DE3008518C2 - Elektrode für eine Entladungslampe - Google Patents
Elektrode für eine EntladungslampeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Entladungslampe, die aus einem porösen Sinterkörper
aus einem hochschmelzenden Metall und einem in den Poren des Sinterkörpers dispergierten Elektronen
emittierenden Material besteht.
Eine solche Elektrode ist als Kaltkathode für Elektronenblitzröhreri in dem DE-Gbm 18 20 400
beschrieben. Die ■*. bekannte Kaltkathode besteht aus
einem aus Wolfram gefertigten Elektrodenstift und einem daran befestigten porösen Sinterkörper aus
Nickel, der die Form eines 2yl>iders hat und in dessen
Poren als Elektronen emittierendes Material vorzugsweise Caesiumoxid enthalten ist
Die Verwendung von Bariumaluminat als Elektroden emittierendes Material in elektrischen Entladungslampen
ist in den US-PS 28 71196 und 29 57 231 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 bus Bariumaluminat bestehenden Elektronen emittierenden Materials soll in Abhängigkeit
von der jeweiligen Lampenkonstruklion 250 Volt übersteigen. Unter Verwendung des genannten Elektn ·
nen 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 37 08 710 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 Lichtausbeute, Das in
dieser PS offenbarte besondere Elektronen emittieren^ de Material soll ein güter Emitter Sein und gleichzeitig
beständiger gegenüber Verdampfung bei ionenbeschuß in dieser Art Lampe als vorher Verfügbare Emissions^
materialien-
Während beide vorgenannten Emissiorismaterialieri,
nämlidh Bariumluminat Und Bariumwolframat eine langdauernde Beiriebsstabilität während der Lebensdauer
der Lampe haben, wäre es verständlichermaßen vom Standpunkt des Energiewirkungsgrades und der
Kosten vorteilhaft, wenn man die Lampen bei geringeren Spannungen betreiben könnte. Eine geringere
Durchbruchs- und Betriebsspannung für die Elektroden emittierenden Materialien einer elektrischen
Entladungslampe wäre daher eine erwünschte Verbesserang, insbesondere wenn diese geringere Spannung
möglich wäre, ohne daß andere erwünschte Charakteristiken während des Lampenbetriebes geopfert werden
müßten.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine neue Elektrode für eine Entladungslampe
zu schaffen, die in stabiler Weise während der gesamten Lebensdauer der Lampe eine geringe
Durchbruchs- und Betriebsspannung ermöglicht Diese Aufgabe wird bei einer Elektrode der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß das Elektronen
,ο emittierende Material CS2MO4 enthält, wobei M ein
hochschmelzendes Metall ist
Der in der vorliegenden A.nmeldung benutzte Begriff
»hochschmelzendes Metall« bedeutet ein schweres metallisches Übergangselement der Gruppen, IV, V und
VI des Periodensystems der Elemente, wie Zirkonium, Wolfram, Tantal und Molybdän und schließt auch die
Legierungen solcher Elemente ein, vor denen bereits bekannt ist, daß sit in einer Entladungslampe eine
geeignete Elektronenemission aufweisen.
Obwohl der genaue Mechanismus für eine solche stabile Verminderung der Durchbruchs- und Betriebsspannungscharakteristiken
durch die erfindungsgemäße Elektrode derzeit nicht bekannt ist, wird doch angenommen, daß sie 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 eines gesinterten Körpers: aus l^olybdän während
des Lampenbetriebes die folgende chemische Reaktion ablaufen läßt:
2 Cs2MoO4 + '/2 Mo - Cs2Mo2O7 + 2 Cs + 1Zi MoO2
Das Produkt der vorgenannten chemischen Umsetzung ist eine Kombination von MoO2 mit dem
Cäsiumion, die eine geringe Austrittsarbeit aufweist, wobei die während des Lampenbetriebes kontinuierlich
ablaufende chemische Umsetzung für den Ersatz etwa verdampften Cäsiums aus der Kombination geringer
Austrittsarbeit sorgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Elektrode in dem porösen Sinterkörper
aus hochschmelzendem Metall zusammen mit dem obengenannten CS2MOO4 ein weiteres Elektronen
emittierendes Material auf, das Bariumionen enthält. Das Bariumionen enthaltende emittierende Material
kann ausgewählt sein aus Bariumaluminat und Bariumwolframat, die bereits früher in Entladungslampen
benutzt wuiden, und die Kombination mit einem cäsiumhaltigen Oxid der vorgenannten Formel durch
übliches polieren ergibt eine Kathode für blitzrohrartige Entladungslampen, die mit eirier sehr viel geringeren
Spannung und mit einer höheren Lichtabgabe betrieben werden können, wie noch ausführlicher erläutert
werden wird,
Im folgenden wird die Erfindung Unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, in deren einzige Figur
eine blitzrohrartige Lampe im Querschnitt gezeigt ist,
die eine derartige Elektrode als Kathode aufweist.
Die in der Figur im Querschnitt gezeigte blitzrohrartige Lampenkonstruktion 10 weist einen transparenten
Kolben 12 auf, der ein Paar im Abstand voneinander angeordneter Entladungselekfoden 14 und 16 enthält,
die in üblicher Weise in den Kolben hermetisch dicht eingeschmolzen sind, wobei der Kolben weiter eine
nicht-gezeigte jnnisierbare Atmosphäre enthält Bei
dem dargestellten Kolben 12 handelt sich um ein Glassrohr, in dessen Enden die Elektroden eingeschmolzen
sind. Die ionisierende Atmosphäre für die Lampe kann durch Xenon oder ein anderes ionisierbares Gas
gebildet werden. Die Elektroden 14 und 16 bilden Anode und Kathode der Lampe und sie können die
Form gepreßter gesinterter Pellets aus Tantal oder irgendeinem anderen geeigneten hochschmelzenden
Metall, wie Wolfram, haben, die jeweils an Zuleitungsdrähten 18 bzw. 20 befestigt sind, die ihrerseits an den
Enden 22 bzw. 24 des Lampenkolbens 12 in üblicher Weise hermetisch dicht eingeschmolzen sind. Üblicherweise
haben solche Lampen auch noch eine Zündelektrode (die nicht gezeigt ist) in Form eines transparenten
leitenden Oberzuges auf der äußeren Oberfläche des Glasrohres, der elektrisch mit einer Quelle hochfrequenten
Hochspannung (auch nicht dargestellt) in üblicher Weise verbunden ist.
Es wurden Testlampen mit der oben beschriebenen Konfiguration hergestellt, um die Leistungsfähigkeit der
Lampe mit Elektroden zu testen, die nur Ba2CaWOi als
Emissionsmaterial enthielten, verglichen mit Elektroden, die außer dem genannten Emissionsmaterial weiter
mit CS2MOO4 dotiert worden waren. Eine Reihe von
Lampen wies einen Glasrohrkolben mit einem Innendurchmesser von 5 mm und einem Außendurchmesser
von 7 mm sowie einen Abstand zwischen den beiden Elektroden von 37 mm und einen Gasdruck von
16 ^00 Pa Xenon auf. Eine andere kleinere Reihe von Lampen, die auch getestet wurde, wies einen Glasrohrkolben
mit ein^m Innendurchmesser von 2,5 mm, einem Außendurchmesser von 3,8 mm. einem Abstand zwischen
den Elektroden von 20 mm und einem Fiillgasdruck von 70 000 Pa Xenon auf.
Während die größeren Lampen eine Durchbruchsspannung von 275 Volt bei einem Triggerspannungsim·
puls 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 CS2MOO4 dotiert worden waren, bei den gleichen
Triggerspannungsimpulsen auf 85 bzw. 68 Volt verminden.
Die Testergebnisse mit den kleineren Lampen, bei denen ein Triggerspannungsimpuls von 33 KV benutzt
wurde, waren eine durchschnittliche Durchbruchsspannung von 207 Volt für die Lampen, deren Elektroden
nur das bariumhaltige Emissionsmaterial enthielten, während die Lampen mit den CS2MOO4 enthaltenden
Elektroden eine geringere Durchschriitsdurchbruchsspannung
von 176 Volt aufwiesen.
Diesen Testergebnissen läßt sich also eine beträchtliehe
Verminderung der Durchbruchss-:.nnung entnehmen, wenn die vorliegende Erfindung zur Anwendung
gelangt.
In einer anderen Reihe von Leistungstests wurden die oben genannten kleineren Lampen hinsichtlich der
Lichtabgpbe 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 Energiebela-
stung an die Lampen gelegt wurde.
Die Lampen mit 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 Lichtabgabewerte, die während dieser weiteren
Tests bei den ersten 250 Blitzen für die Lampen erhalten wurden, deren Elektroden nur mit dem bariumhaliigen
Material versehen waren, als hervorragend, während
«ο die mit den erfindungsgemäßen Elektroden versehenen
Lami 2n Lichtabgabewerte für die ganzen 1500 Blitze
ergaben, die besser waren. Dies zeigt die allgemeine Verbesserung aufgrund der vorliegenden Erfindung.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Elektrode für eine Entladungslampe, die aus einem porösen Sinterkörper aus einem hochschmelzenden
Metall und einem in den Poren des Sinterkörpers dispergieren Elektronen emittierenden
Material besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß das Elektronen emittierende Material Cs3MO4 enthält, wobei M ein hochschmelzendes
Metall ist.
Z Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß M Tantal ist
3. Elektrode nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein weiteres Elektronen
emittierendes Material aufweist, das Bariumionen
enthält.
4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das weitere Elektronen emittierende
Material ausgewählt ist aus Bariumluminat und Bariumwolframat
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