DE3026717A1

DE3026717A1 - Nachlieferungskathode

Info

Publication number: DE3026717A1
Application number: DE19803026717
Authority: DE
Inventors: Theodorus Cornelius Jo Bertens
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-07-17
Filing date: 1980-07-15
Publication date: 1981-02-12
Also published as: NL7905542A; US4350920A; FR2462018A1; FR2462018B1; JPH0139614B2; CA1155906A; GB2056164A; GB2056164B; JPS5615526A

Description

N.V. Philips'... -7, PHN 9530

Nachlief erungskathode

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nachlieferungskathode, die ein Heizelement und einen Kathodenkörper enthält, der aus einem porösen Metallkörper besteht, in dessen Poren sich eine Barium, Bariumoxid und Scandiumoxid nachliefernde Verbindung befindet.

Derartige Kathoden werden z.B. in Bildaufnahme- und Bildwiedergaberöhren, Senderöhren, Klystrons und Wanderwellenröhren verwendet.

Eine derartige Nachlieferungskathode ist aus der US-PS 3,358,178 bekannt. In dieser US-PS ist eine gepreßte Nachlieferungskathode beschrieben, deren Kathodenkörper aus Wolfrarapulver und Ba^Sc^Og zusammengesetzt ist. Das

Ba-zSc^Og bildet 5 bis 30 Gew.^ des Gesamtgewichtes des Kathodenkörpers. Mit einer derartigen Kathode kann während einiger tausend Stunden eine Stromdichte von 1,5 bis 4 A/cm bei 1000 bis 1100⁰C erhalten werden. Bs lag jedoch ein Bedarf an Kathoden mit einer längeren Lebensdauer und einer noch besseren Emission vor.

In der US-PS 4,007,393 ist daher eine imprägnierte Nachlieferungskathode beschrieben, die als nachliefernde Verbindungen BaO, CaO, Al₀O_x und Sc₀O, enthält. Diese Kathode

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weist eine Stromdichte von 5 a/cm bei 1000 C während etwa 3000 Stunden auf.

Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, eine sehr gut reproduzierbare gepreßte Nachlieferungskathode mit einer noch größeren Stromdichte bei 1000⁰C und bei niedrigeren Temperaturen anzugeben, die außerdem eine noch längere Lebensdauer aufweist.

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Weiterhin bestand die Aufgabe der Erfindung darin, eine gepreßte Nachlieferungskathode vom gedrängten Typ mit einer geringen Wärmekapazität anzugeben, wie sie in der FR-PS 1,288,133 beschrieben ist, die mit sehr kleinen Abmessungen hergestellt werden kann und sich besonders gut zur Anwendung in Fernsehaufnahmeröhren eignet.

Diese Aufgaben werden bei einer Nachlieferungskathode der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kathodenkörper als Barium, Bariumoxid und Scandiumoxid nachliefernde Verbindung Ba₂Sc₂Oc mit gegebenenfalls darin in fester Lösung vorhandenen BaO enthält, und zwar in einer Menge, die 1 bis 15 Gew.% des Gewichtes des Kathodenkörpers bildet, wobei diese nachliefernde Verbindung aus 68 bis 72 Gew.% BaO und 32 bis 28 Gew.% Sc₂O₃ zusammengesetzt ist.

Im Aufsatz "Compounds in the system BaO-Sc₂O,", Mat. Res. Bull., Band 9, S. 1623 bis 1630, 1974 wird zwar behauptet, daß Verbindungen von BaO und Sc₂O, und Verbindungen von BaO und Y₂°3 ^{als en}*issionsaktive Stoffe in thermischen Kathoden interessant sein können, aber es ist überraschend, daß mit 1 bis 15 Gew.% reinem Ba₂Sc₂Oc oder Ba₂Sc₂Oc mit darin in fester Lösung vorhandenem BaO in einer W-Matrix Kathoden erhalten werden, die sehr gut reproduzierbar sind und die neben einer sehr großen Emissionsstromdichte (größer als 6 A/cm ) eine sehr lange Lebensdauer aufweisen. Ein zusätzlicher Vorteil ist noch der, daß weniger Scandium oxid als in der bekannten Nachlieferungskathode mit Ba,Sc^O benötigt wird und die Kathoden also preiswerter hergestellt werden können. Im genannten Aufsatz wurde dadurch, daß ein Gemisch von BaO und Sc₂O, in einer sehr großen Anzahl von Mischverhältnissen bei einer Anzahl von Temperaturen gesintert wurde und die gebildeten Verbindungen einer Röntgenanalyse unterworfen wurden, nur nachgewiesen, daß neben den bekannten Bariumscandaten Ba,Sc^0g und BaSc₂O^ auch

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die Verbindungen Ba₂Sc₂O₅ und Ba^SCgO₁₅ erwähnt werden müssen. Auch wurde anhand von Änderungen in der Kristallstruktur von Ba₂Sc₂O- nachgewiesen, daß BaO in beschränktem Maße in Ba₂Sc₂O₁- gelöst werden kann.

Wenn die nachliefernde Verbindung für eine Kathode nach der Erfindung aus einem Gemisch von BaO und Sc₂O, erhalten wird, das mehr als 68 Gew.% und weniger als 72 Gew.% BaO enthält, löst sich dieser stöchiometrische Überschuß in der Tat in dem gebildeten Ba₂Sc₂O₅. Dadurch, daß stets dieselben Mengen nachliefernder Verbindung verwendet werden, werden nahezu identische Kathoden erhalten. BaO, das sich nicht in dem Ba₂Sc₂O₅ gelöst hat, führt zu einer schlechten Reproduzierbarkeit und beeinträchtigt die Emissionseigenschäften der Kathode, weil das BaO hygroskopisch ist.

Die Nachlieferungskathoden können z.B. wie folgt erhalten werden:

68 bis 72 Gew.% BaO und 32 bis 28 Qew.% Sc₂O, werden in einem Medium, z.B. Hexan, miteinander gemischt und nach Verdampfung des Lösungsmittels etwa 16 Stunden lang bei 1000⁰C erhitzt. Das ErgebrLs ist reines Ba₂Sc₂O₅ oder Ba₂Sc₂O₅ mit darin in fester Lösung vorhandenem BaO. Dann wird 3 mg eines Pulvers dieses Stoffes mit einer Teilchengröße, die im wesentlichen zwischen 2 /um und 15 /um liegt, mit Wolframpulver auf 100 mg aufgefüllt und gemischt. Aus diesem Gemisch werden Kathodenkörper mit einem Preßdruck von 10 · 10 kg/cm gepreßt. Die Kathodenkörper werden dann in Wasserstoff gesintert. Die Emissionsoberfläche wird danach auf bekannte Weise mit Hife einer Al₂0,-Scheibe poliert. Anschließend wird der Kathodenkörper auf der oberen Fläche eines Mo-Kathodenschafts befestigt und in diesem Schaft wird ein Heizelement angeordnet.

Diese Kathode weist eine 0 V-Emission von z.B. 6,2 A/cm bei 1000 C auf, auf Molybdän gemessen. Aus einem zweiten

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Versuch ergab sich, daß eine Kathode nach der Erfindung sogar eine 0 V-Emission von 7,5 A/cm bei 100O⁰C aufwies,·^, wobei diese Emission bei 900⁰C nur auf 6,0 A/cm abnahmt Diese Emission ist erheblich besser als die Emission deaf in der US-PS 4,007,393 beschriebenen Kathode. Außerdem '■*■ ist die Lebensdauer bereits erheblich länger als 3000 nc Stunden geworden. ^ric

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der nung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Kathode nach der Erfindung, "-Ia

Fig. 2 eine Kathode vom gedrängten Typ nach der Erfindtsag, Fig. 3 eine Tabelle, in der die Kathode nach der ErfiriSlaing

mit dem Stand der Technik verglichen wird, 3ffi Fig. 4 eine graphische Darstellung, in der die Emissic©r einer bekannten Kathode mit der einer Kathode na'ch der Erfindung verglichen wird und ^r: :

Fig. 5 in Tabellen I und II die 0 V-Emission und die Ssii-ssion bei 1000 V Impulsbelastung für drei Temperaturen' von sowohl Ba-,Sc/Oq als auch Ba₂SCpO,-. ^l

In Fig. 1 ist eine Kathode nach der Erfindung dargesteQ.lt.

Der Kathodenkörper 1 ist von einem Molybdänzylinder 2ikimgeben. In diesem Zylinder ist ein Heizelement-3 angeoirsiinet, während darin weiter eine Zwischenwand 4 angebracht ist, die auch aus Molybdän besteht und dazu dient, Diffusionvon Produkten aus dem Kathodenkörper zu dem Heizelement zu verhindern. Der Kathodenkörper 1 ist auf die beschulebene Weise hergestellt und enthält reines Ba₂Sc₂Oc odereine feste Lösung von BaO in Ba₂Sc₂O₁- in einer WolfranP·'-" matrix. Auch andere Matrixmaterialien, wie z.B. Molybdän, Tantal, die Platingruppe und Gemische und/oder Legierungen

derselben, können Anwendung finden. "ör.

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In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform einer Kathode nach der Erfindung dargestellt. Der Kathodenkörper 6, der aus einer Wolframmatrix mit darin Ba₂Sc₂O₅ mit gegebenenfalls darin gelöstem BaO besteht, enthält ein mit einer aus Al₂O, bestehenden Schicht 7 überzogenes Heizelement 8 und einen Aufhängedraht 9. Diese Kathode weist einen Durchmesser von 0,9 mm und eine Dicke von 0,45 mm auf. Bei 985⁰C war die benötigte Leistung 0,39 ¥ und betrug die Anheizzeit etwa 3 Sekunden. Eine derartige Kathode eignet sich besonders gut zur Anwendung in einer Fernsehaufnähmeröhre.

Fig. 3 zeigt in der Spite I die Zusammensetzung des Kathodenkörpers in Gew.% und die Eigenschaften der Nachlieferungskathode nach der genannten US-PS 3,358,178. Die Spalte II zeigt die Zusammensetzung in Gew.% des Imprägnats und die Eigenschaften der imprägnierten Nachlieferungskathode nach der genannten US-PS 4,007,393, während die Spalte III die Zusammensetzung des Kathodenkörpers in Gew.% und die Eigenschäften der gepreßten Nachlieferungskathode nach der Erfindung darstellt. Aus dieser Tabelle geht hervor, daß nach der Erfindung eine Kathode mit einer größeren Stromdichte bei 1000⁰C und mit einer längeren Lebensdauer als die bekannten Kathoden erhalten wird. Außerdem sind die Kathoden sehr gut reproduzierbar, auch wenn sie gedrängt ausgeführt werden.

In Fig. 4 ist in graphischer Darstellung die Emissionskurve A einer Kathode nach der US-PS 4,007,393 im Vergleich zu der Emissipnskurve B einer Kathode nach der Erfindung gezeigt. Die 0 V-Emission bei 1000⁰C Br (Brightness)

ist, wie gefunden wurde, etwa 5,1 und 6,2 A/cm . Die 0 V-Emission wird bekanntlich dadurch gefunden, daß der Schnittpunkt der . Tangente mit der Emissionskurve und der Strom-■ dichtenachse (log A/cm ) bestimmt wird. Auch aus der gemessenen Emissionskurve ist die Überlegenheit der Kathoden

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nach der Erfindung ersichtlich. Die Emissionskurveη wurden auf übliche Weise gemessen, wie es z.B. in der US-PS 3,719,856 beschrieben ist.

Fig. 5 zeigt in Tabellenform eine Anzahl von Emissiönsmessungen an Kathoden mit 7 Gew.% Bariumscandat (Ba,Sc,Oq und Ba₂Sc₂O₁-). Die Tabelle I zeigt die 0 V-Emission in A/cm bei drei Temperaturen, die auf die anhand der Fig. beschriebene Weise bestimmt werden. Aus dieser Tabelle geht hervor, daß sowohl die relative als auch die absolute Abnahme der Emission bei Kathoden mit Ba₂Sc₂O,- bei niedrigeren Temperaturen viel geringer sind. Ein Vorteil von Kathoden mit Ba₂Sc₂O₅ ist also der, daß sie bei einer niedrigeren Temperatur (z.B. 900⁰C) doch noch eine gute Emission aufweisen. Die Tabelle II zeigt die Emission bei einer Impulsbelastung mit einem Feld von 1000 V, welcher Wert in der Praxis vielfach angewandt wird. Auch in diesem Falle ist die hohe Emission von Ba₂Sc₂0,--Kathoden auffällig.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

Hi Nachlieferungskathode, die ein Heizelement und einen Kathodenkörper enthält, der aus einem porösen Metallkörper besteht, in dessen Poren sich eine Barium, Bariumoxid und Scandiumoxid nachliefernde Verbindung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper als Barium, Bariumoxid und Scandiumoxid nachliefernde Verbindung BapSCpO,-mit gegebenenfalls darin in fester Lösung vorhandenem BaO enthält, und zwar in einer Menge, die 1 bis 15 Gew.% des Gewichts des Kathodenkörpers bildet, wobei diese nachliefernde Verbindung aus 68 bis 72 Gew.96 BaO und 32 bis 28 Gew.% ScpO-, zusammengesetzt ist.
2. Nachlieferungskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement aus einem von einem Isoliermantel umgebenen Metallkern besteht, wobei dieses Heizelement in den BapScpO,- enthaltenden Kathodenkörper eingebettet ist.
3. Nachlieferungskathode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper scheibenförmig ist und der Durchmesser des scheibenförmigen Kathodenkörpers kleiner als 0,5 mm ist.
4. Elektrische Entladungsröhre, die eine Kathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.
5. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Fernsehaufnahmeröhre ist.

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