DE3008518C2

DE3008518C2 - Elektrode für eine Entladungslampe

Info

Publication number: DE3008518C2
Application number: DE3008518A
Authority: DE
Inventors: Chong Ik Mentor Ohio Cho; Dimitri Mandamadiotis Mayfield Heights Ohio Speros; Edward Charles Painesville Ohio Zukowski
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1979-03-08
Filing date: 1980-03-06
Publication date: 1982-11-11
Also published as: JPS55121260A; JPH0146989B2; DE3008518A1; DE3050460C2; US4275330A

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 er^findungsgemäße 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

Patentansprüche:

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