ein auf diese Art hergestellter, den Mantel bildender Körper mit wenigstens einem weiteren auf diese Art hergestellten, den Kern oder eine Zwischenschicht bildenden Körper oder mit einem einen diffusionsfördernden Zusatz enthaltenden Kern oder einen besagten Zusatz aufweisenden Zwischenschicht zu einem Ganzen zusammengefügt wird und das derart hergestellte Werkstück abwechslungsweise einen Hämmerprozess im Temperaturbereich von 1000°C bis 1500°C und einem Zwischenglühprο-zess bei einer Temperatur von 1000°C bis 1150°C und einer

9098^/0588

BBC Baden ^55/78

Dauer von 15 bis 60 min und darauffolgend abwechslungsweise einem Zieh- oder Walzprozess mit gleichem vorgenannten Zwischenglühprozess unterworfen wird, und dass schliesslich das als Halbzeug vorliegende Werkstück in einem Gemisch von 0,5 bis 5 Vol.-Prozent CH₁₊ und 99,5 bis 95 Vol.-Prozent H₂ karburiert wird.

Der der Erfindung zugrunde liegende Leitgedanke beruht auf der Erkenntnis, dass die Lebensdauerbegrenzung einer Reaktionskathode des hier beschriebenen Nachlieferüngs-Diffusionstyps von verschiedenen, die Reaktionskinetik und das Stoffgleichgewicht bestimmenden Parametern abhängt. Um die für die verlangte hohe Emissionsstromdichte notwendige monoatomare Schicht des aus der Aktivierungssubstanz stammenden und durch Reduktion gebildeten, die Elektronenaustrittsarbeit senkenden Elements während der gesamten Lebensdauer auf der Kathodenoberfläche aufrecht zu erhalten, muss zunächst Gleichgewicht zwischen dem Abdampfmass (verdampfte Menge pro Zeiteinheit) und der in die Oberflächenschicht nachgelieferten Menge bestehen. D.h. die in die Randzone nachgelieferte Menge an aus dem Innern stammender Aktivierungssubstanz muss zu jeder Zeit gleich gross sein wie die an der Oberfläche verdampfte Menge. Es hat sich nun gezeigt, dass für das Gleichgewicht nicht der Abbau an Aktivierungssubstanz im gesamten Kathodenquerschnitt sondern nur der Abbau in der oberflächennahen Randzone massgebend ist. Die Verarmung der lebensdauerbestimmenden Randzone kann nun durch Schaffung einer als Vorrat dienenden Kernzone mit höherer Wanderungsgeschwindigkeit für die Aktivierungssubstanz verhindert werden. Dies führt zu einem schichtweisen Aufbau des Kathodenmaterials, dahingehend, dass dank der höheren Diffusion in der Kernzone jederzeit genügend Aktivierungssubstanz in die oberflächennahe Randzone transpor-

9Ö984S/0588

BBC Baden 55/78

tiert wird, um deren Verarmung zu kompensieren.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachstehend durch Figuren näher erläuterten Ausführungsbeispielen.

Dabei zeigt:

Fig. 1 den Querschnitt durch einen Draht mit prinzipiellem schichtweisen Aufbau,

Fig. 2 den Querschnitt durch einen Draht mit an Aktivierungssubstanz schwach dotierter Randschicht,

Fig. 3 den Querschnitt durch einen Draht mit diffusionsforderndem Zusatz als Zwischenschicht,

Fig. 4 den Querschnitt durch einen Draht mit diffusionsforderndem Zusatz als Kern,

Fig. 5 den Querschnitt durch einen Draht mit fein verteiltem diffusionsfördernden Zusatz in der Kernzone,

Fig. 6 ein Diagramm der Lebensdauer in Funktion der Konzentration der Aktivierungssubstanz.

Fig. 1 zeigt den Querschnitt durch einen Runddraht aus Glühkathodenmaterial, wobei der prinzipielle schichtweise Aufbau ersichtlich ist. Der Werkstoff besteht grundsätzlich aus einem Trägermetall aus einer Randzone 1 mit einer verhältnismässig niederen radialen Wanderungsgeschwindigkeit für die Aktivierungssubstanz und einer Kernzone 2 mit höherer Wanderungsgeschwindigkeit. Im allgemeinen hängt der

Q098A5/0588

BBC Baden 55/78

Transport der Aktivierungssubstanz wesentlich von den Diffusionsbedingungen im entsprechenden Material ab, wodurch sich die Bedingung, dass der Diffusionskoeffizient in 2 höher sein muss als in 1, ergibt. Grundsätzlich kann das Glühkathodenmaterial jedwelchen Querschnitts nach diesem Schema aufgebaut sein. Die Ausführungsformen sind nicht auf Rundquerschnitte begrenzt. Es können wahlweise auch Polygonal- und andere Profile, Flachstäbe und Bänder sowie Bleche Verwendung finden.

In Fig. 2 ist der Querschnitt durch einen Runddraht dargestellt, welcher aus drei Schichten aufgebaut ist. 3 stellt eine aus einem diffusionsfördernden Zusatz bestehenden oder diesen enthaltende Oberflächenschicht dar. Als diffusionsfordernder Zusatz können einzelne Platinmetalle oder eine Mischung von letzteren verwendet werden. Die Randschicht 4 sowohl als die Kernzone 5 bestehen im allgemeinen aus dem gleichen Trägermetall, wobei jedoch unterschiedliche Dotierungen an Aktivierungssubstanz vorgesehen sind. Die Randschicht 4 enthält eine geringere Konzentration an letzterer als die Kernzone 5. Im Falle von Molybdän als Trägermetall wird vorteilhafterweise Lanthanoxyd (La₂O₃) als Aktivierungssubstanz verwendet, wobei die Randschicht 4 eine Konzentration von 0,5 bis 6 % (vorzugsweise 0,5 bis 1,5 %), die Kernzone 5 eine solche von 2 bis 8 % (vorzugsweise 2 bis 4 %) aufweist. Die Randschicht 4 kann dabei 5 bis 20 % des Gesamtquerschnitts ausmachen.

Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch einen Runddraht mit einer anderen Reihenfolge des schichtweisen Aufbaus. Sowohl die Kernzone 5 wie die Randschicht 6 weist eine verhältnismässig hohe Dotierung von 2 bis 8 % (vorzugsweise 2 bis 4 %) an Aktivierungssubstanz (beispielsweise La₂O₃) auf. Beide Zonen

909845/0588

BBC Baden 55/78

werden durch eine Zwischenschicht 7 aus einem Platinmetall (vorzugsweise Platin) getrennt, welche 0,1 bis 5 % des Gesamtquerschnitts ausmachen kann.

Fig. 4 stellt den Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Drahtes dar. Der Körper des Glühkathodenmaterials besteht hier zur Hauptsache aus einem einen Gehalt von 0,5 bis 20 % (vorzugsweise 2 bis 6 %) an Aktivierungssubstanz aufweisenden Mantel 8 aus Trägermetall. In seinem Innern befindet sich ein Kern 9 aus einem Platinmetall (vorzugsweise Pt), welcher 0,1 bis 2 Volumenprozent des Gesamtvolumens des Körpers einnimmt.

In Fig. 5 ist der Querschnitt durch einen Runddraht dargestellt, wobei der diffusionsfördernde Zusatz fein verteilt vorliegt. Die Randschicht 4 weist eine verhältnismässig geringe Konzentration an Aktivierungssubstanz auf, die sich im Falle von Lanthanoxyd vorzugsweise in den Grenzen von 0,5 bis 1,5 % bewegt. Die Kernzone 10 des Trägermetalls ist mit einer höheren Konzentration an Aktivierungssubstanz (z.B. 2 bis 4 % La 0 ) versehen und enthält ausserdem den diffusionsfördernden Zusatz in Form eines feinverteilten Platinmetalls. Im vorliegenden Beispiel wird hierzu in vorteilhafter Weise Platin in einer Konzentration von 0,3 bis 0,7 % verwendet.

Fig. 6 zeigt ein Diagramm in welchem die Lebensdauer von Glühkathodendrähten in Funktion der Konzentration an Aktivierungssubstanz zu Beginn der Betriebsdauer dargestellt ist. Die untersuchten Drähte wiesen eine Schichtfolge nach Fig. 2 und Fig. 4 auf und hatten einen Aussendurchmesser von 0,6 mm. Das Trägermetall war Molybdän und die Aktivie-0 rungssubstanz bestand aus Lanthanoxyd. Im Diagramm sind

80084h/0 588

BBC Baden

55/78

verschiedene Kurven eingezeichnet. Als Vergleich dient Kurve 11 für ein Kathodenmaterial mit konventionellem, nicht schichtweisen Aufbau auf der Basis eines gleichmassig über den ganzen Querschnitt mit Lanthanoxyd dotierten und auf seiner Oberfläche mit einer dünnen Platinschicht versehenen Molybdänträgers bei einer Betriebstemperatur von 18 50 K. Kurve 12 zeigt die Abhängigkeit der Lebensdauer (Mittelwert) von der Konzentration der Aktivierungssubstanz La 0 für Kathoden mit schichtweisem Aufbau für eine Betriebstemperatur von 18 50 K, wobei die gestrichelten Begrenzungslinien den durch die Geometrie gemäss Querschnittsformen nach Fig. 2 bis Fig. 5 bedingten Streubereich andeuten. Kurve 13 stellt den Mittelwert der vorgenannten Funktion für eine Betriebstemperatur von 1820 K dar, wobei der Streubereich wieder durch gestrichelte Linien markiert ist. Die Emissionsstromdichte betrug

2
bei den Versuchen 3,5 bis M-,2 A/cm .

Siehe Fig. 2:

Zur Herstellung einer Hülle werden in einem Taumelmischer 4-00 g Molybdänpulver der Partikelgrösse 5 u mit 4 g Lanthanoxydpulver (La_o0_) der Partikelgrösse 1 μ während 60 min gemischt. Aus dieser zu 99 Gew.-% aus Mo und zu 1 Gew.-% aus La„0 bestehenden Pulvermischung wurde durch kaltisostatisches Pressen unter einem Druck von 3000 bar

ein Zylinder von 18 mm Durchmesser und 200 mm Länge hergestellt, welcher bei einer Temperatur von 1000°C während 5 Stunden im Wasserstoffstrom reduzierend vorgeglüht wurde. Dabei wird allfällig im Molybdän vorhandener gelöster oder gebundener Sauerstoff weitgehend entfernt. Hierauf wurde der Rohling bei einer Temperatur von 1700⁰C während 1 h zu einem dichten Körper (99,8 % der theoretischen Dichte) ge-

90984 5/0580

BBC Baden

55/78

sintert. Aus dem Sinterkörper wurde anschliessend durch mechanisches Bearbeiten ein Hohlzylinder von 15 mm Aussen- und 9 mm Innendurchmesser und einer Länge von 170 mm herausgeschnitten. Zur Herstellung eines Kerns wurden in einem Taumelmischer 107,7g Molybdänpulver mit 3,3 g Lanthanoxydpulver nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren gemischt, wobei der Gehalt an La₀O„ 3 Gew.-% betrug. Der Kern wurde in analoger Weise gefertigt und auf 9mm Aussendurchmesser und 170 mm Länge abgedreht. In einem weiteren Verfahrensschritt wurden Kern und Hülle zusammengefügt. Bei progressiv von 1400°C auf 1200°C abnehmender Temperatur wurde der Stabdurchmesser durch Rundhämmern von 15mm auf 3mm reduziert, wobei zwischen je zwei Verformungsschritten eine Zwischengühoperation von 30 min Dauer bei einer Temperatur von 1100 C in Wasserstoffatmosphäre eingeschaltet wurde. Schliesslich wurde der auf diese Weise erhaltene Runddraht durch Ziehen bei einer Temperatur von 1100⁰C auf den Enddurchmesser von 0,6 mm gebracht, wobei zwischen je zwei Ziehoperationen eine Zwischenglühung bei 1100 C vorgenommen wurde. Der Draht wurde bei einer Temperatur von 1600 C während 60 min in einem Gemisch von 3 Vol.-% Methan und 97 Vol.-% Wasserstoff karburiert. Das auf diese Weise hergestellte Material ist ohne weiteres als Kathodendraht verwendbar. Zur Verbesserung seiner Eigenschaften, insbesondere zur Erhöhung der Emissionsstromdichte wurde der Draht zum Schluss mit einem galvanischen Ueberzug eines diffusionsfördernden Metalls versehen. Im vorliegenden Beispiel wurde der Draht mit einer 5 u dicken Schicht von Platin überzogen.

Die einzelnen Verfahrensschritte sind nicht strikte an das vorliegende Ausführungsbeispiel gebunden und können je nach verfügbarem Ausgangsmaterial, zu erzielenden Abmessungen und Verwendungszweck variieren. Insbesondere kann das Trägermetallpulver (z.B. Molybdän) eine Partikelgrösse von 0,5 bis

909845/0588

BBC Baden

55/78

10 u, dasjenige der Aktivierungssubstanz (z.B. Lanthanoxyd) eine solche von O₃I bis 10 JU aufweisen. Das kaltisostatische Pressen kann bei Drücken von 1000 bis 8 00 0 bar durchgeführt werden. Das Vorglühen kann während 0,5 bis 6 h im Temperaturbereich von 9 00 bis 1100°C, das Sintern während 0,5 bis 3 h im Temperaturbereich von 1500 bis 2200 C erfolgen. Der Rundhämmerprozess kann im Temperaturintervall von 1500 bis 1000°C und das Zwischenglühen bei 100 0 bis 1150°C durchgeführt werden, wobei die Dauer des letzteren vorzugsweise 15 bis 60 min betragen kann. In vorteilhafter Weise wird mit einem Gemisch von 0,5 bis 5 Vol.-% CH^, Rest H₂ bei Temperaturen von 1500 bis 1700 C karburiert. Die aufgebrachte Platinschicht kann eine Dicke von 1 bis 10 ti aufweisen.

ti

Siehe Fig. 3:

Analog dem unter Beispiel 1 genannten Verfahren wurde je ein Hohlzylinder als Hülle und ein Kern als zentraler Körper hergestellt. Der Kern wie die Hülle wiesen den gleichen Gehalt an Aktivierungssubstanz in Form von 3 Gew.-% La„0~ auf.

Vor dem Zusammenfügen wurde der Kern mit einer elektrolytisch abgeschiedenen Schicht aus Platin von 200 Aj. Dicke versehen. Die Weiterverarbeitung erfolgte genau nach den in Beispiel 1 angegebenen Verfahrensschritten. Die Dicke des als Zwischenschicht abzuscheidenden diffusionsfördernden Zusatzes kann 5 je nach Abmessungen und Verwendungszweck 1 bis 2 50 ja betragen.

Siehe Fig. 4:

Nach dem unter Beispiel 1 angegebenen Verfahren wurde ein als Mantel dienender Hohlzylinder mit einer Bohrung von 1 mm Durchmesser hergestellt, welcher ¹J- Gew.-% La₀O- enthielt. In

809845/0588

BBC Baden 55/78

die Bohrung wurde ein als diffusionsfördernder Zusatz dienender Platindraht von 1 mm Durchmesser eingezogen. Hierauf erfolgte die Weiterverformung nach den üblichen, unter Beispiel 1 angegebenen Schritten. Die Dicke des als Kern ausgebildeten, den diffusionsfördernden Zusatz (z.B. Platin) enthaltenden oder ausschliesslich aus letzterem bestehenden Zentralkörpers kann 0,1 bis 10 mm betragen.

Ausführungsbeisp_iel_j+2.
Siehe Fig. 5:

Zunächst wurde nach dem unter Beispiel 1 angegebenen Verfahren ein Hohlzylinder als Hülle hergestellt, welcher 1 Gew,-% La₃O₃ als Aktivierungssubstanz enthielt. Daraufhin wurde ein Kern hergestellt, welcher neben 3 Gew.-% Lanthanoxyd 0,5 Gew.-% Platin enthielt. Das Platin wurde bereits beim Mischen der Pulver der Ausgangsmaterialien in Form von Platinmoor der Partikelgrösse 0,5 yu zugegeben. Die Weiterverarbeitung des Kerns und des kompakten, aus Kern und Hülle bestehenden Gesamtkörpers erfolgte nach der üblichen, unter Beispiel 1 beschriebenen Methode. Der Gehalt des Kerns an diffusionsförderndem Zusatz (z.B. Platin) kann innerhalb der Grenzen von 0,1 bis 1 Gew.-% gewählt werden, wobei dessen Partikelgrösse zwischen 0,1 und 10 yu variieren kann.

Das Glühkathodenmaterial sowie das Verfahren zu seiner Her-5 Stellung ist nicht auf die mit Figuren belegten vorgenannten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es können insbesondere auch andere Trägermetalle als Molybdän, wie beispielsweise Wolfram, Niob oder Tantal oder Legierungen von mindestens zweien der erwähnten Metalle Verwendung finden. Das gleiche gilt für die Aktivierungssubstanzen, wobei neben Lanthanoxyd auch Yttriumoxyd (Y₂°3^ ^oder Thoriumoxyd (ThO.) verwendet werden

909845/0588

BBC Baden 55/78

können. Ferner kann der diffusionsfördernde Zusatz auch aus einem anderen Platinmetall als Platin selbst bestehen, wozu vorzugsweise auch die Elemente Palladium, Rhodium, Ruthenium und Osmium oder Legierungen dieser Elemente unter sich gehören, welche zusätzlich die Schicht 3 bilden können.

Das oben beschriebene Verfahren und die in den Figuren dargestellte Schichtfolge des Glühkathodenmaterials ist ferner nicht auf runde Drahtquerschnitte begrenzt. Es lassen sich in analoger Weise auch andere Profile sowie Bänder und Bleche mit analogem Schichtaufbau herstellen, wobei die Rundhämmer- und Warmziehschritte teilweise oder gänzlich durch entsprechende Flachschmiede-, Press- und Warmwalzoperationen ersetzt sein können. Als weitere Formgebungsart käme ferner das Strangpressen von Profilen in Betracht.

Es ist lediglich darauf zu achten, dass der schichtweise Aufbau des Ausgangskörpers bis zum Erreichen des fertigen Halbzeuges erhalten bleibt.

Durch das erfindungsgemässe neue Glühkathodenmaterial wurde ein Werkstoff geschaffen, der unter Wahrung hervorragender mechanischer Eigenschaften wie Warmfestigkeit und hohe Zähigkeit dank seiner Duktilität eine optimale Verarbeitbarkeit in Draht- und Blechform gestattet, was dem Konstrukteur von Hochleistungselektronenröhren höchstmögliche Freiheit in der Gestaltung und Anordnung gestattet. Zufolge des schichtweisen Aufbaus dieses Verbundwerkstoffs erreichen die damit ausgeführten Bauelemente bei verhältnismässig hoher Emissionsstromdichte eine lange Lebensdauer.

809845/0588

Claims

55/78

BBC Aktiengesellschaft Br/dh

Brown, Boveri & Cie.

Baden (Schweiz) 2822665

Patentans p. r.ü.c. he

\lj. Glühkathodenmaterial in Draht- und Blechform auf der Basis eines hochschmelzenden Trägermetalls, einer_als Oxyd eines Metalls der Gruppe IHb vorliegenden Aktivierungssubstanz und eines Reduktionsmittels, welches als Karbid des Trägermetalls vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass im Trägermetall mehrere Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder Konzentration vorhanden sind, derart, dass im Betriebszustand die Nachlieferung der Aktivierungssubstanz aus der Kernzone (2) gleich oder grosser ist als der Abbau in den Randschichten (1) gegen die Oberfläche zu.

2. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Aktivierungssubstanζ in der Randschicht (4-) kleiner ist als in der Kernzone (5)^v.

3. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein diffusionsfördernder Zusatz (3, 7, 9) in Form eines Platinmetalls vorgesehen ist.

4. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der diffusionsfördernde Zusatz als Oberflächenschicht (3) vorliegt.

5. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der diffusionsfördernde Zusatz als Zwischenschicht (7) zwischen Kernzone (5) und Randschicht (6) vorliegt.

5 6. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der diffusionsfördernde Zusatz in Form eines

$09845/0588

ORDINAL INSPECTS©

BBC Baden 55/78

kompakten Kerns (9) vorliegt, welcher 0,1 bis 2 Volumen-% des Gesamtvolumens einnimmt, und dass der die Aktivierungssubstanz enthaltende Körper einen Mantel (8) bildet.

7. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der diffusionsfördernde Zusatz in fein verteilter Form über einen grösseren Querschnitt in der Kernzone (10) vorliegt und dass diese Kernzone (10) eine höhere Konzentration an Aktivierungssubstanz aufweist als die Randschicht (4).

8. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermetall Molybdän und die Aktivierungssubstanz Lanthanoxyd ist.

9. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der diffusionsfordernde Zusatz Platin ist.

10. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 2,3,4 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des Lanthanoxyds im Anlieferungszustand in der Kernzone (2, 5) 2 bis 8 % und in der Randschicht (1, 4) 0,5 bis 6 % beträgt und dass die Randschicht (1, 4) 5 bis 20 % des Gesamtquerschnitts ausmacht.

11. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Aktivierungssubstanz Lanthanoxyd im Anlieferungszustand in der Kernzone (2, 5) 2 bis Ί % und in der Randschicht (1, H) 0,5 bis 1,5 % beträgt.

12. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 5, 8 und 9, dadurch

909845/0580

BBC Baden 55/78

gekennzeichnet, dass die Konzentration der Aktivierungssubstanz Lanthanoxyd im Anlieferungszustand sowohl in der Kernzone (5) wie in der Randschicht (6) 2 bis 8 % beträgt, und dass die Kernzone (5) von der Randschicht (6) durch eine zusammenhängende kompakte Zwischenschicht (7) aus Platin getrennt ist, und dass ferner die Kernzone (5) 0,1 bis 94,9 %, die Zwischenschicht (7) 0,1 bis 5 % und die Randschicht (6) 5 bis 94,5 % des Gesamtquerschnitts ausmachen.

13. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Aktivierungssubstanz Lanthanoxyd im Anlieferungszustand sowohl in der Kernzone (5) wie in der Randschicht (6) 2 bis 4 % beträgt .

14. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 6, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Aktivierungssubstanz Lanthanoxyd im Mantel (8) 0,5 bis 20 % beträgt.

15. Glühkathodenmaterial nach Anspruch 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Anlieferungszustand eine mit 0,3 bis 0,7 % Platin und 2 bis 4 % Lanthanoxyd dotierte Kernzone (10) und eine mit 0,5 bis 1,5 % Lanthanoxyd dotierte Randschicht (4) vorliegt und dass die Randschicht (4) 5 bis 20 % des Gesamtquerschnitts ausmacht.

16. Glühkathodenmaterial nach einem der vorangehenden An-Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als Draht von 0,1 bis 10 mm Durchmesser oder als Blech von 0,1 bis 2 mm Dicke vorliegt.

17. Verfahren zur Herstellung von Glühkathodenmaterial nach

309845/0588

BBC Baden 55/78

Anspruch 1, wobei das Trägermetall und die Aktivierungssubstanz pulvermetallurgisch in ein kompaktes Werkstück übergeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermetallpulver mit einer Partikelgrösse von 0,5 ix bis 10 JU mit dem Pulver der Aktivierungssubstanz mit einer Partikelgrösse von 0,1yu bis 10 ja gemischt, unter einem Druck von 1000 bar bis 8000 bar kaltisostatisch gepresst, und der auf diese Weise hergestellte Rohling in reduzierender ^-Atmosphäre im

Temperaturbereich von 9 00°C bis 1100°C während 0,5 bis 6 h geglüht, anschliessend bei einer Temperatur von 1500°C bis 2200°C während 0,5 bis 3 h gesintert und hierauf zur Formgebung mechanisch bearbeitet wird, dass ferner wenigstens ein auf diese Art hergestellter, den Mantel bildender Körper mit wenigstens einem weiteren auf diese Art hergestellten, den Kern oder eine Zwischenschicht bildenden Körper oder mit einem einen diffusionsfördernden Zusatz enthaltenden Kern oder einen besagten Zusatz aufweisenden Zwischenschicht zu einem Ganzen zusammengefügt wird und das derart hergestellte Werkstück abwechslungsweise einen Hämmerprozess im Temperaturbereich von 1000⁰C bis 1500⁰C und einem Zwischenglühprozess bei einer Temperatur von 1000 C bis 1150 C und einer Dauer von 15 bis 60 min und darauffolgend abwechslungsweise einem Zieh- oder Walzprozess mit gleichem vorgenannten Zwischenglühprozess unterworfen wird, und dass schliesslich das als Halbzeug vorliegende Werkstück in einem Gemisch von 0,5 bis 5 Vol.-Prozent CH^ und 9 9,5 bis 9 5 Vol.-Prozent H_ karburiert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Mantel bildender Körper mit niedrigerem Gehalt an

809845/0588

BBC Baden 55/78

Aktivierungssubstanz mit einem weiteren, den Kern bildenden Körper mit höherem Gehalt an Aktivierungssubstanz direkt zu einem Ganzen zusammengefügt wird und das derart hergestellte Werkstück auf seiner äusseren Oberfläche mit einem diffusionsfördernden Zusatz versehen wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Mantel bildender Körper mit einem einen diffu-

• sionsfordernden Zusatz als Zwischenschicht tragenden, den Kern bildenden Körper ähnlicher oder gleicher Zusammensetzung zu einem Ganzen zusammengefügt wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der diffusionsfördernde Zusatz als Oberflächenschicht durch elektrolytische Abscheidung auf dem Kern aufgebracht wird und eine Dicke von 1 ju bis 250 η aufweist.

21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein einen Mantel bildender Körper mit einem den diffusionsfördernden Zusatz enthaltenden, den Kern bildenden und eine Dicke von 0,1 bis 5 mm aufweisenden Körper direkt zu einem Ganzen zusammengefügt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Mantel bildender Körper mit niedrigerem Gehalt an Aktivierungssubstanz mit einem weiteren, den Kern bildenden und einen diffusionsfördernden Zusatz in feinverteilter Form im Gehalt von 0,1 bis 1 % enthaltenden Körper mit höherem Gehalt an Aktivxerungssubstanz zusammengefügt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch

909845/0581

BBC Baden 55/78

gekennzeichnet, dass der diffusionsfördernde Zusatz in Form eines Platinmetalls zugegeben wird.

24·. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der diffusionsfördernde Zusatz dem Trägermetallpulver in Form von Platinmoor mit einer Partikelgrösse von 0,1 JQ bis 10 li beigemischt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass vorerst ein Rohling in Form eines Rundbarrens erzeugt wird, welcher durch Rundhämmern auf einen Durchmesser von 30 bis 3 mm herunter warmverformt wird, worauf der auf diese Weise hergestellte Körper in den darauffolgenden Verfahrensschritten durch abwechselnde Warmzieh- und Zwxschenglühoperationen weiter verformt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass vorerst ein Rohling in Form eines Walzbarrens erzeugt wird, welcher durch Warmpressen auf eine Dicke von 5 0 bis lmm herunter warmverformt wird, worauf der auf diese Weise hergestellte Körper in den darauffolgenden Verfahrensschritten durch abwechselnde Warmwalz- und Zwischenglühoperationen weiter verformt wird.

909845/0588