DE3008518A1

DE3008518A1 - Kathode fuer eine elektrische entladungslampe und lampe damit

Info

Publication number: DE3008518A1
Application number: DE19803008518
Authority: DE
Inventors: Chong Ik Cho; Dimitri Mandamadiotis Speros; Edward Charles Zukowski
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-03-08
Filing date: 1980-03-06
Publication date: 1980-09-11
Also published as: JPS55121260A; JPH0146989B2; DE3050460C2; US4275330A; DE3008518C2

Description

Beschreibung

Die Verwendung von Bariumaluminat als Elektronen emittierendes Material in elektrischen Entladungslampen ist in den US-PS 2 871 196 und 2 957 231 beschrieben. Dieses Material kann nach den genannten US-PS in den Poren eines gesinterten hochschmelzenden Metalles dispergiert werden, wie einem gesinterten Wolframpellet, indem man dieses Pellet damit imprägniert und es anschließend als Elektrode in einer elektrischen Entladungslampe einsetzt, die als fotografisches Blitzrohr benutzt wird. Die Durchbruchs- oder Zündspannung des aus Bariumaluminat bestehenden Elektronen emittierenden Materials soll in Abhängigkeit von der jeweiligen Lampenkonstruktion 250 Volt übersteigen. Unter Verwendung des genannten Elektronen emittierenden Materials soll auch ein Betrieb bei höherer Spannung möglich sein.

Die Verwendung von Bariumwolframat-Verbindungen als Emissionsmaterial mit ähnlichen Betriebsspannungseigenschaften in Natriumdampf-Entladungslampen ist in der US-PS 3 708 710 beschrieben. Die dort beschriebenen Lampen weisen eine Füllung aus Natrium zusammen mit einem Edelgas, wie Xenon auf, um das Zünden zu erleichtern sowie zusätzlich Quecksilber für eine verbesserte Wirksamkeit. Das in dieser PS offenbarte besondere Elektronen emittierende Material soll ein guter Emitter sein und gleichzeitig beständiger gegenüber Verdampfung bei Ionenbeschuß in dieser Art Lampe als vorher verfügbare Emissionsmaterialien.

Während beide vorgenannten Eraissionsmaterialien, nämlich Bariumaluminat und Bariumwolframat eine langdauernde Betriebsstabilität während der Lebensdauer der Lampe haben, wäre es verständlichermaßen vom Standpunkt der Energiewirksamkeit und der Kosten vorteilhaft, wenn man die Lampen bei geringeren Spannungen betreiben könnte. Eine geringere Durchbruchs- und Betriebsspannung für die Elektronen emittierenden Materialien

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einer elektrischen Entladungslampe wäre daher eine erwünschte Verbesserung, insbesondere wenn diese geringere Spannung möglich wäre, ohne daß andere erwünschte Charakteristiken während des Lampenbetriebes geopfert werden müßten.

In der vorliegenden Erfindung ist nun überraschenderweise ein neues Mittel zum Emittieren von Elektronen für eine elektrische Entladungslampe der oben beschriebenen allgemeinen Art gefunden worden, das in stabiler Weise während der gesamten Lebensdauer der Lampe eine geringe Durchbruchs- und Betriebsspannung'ermöglicht. Dieses neue Mittel zum Emittieren von Elektronen umfaßt spezifisch einen porösen gesinterten Körper aus hochschmelzendem Metall, bei dem ein Elektronen emittierendes Material, das Cs„MO. enthält, in den Poren dispergiert ist, wobei M ein hochschmelzendes Metall ist.

Der in der vorliegenden Anmeldung benutzte Begriff "hochschmelzendes Metall" bedeutet ein schweres metallisches Übergangselement der Gruppen IV, V und VI des Periodensystems der Elemente, wie Zirkonium, Wolfram, Tantal und Molybän und schließt auch die Legierungen solcher Elemente ein, von denen bereits bekannt ist, daß sie in einer elektrischen Entladungslampe eine geeignete Elektronenemission aufweist.

Obwohl der genaue Mechanismus für eine solche stabile Verminderung der Durchbruchs- und Betriebsspannungscharakteristiken des erfindungsgemäßen Mittels zum Emittieren von Elektronen derzeit nicht bekannt ist, wird doch angenommen, daß es der chemischen Reaktion des obigen Elektronen emittierenden Materials mit dem schweren metallischen Übergangselement des Elektrodenkörpers unter Bildung eines Produktes mit einer geringeren Austrittsarbeit zuzuschreiben ist. So wird z. B. angenommen, daß das Einbringen von Cs₂MoO₄ in die Poren eines gesinterten Körpers aus Molybdän während des Lampenbetriebes die folgende chemische Reaktion ablaufen läßt:

2 Cs₂MoO₄ + 1/2 Mo-^Cs₂Mo₂O₇ + 2 Cs + 1/2 MoO₂

Das Produkt der vorgenannten chemischen Umsetzung ist eine Kombination von MoO » mit dem Cäsiumion, die eine geringe Austritts-

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arbeit aufweist, wobei die während des Lampenbetriebes kontinuierlich ablaufende chemische umsetzung für den Ersatz etwa verdampften Cäsiums aus der Kombination geringer Austrittsarbeit sorgt.

In ihren bevorzugten Ausführungsformen umfaßt das erfindungsgemäße Mittel zum Emittieren von Elektronen einen porösen gesinterten Körper aus hochschmelzendem Metall mit einem ersten Elektronen emittierenden Material, das Bariumionen enthält und in den Poren des Sinterkörpers dispergiert ist zusammen mit einem zweiten Elektronen emittierenden Material aus dem oben genannten Interoxid Cs„MoO.. Das Bariumionen enthaltende emittierende Material kann ausgewählt sein aus Bariumaluminat und Bariumwolframat, die bereits früher in elektrischen Entladungslampen benutzt wurden und die Kombination mit einem cäsiumhaltigen Interoxid der vorgenannten Formel durch übliches Dotieren führt zu einer Kathode für blitzrohrartige Entladungslampen, die mit einer außerordentlich viel geringeren Spannung und mit einer höheren Lichtabgabe betrieben werden können, wie im folgenden noch mehr erläutert werden wird.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert^, in deren einziger Figur eine blitzrohrartige Lampe im Querschnitt gezeigt ist, die eine Kathode gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.

Die in der Figur im Querschnitt gezeigte blitzrohrartige Lampenkonstruktion 10 weist einen transparenten Kolben 12 auf, der ein Paar im Abstand voneinander angeordneter Entladungselektroden 14 und 16 enthält, die in üblicher Weise in den Kolben hermetisch dicht eingeschmolzen sind, wobei der Kolben weiter eine nicht-gezeigte ionisierbare Atmosphäre enthält. Bei dem dargestellten Kolben 12 handelt sich um ein Glasrohr, in dessen Enden die Elektroden eingeschmolzen sind. Die ionisierende Atmosphäre für die Lampe kann durch Xeno: oder ein anderes ionisierbares Gas gebildet werden. Die Elektroden 14 und 16 bilden Anode und Kathode der Lampe und sie können die Form gepreßter

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gesinterter Pellets aus Tantal oder irgendeinem anderen geeigneten hochschmelzenden Metall, wie Wolfram haben, die jeweils an Zuleitungsdrähte 18 bzw. 20 befestigt sind, um diese Zuleitungsdrähte an den Enden 22 bzw. 24 des Lampenkolbens in üblicher Weise hermetisch dicht einzuschmelzen. Üblicherweise haben solche Lampen auch noch eine Zündelektrode (die nicht gezeigt ist) in Form eines transparenten leitenden Überzuges auf der äußeren Oberfläche des Glasrohres, der elektrisch mit einer Quelle hochfrequenten hochgespannten Stromes (auch nicht dargestellt) in üblicher Weise verbunden ist.

Ein spezifisches Beispiel für eine erfindungsgemäße Kathode erhält man durch Vermischen von 95 Teilen feinzerteiltem Tantalpulver mit 5 Teilen pulverförmigen Emissionsmaterial Ba₂CaWO,-für etwa 1 Stunde in einem Glasgefäß. Man gibt einen Teil eines geeigneten organischen Schmiermittels zu der Mischung hinzu, um das Elektrodenpellet in üblicher Weise mechanisch zu pressen.. Das gepreßte Elektrodenpellet wird dann auf etwa 600 C erhitzt, um das organische Schmiermittel zu verdampfen und danach erhitzt man das Pellet im Vakuum auf etwa 155O°C, um eine geeignet poröse Struktur zu erhalten, die man mit einem Emissionsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung (Cs„Mo0.) imprägnieren kann.

Das genannte Emissionsmaterial erhält man als flüssige Suspension von 5 Teilen des Emissionsmaterials in 90 Teilen Äthanol und 5 Teilen, destilliertem Wasser. Die Elektrodenpellets werden in diese Suspension eingetaucht und die getränkten Pellets danach in einem Vakuumexsiccator angeordnet, bis alle Flüssigkeit verdampft ist. Danach trocknet man die dotierten Elektrodenpellets bei etwa 120C unter einer Stickstoffatmosphäre, um die Elektroden der oben beschriebenen Lampe zu erhalten.

Es wurden Testlampen mit der oben beschriebenen Konfiguration hergestellt, um die Leistungsfähigkeit der Lampe mit Elektroden zu testen, die nur Ba_nCaWO^ als Emissionsmaterial enthielten, verglichen mit Elektroden, die außer dem genannten Emissionsmaterial weiter mit Cs~MoO. dotiert worden waren. Eine Reihe

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von Lampen wies einen Glasrohrkolben mit einem Innendurchmesser von 5 mm und einem Außendurchmesser von 7 mm auf, sowie einen Abstand zwischen den beiden Elektroden von 37 ρ ·■ und einen Gasdruck von 125 Torr Xenon. Eine andere kleinere Reihe von Lampen, die auch getestet wurde, wies einen Glasrohrkolben mit einem Innendurchmesser von 2,5 mm, einem Außendurchmesser von 3,8 mm, einem Abstand zwischen den Elektroden von 20 mm und einem Füllgasdruck von 520 Torr Xenon auf.

Während die größeren Lampen eine Durchbruchsspannung von 275 Volt bei einem Triggerspannungsimpuls von 4,5 KV und eine Durchbruchsspannung von 200 Volt bei einem Triggerspannungsimpuls von 9,0 KV für die Lampen aufwiesen, die nur- das bariumhaltige Emissionsmaterial enthielten, wurde die Durchbruchsspannung für die Lampen, deren Elektroden außerdem mit Cs₇MoO₄ dotiert worden waren, bei den gleichen Triggerspannungsimpulsen auf 85 bzw. 68 Volt vermindert.

Die Testergebnisse mit den kleineren Lampen, bei denen ein Triggerspannungsimpuls von 3,3 KV benutzt wurde, waren eine durchschnittliche Durchbruchsspannung von 207 Volt für die Lampen, deren Elektroden nur das bariumhaltige Emissionsmaterial aufwiesen, während die Lampen mit den gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Elektroden eine geringere Durchschnittsdurchbruchsspannung von 176 Volt aufwiesen.

Diesen Testergebnissen läßt sich also eine beträchtliche Verminderung der Durchbruchsspannung entnehmen, wenn die vorliegende Erfindung zur Anwendung gelangt.

In einer anderen Reihe von Leistungstests wurden die oben genannten kleineren Lampen hinsichtlich der Lichtabgabe und der Durchbruchsspannung während einer längeren Zeit von bis zu 1500 Blitzen untersucht. Diese Lampen wurden mit einer Blitzgeschwindigkeit von 6 Blitzen pro Minute betrieben und dies unter Bedingungen bei denen etwa 11,5 Joule Energiebelastung an die Lampen gelegt wurde.

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Die Lampen mit den erfindungsgemäßen Elektroden wiesen für die ersten 1000 Blitze alle eine geringere Durchbruchsspannung auf, waren jedoch hinsichtlich dieser Durchbruchsspannung bei 1500 Blitzen nicht immer hervorragend. Andererseits erwiesen sich einige der HCPS-Lichtabgabewerte, die während dieser weiteren Tests bei den ersten 250 Blitzen für die Lampen / deren Elektroden nur mit dem bariumhaltigen Material versehen waren, als hervorragend, während die mit den erfindungsgemäßen Elektroden versehenen Lampen HCPS-Lichtabgabewerte für die aanzen 1500 Blitze ergaben, die besser waren. Dies zeigt die allgemeine Verbesserung aufgrund der vorliegenden Erfindung, /erhalten wurden

NiCiit nur die vorbeschriebene Blitzrohrkonstruktion sondern auch andere Lampenkonfigurationen können die erfindungsgemäße Kathode vorteilhaft einsetzen. Auch können gegenüber dem vorbeschriebenen Beispiel Änderungen in der Zusammensetzung des Elektronen emittierenden Materials als auch in der des Sinterkörpers vorgenommen werden, ohne daß dabei die gewünschte Verminderung der Betriebsspannung der Entladungslampe bzw. die bessere Lichtabgabe verloren gehen.

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Claims

Ansprüche

/1 . Kathode, gekennzeichnet durch einen porösen Sinterkörper aus einem hochschmelzenden Metall mit einem Elektronen emittierenden Material, das Cs₃MO₄ enthält und in den Poren des Sinterkörpers disperaiert ist, wobei M ein hochschmelzendes Metall ist.
2. Kathode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , daß das hochschmelzende Metall des porösen Sinterkörpers Wolfram ist.
3. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet , daß M Tantal ist.

g e -
4. Kathode nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet , daß sie zusätzlich ein erstes Elektronen emittierendes Material aufweist, das Bariumionen enthält, und das in den ^oren des Sinterkörpers disnerqiert ist.

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5. Kathode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Elektronen emittierende Material ausgewählt ist aus Bariumaluminat und Bariumwolframat.
6. Elektrische Entladungslampe mit einem transparenten Kolben, der ein Paar im Abstand voneinander angeordneter Entladungselektroden enthält, die hermetisch in den Kolben eingelassen sind sowie eine ionisierbare Atmosphäre in dem Kolben, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Elektroden die Kathode nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5 ist.
7. Lampe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der transparente Kolben ein Glasrohr ist und die Elektroden an jedem Ende des Glasrohres eingeschmolzen sind.
8. Lampe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beide Elektroden gleich ausgebildet sind.
9. Fotografisches Blitzrohr, dadurch gekennzeichnet , daß es die Konfiguration der Lampe nach den Ansprüchen 6-8 aufweist und die ionisierbare Atmosphäre aus Xenon besteht.

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