DE3026717A1 - Nachlieferungskathode - Google Patents

Nachlieferungskathode

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DE3026717A1
DE3026717A1 DE19803026717 DE3026717A DE3026717A1 DE 3026717 A1 DE3026717 A1 DE 3026717A1 DE 19803026717 DE19803026717 DE 19803026717 DE 3026717 A DE3026717 A DE 3026717A DE 3026717 A1 DE3026717 A1 DE 3026717A1
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barium
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DE19803026717
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Theodorus Cornelius Jo Bertens
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Koninklijke Philips NV
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Philips Gloeilampenfabrieken NV
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/13Solid thermionic cathodes
    • H01J1/20Cathodes heated indirectly by an electric current; Cathodes heated by electron or ion bombardment
    • H01J1/28Dispenser-type cathodes, e.g. L-cathode

Landscapes

  • Solid Thermionic Cathode (AREA)

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, Al0Ox und Sc0O, enthält. Diese Kathode
2 ο
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 (5)

  1. PHN 9530
    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. 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. 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. 4. Elektrische Entladungsröhre, die eine Kathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.
  5. 5. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Fernsehaufnahmeröhre ist.
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