DE2832027A1

DE2832027A1 - Kathode fuer elektronenmission

Info

Publication number: DE2832027A1
Application number: DE19782832027
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Bruenger; Gottfried Prof Dr Moellenstedt
Original assignee: Balzers AG
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1977-09-02
Filing date: 1978-07-21
Publication date: 1979-03-15
Also published as: DE7821817U1; DE2832027B2; GB2003655B; DE2832027C3; FR2402297B1; CH617793A5; NL7808183A; FR2402297A1; GB2003655A

Description

BALZERS HOCHVAKUUM GMBH, Siemensstrasse 11, D-6200 WIESBADEN-NORDENSTADT

KATHODE F UE R ELEKTRONENEMISSION

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kathode für Elektronenemission mit einem stabförmigen Elektronenemitter aus Lanthanhexaborid (LaB/). LaB^-Emitter haben bekanntlich den Vorteil einer hohen Emissionsstromdichte bei verhältnismässig niedrigen Betriebstemperaturen. Insbesondere ermöglichen thermionische Emitter

aus LaB^-Einkristallen sehr hohe Emissionsstromdichten bis ζμ 100 ο

Ampere pro cm2. Die Schwierigkeit besteht aber darin, den Emitter zu haltern.

Es ist bekannt,stäbchenförmige Emitter aus LaBg direkt an einen Heizdraht z.B. aus Tantal anzuschweissen. Die Lebensdauer solcher Kathoden ist jedoch begrenzt wegen der Reaktion zwischen dem Heiz

909811/0666

- gr ■■

drahtmetall und dem sehr reaktionsfreudigen LaB,-. Um diese Reaktion zu unterbinden, wurde schon vorgeschlagen, eine Kathodenspitze aus LaB/- zwischen zwei Backen aus Graphit, die durch direkten Stromdurchgang erhitzt werden, einzuspannen. Doch auch diese Lösung bringt bei der erforderlichen Betriebstemperatur Schwierigkeiten mit sich; wegen der thermischen Ausdehnung der verschiedenen Teile der Halterung ist eine in vielen elektronenoptischen Geräten unzulässig hohe Drift der Kathode zu befürchten.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine neue Konstruktion für eine LaB^-Kathode anzugeben, die sowohl eine wesentlich verbesserte mechanische Stabilität aufweist als auch eine grössere Lebensdauer besitzt.

Diese erfindungsgemässe Kathode für Elektronenemission mit einem ν heizbaren Träger aus einem hochtemperaturfesten Werkstoff und mit einem Emitterkörper aus Lanthanhexaborid, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein sowohl den Träger als auch den Emitterkörper flächenhaft berührender Hilfskörper aus einem dritten Werkstoff vorgesehen ist.

Durch den Hilfskörper wird eine einwandfreie, von etwaigen Reaktionen zwischen dem Heizdraht und dem LaBg unabhängige Halterung und Wärmeübertragung erzielt und zwar selbst dann, wenn der Emitterstab mit dem Metall des Heizdrahtes in direkter Verbindung

909811/0666

steht, in letzterem Falle kann zwar die genannte Verbindungsstelle korrodieren, dennoch bleibt über den Hilfskörper eine betriebssichere, wärmeübertragende Verbindung zwischen dem Heizdraht und dem Emitter erhalten.

Als Werkstoff für den Hilfskörper eignen sich besonders die Sinterwerkstoffe aus der Klasse der Karbide, Nitride und Boride. Es empfiehlt sich, die Berührungsfläche zwischen dem Hilfskörper und dem Träger einerseits und zwischen dem Hilfskörper und dem Emitterkörper andererseits mindestens gleich V6 der Oberfläche des Emitterkörpers zu bemessen, um eine hinreichende Wärmeübertragung und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Der Emitterkörper kann verschiedene Formen aufweisen, z.B. Stab- oder Blockform besitzen oder als Konus mit emittierender Spitze ausgebildet sein. Unter Emitterkörper werden im Rahmen dieser Beschreibung jedoch keine blossen Ueberzüge oder Beläge aus LaB,- auf einem Heiz-?, draht, (was auch schon vorgeschlagen worden ist,) verstanden.

Bei stabförmigen Emitterkörpern ist es zweckmässig, wenn der Hilfskörper den Emitterstab auf einem Teil seiner Länge umfasst, bzw., wenn der Stab mit einem Ende in den Hilfskörper eingebettet wird.

Nachfolgend wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele an Hand der anliegenden Zeichnung näher erläutert.

909811/0666

Die Beispiele der Figuren 1, 2 und 3 zeigen LaBg-Glühkathoden, bei denen ein Emitterstab 1 in den Hilfskörper 2 eingebettet ist. Die für das Erhitzen des Emitters auf die erforderliche Betriebstemperatur notwendige Wärmeübertragung vom Heizdraht 3 findet durch den Hilfskörper hindurch statt. Der Werkstoff für den Hilfskörper wird zweckmässigerweise so gewählt, dass er bei der genannten Temperatur möglichst wenig mit dem Metall des Heizdrahtes und mit LaBg reagiert, z.B. hat sich Tantalkarbid als besonders geeignet erwiesen.

Der Emitter kann aus einem Einkristall oder auch aus polykristallinem LaB^- bestehen. Eine vollständige Umfassung eines Teiles des Emitterkörpers durch den Hilfskörper ist nicht notwendig. Wichtig ist aber, dass der Hilfskörper den Emitterkörper mit einer hinreichend grossen Fläche berührt. Dies gilt besonders für Hilfskörper aus solchen Materialien, die unter der Einwirkung des Betriebs- ·· vakuum in Elektronenstrahlgeraten zur Zersetzung, z.B. Dekarburierung neigen. Es hat sich gezeigt, dass nicht nur die dem Vakuum unmittelbar ausgesetzte Aussenseite des Hilfskörper gegebenenfalls einer solchen Zersetzung unterliegt, sondern dass von aussen nach innen fortschreitend auch die Kontaktfläche zwischen dem Hilfskörper und dem Emitter. angegriffen wird. Dieser Angriff geht aber wesentlich langsamer vor sich als die obenerwähnte Korrosion der Verbindungsstelle zwischen LaB,- und einem metallischen Heizdraht, die auf einer

943981 1/0666

Reaktion zwischen "beiden beruht. Die Erfindung ermöglicht deshalb auch.die. Verwendung von solchen Werkstoffen aus der Klasse der Karbide·, Nitride und Boride für den Hilfskörper, die an sieh nicht vakuumstabil sind, trotzdem wird dank der besonderen erfindungsgemässen Konstruktion eine wesentlich verlängerte Lebensdauer der LaB,--Halterung im Vergleich zu bekannten Anordnungen erreicht.. -....-.-

Das Herstellen des Hilfskörpers und das Verbinden desselben mit dem Träger einerseits und dem Emitterkörper andererseits geschieht am,einfachsten dadurch, dass das entsprechende pulverförmige Ausgangsmaterial z.B. Tantalkarbidpulver mit Wasser oder Alkohol zu einem Brei angerührt wird, mit dem dann der Emitterkörper, so wie die Zeichnungen zeigen, an den Träger gekittet wird. Sodann kann durch Erhitzen die Sinterung des Hilfskörpers und damit eine mechanisch feste Verbindung der genannten Teile untereinander bewerkstelligt werden.

Die Figur Ά zeigt den Aufbau einer erfindungsgemässen Kathode auf einem Halter 4. Sie ist mittels der Schenkel 7 des Heizdrahtes in die Klemmen 6 einspannbar, die ihrerseits mit Steckerstiften 5 elektrisch leitend verbunden sind. Bei entsprechender Dimensionierung der Abmessungen, des Steckers sowie des elektrischen Widerstandes des Heizdrahtes kann die gezeigte Anordnung unmittelbar gegen die bisher in Elek tronens trahlgeräten vielfach verwendeten Wolframkathoden ausgetauscht werden.

909811/0666

Claims

PAT ENTANS PRUECHE

1./Kathode für Elektronenemission mit einem heizbaren Träger aus einem hochtemperaturfesten Werkstoff und mit einem Emitterkörper aus Lanthanhexaborid, dadurch gekennzeichn et, dass ein sowohl den Träger als auch den Emitterkörper flächenhaft berührender Hilfskörper aus einem dritten Werkstoff vorgesehen ist.

2. Kathode gemä'ss Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t, dass der Hilfskörper aus einem Sinterwerkstoff aus der Klasse der Karbide, Nitride und Boride besteht.

3. Kathode gemäss Anspruch 1,dadurch gekennzeichn e t, dass die Berührungsfläche zwischen dem Hilfskörper und dem Träger mindestens 1/6 der Oberfläche des Emitterkörpers beträgt.

4. Kathode gemäss Anspruch "!,dadurch gekennzeichn e t, dass die Berührungsfläche zwischen dem Hilfskörper und dem Emitterkörper mindestens 1/6 der Oberfläche des Emitterkörpers beträgt.

5. Kathode gemäss Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichn e t, dass der Emitter stabförmig ausgebildet ist.

6. Kathode gemäss Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfskörper den Emitterstab auf einem Teil seiner Länge umfasst.

7. Kathode gemäss Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass der stabförmige Emitter mit seinem einen Ende in den Hilfskörper eingebettet ist.

909811/0666

8. Kathode gemäss Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter ein LaB^-Einkristall ist.

9. Kathode gemäss Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass der Emitter aus polykristallinem LaB₆ besteht.

10. Kathode gemäss Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfskörper aus gesintertem Tantalkarbid besteht.

11. Kathode gemäss Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hilfskörper und dem Emitterkörper eine Lage aus gesintertem LaBg angebracht ist.

PR 7780 d

909811/0 666