DE2832027B2 - Kathode für Elektronenemission - Google Patents
Kathode für ElektronenemissionInfo
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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 (10)
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.
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