DE2832027B2

DE2832027B2 - Kathode für Elektronenemission

Info

Publication number: DE2832027B2
Application number: DE19782832027
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr. Brünger; Prof. Dr.-Ing.habil. Möllenstedt 7400 Tübingen Gottfried
Original assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden De GmbH
Current assignee: Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden De GmbH
Priority date: 1977-09-02
Filing date: 1978-07-21
Publication date: 1981-07-09
Also published as: DE7821817U1; GB2003655B; DE2832027C3; FR2402297B1; CH617793A5; DE2832027A1; NL7808183A; FR2402297A1; GB2003655A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kathode für Elektronenemission mit einem heizbaren Träger aus einem hochtemperaturfesten Werkstoff und mit einem stabförmigen Emitterkörper aus Lathanhexaborid (LaB₆). LaB₆-Emitter haben bekanntlich den Vorteil einer hohen Emissionsstromdichte bei verhältnismäßig niedrigen Betriebstemperaturen. Insbesondere ermöglichen thermionische Emitter aus LaB₆-Einkristallen sehr hohe Emissionsstromdichten bis zu 100 Ampere pro cm². Die Schwierigkeit besteht aber darin, den Emitter zu haltern.

Aus DE-OS 25 53 047 ist bekannt, spitzenförmige Emitter aus LaB₆ direkt an einen Heizdraht z. B. aus Rhenium oder Tantal anzuschweißen. Die Lebensdauer solcher Kathoden ist jedoch begrenzt wegen der Reaktion zwischen dem Heizdrahtmetall und dem sehr reaktionsfreudigen LaB₆. Gemäß GB-PS 12 10007 könnte zwar der Emitter an einen Hilfskörper aus polykristallinem LaB₆ angeschweißt und erst dieser mit den Heizdrahtzuführungen verbunden werden, doch tritt das Korrosionsproblem dann eben an den betreffenden Verbindungsstellen auf. Um die Reaktion zu unterbinden, wurde (in US-PS 35 32 923) vorgeschlagen, eine Kathodenspitze aus LaB₀ zwischen zwei Backen aus pyrolytischem Graphit, die durch direkten •Stromdurchgang erhitzt werden, einzuspannen. Diese ; Lösung ergibt bei der erforderlichen Betriebstemperatur Schwierigkeiten wegen der thermischen Ausdehnung der verschiedenen Teile der Halterung. Es ist eine in vielen elektronenoptischen Geräten unzulässig hohe Drift der Kathode zu befürchten.

in Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine neue Konstruktion für eine LaB₆-Kathode anzugeben, die sowohl eine wesentlich verbesserte mechanische Stabilität aufweist als auch eine größere Lebensdauer besitzt.

ii Diese erfindungsgemäße Kathode für Elektronenemission mit einem heizbaren Träger aus einem hochtemperaturfesten Werkstoff und mit einem stabförmigem Emitterkörper aus Lathanhexaborid, ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung des

Ti) Emitterkörpers 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

2"> LaB₆ unabhängige Halterung und Wärmeübertragung erzielt, und zwar selbst dann, wenn der Emitterstab mit dem Metall des Heizdrahtes in direkter Verbindung 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

si 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

4" eine hinreichende Wärmeübertragung und mechanische Stabilität zu gewährleisten. Der Emitterkörper kann verschiedene Formen aufweisen, ζ. Β. Stab- oder Blockform besitzen oder als Konus mit emittierender Spitze ausgebildet sein. Unter Emitterkörper werden im Rahmen dieser Beschreibung jedoch keine bloßen Überzüge oder Beläge aus LaB₆ auf einem Heizdraht verstanden.

Bei stabförmigen Emitterkörpern ist es zweckmäßig, wenn der Hilfskörper den Emitterstab auf einem Teil

V) seiner Länge umfaßt, bzw., wenn der Stab mit einem Ende in den Hilfskörper eingebettet wird.

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

Die Beispiele der Fig. 1,2 und 3 zeigen LaB6-Glühka-

">5 thoden, 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 LaBe reagiert, z. B. hat sich Tantalkarbid als besonders geeignet erv/iesen.

Der Emitter kann aus einem Einkristall oder auch aus polykristallinem LaB₆ bestehen. Eine vollständige Umfassung eines Teiles des Emitterkörpers durch den Hillskörper ist nicht notwendig. Wichtig ist aber, daß der Hilfskörper den Emitterkörper mit einer hinrei-

chend großen Fläche berührt Dies gilt besonders für Hilfskörper aus solchen Materialien, die unter der Einwirkung des Betriebsvakuum in Elektronenstrahlgeräten zur Zersetzung, z. B. Dekarburierung neigen. Es hat sich gezeigt, daß nicht nur die dem Vakuum unmittelbar ausgesetzte Außenseite des Hilfskörpers 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 LaBe und einem metallischen Heizdraht, die auf einer 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 sich nicht vakuumstabil sind. Trotzdem wird dank der besonderen erfindunggsgemäßen 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 Aus-. gangsmaterial 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

κ» feste Verbindung der genannten Teile untereinander bewerkstelligt werden.

Die F i g. 4 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Kathode auf einem Halter 4. Sie ist mittels der Schenkel 7 des Heizdrahtes in die Klemmen 6

Γι 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

mi Elektronenstrahlgeräten vielfach verwendeten Wolframkathoden ausgetauscht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kathode für Elektronenemission mit einem heizbaren Träger aus einem hochtemperaturfesten Werkstoff und mit einem stabförmigen Emitterkörper aus Lanthanhexaborid, dadurch gekennzeichnet, daß zur Halterung des Emitterkörpers ein sowohl den Träger (3) als auch den Emitterkörper (1) flächenhaft berührender Hilfskörper (2) aus einem dritten Werkstoff vorgesehen ist.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskörper (2) aus einem Sinterwirkstoff aus der Klasse der Karbide, Nitride und Boride besteht

3. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche zwischen dem Hilfskörper (2) und dem Träger (3) mindestens V₆ der Oberfläche des Emitterkörpers (1) beträgt.

4. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungsfläche zwischen dem Hilfskörper (2) und dem Emitterkörper (1) mindestens V₆ der Oberfläche des Emitterkörpers (1) beträgt.

5. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskörper den Emitterstab auf einem Teil seiner Länge umfaßt.

6. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stabförmige Emitterkörper (1) mit seinem Ende in den Hilfskörper (2) eingebettet ist.

7. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterkörper ein LaB₆-Einkristall ist.

8. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterkörper aus polykristallinem LaB₆ besteht.

9. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskörper (2) aus gesintertem Tantalkarbid besteht.

10. Kathoden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Hilfskörper (2) und dem Emitterkörper (1) eine Lage aus gesintertem LaB₆ angebracht ist.