DE3117961C2

DE3117961C2 -

Info

Publication number: DE3117961C2
Application number: DE3117961A
Authority: DE
Inventors: Jacob Eindhoven Nl Blanken
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-05-09
Filing date: 1981-05-07
Publication date: 1989-12-21
Also published as: GB2075556B; GB2075556A; KR850000706B1; FR2482139A1; DE3117961A1; JPS56169778A; IT8121535A0; US4364780A; FR2482139B1; ES501946A0; IT1138317B; JPH01201457A; CA1175309A; KR830006466A; NL8002665A; JPS6366391B2; ES8206659A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Versehen eines metallischen Einzelteiles mit einer thermisch schwarzen Oberfläche, bei dem auf das metallische Einzel teil eine Schicht aus Aluminium oder aus einer Legierug aus Aluminium mit einer Dicke von 1 bis einigen µm ange bracht wird, wonach das beschichtete Einzelteil zwecks Bildung einer Metallverbindung in einer die Bildung der Metallverbindung nicht hemmenden Atmosphäre erhitzt wird.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Anwendung des Verfahrens zur Herstellung von Kathodenschäften, bei dem eine mit Aluminium oder Aluminiumlegierungen beschich tete Metallplatte tiefgezogen und anschließend erhitzt wird.

Es ist allgemein bekannt, daß die Wärmeaufnahme- und -ab strahlungsfähigkeit von Metallen dadurch vergrößert werden kann, daß diese Metalle mit einer thermisch schwarzen Oberfläche versehen werden. So wird z. B. die sogenannte Lochmaske in einer Farbbildröhre geschwärzt, um die schwarze Abstrahlungsfähigkeit zu vergrößern. Es ist auch bekannt, bei Kathodenschäften die Innenoberfläche und/oder die Außenoberfläche thermisch schwarz zu machen und auf diese Weise eine indirekt heizbare Kathode mit einer kur zen Aufheizzeit zu erhalten.

Ein derartiges im ersten Absatz beschriebenes Verfahren ist aus der DE-PS 8 68 026 bekannt.

Darin ist ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode beschrieben, bei dem die Elektrode eine Schicht aus einem Metall oder aus einer Metallegierung angebracht wird, z. B. durch Aufsprühen. Durch Erhitzung in einer nicht reaktiven Atmosphäre wird eine Metallverbindung erhalten. Die Metallverbindung weist eine rauhe Oberfläche mit gut abstrahlenden Eigenschaften auf und bildet eine schwarze Schicht.

In der DE-PS 7 18 479 ist ein Verfahren zur Herstellung von Anoden beschrieben, bei dem eine Anode, die aus einem wenigstens auf einer Seite mit Aluminium überzogenen Eisenblech besteht, einer Glühbehandlung unterworfen wird, wodurch eine chemische Verbindung des Aluminiumüberzuges mit der Eisenunterlage hervorgerufen wid und sich der Aluminiumüberzug zugleich färbt. Durch die Bildung der Verbindung und die Färbung verbessern sich die Strahlungs eigenschaften der Anode.

Die Benutzung einer derartigen Metallverbindung in Katho den für Elektronenröhren, Bildröhren und Kameraröhren wo die Verbindung bei erheblich höheren Temperaturen Wärme aufnehmen muß, hat jedoch den Nachteil, daß die Metallver bindung bei diesen höheren Temperaturen nicht genügend stabil ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren zum Versehen eines metallischen Einzelteiles mit einer thermisch schwarzen Oberfläche zu schaffen, bei dem diese thermisch schwarze Oberfläche bei hohen Temperaturen und einer hohen thermischen Belastung stabil ist, und dann verwendet werden kann um bei der Herstellung von Kathoden schäften, bei dem diese wenigstens auf der Innenseite mit einer thermisch schwarzen Oberfläche zu versehen sind.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das metallische Einzelteil wenigstens an der Oberfläche aus einem Metall aus der aus Molybdän, Nickel, Eisen, Wolfram und Kupfer gebildeten Gruppe oder aus einer ein solches Metall enthaltende Legierung besteht, und daß die gebil dete Metallverbindung anschließend in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre bei 950°C-1200°C zur Umwandlung des Aluminums aus der Verbindung in Aluminumoxid erhitzt wird.

Die aufgebrachte Schicht kann lediglich aus Aluminum be stehen. Es ist aber auch möglich, eine Schicht, die z. B. aus Aluminium und Molybdän besteht, anzubringen, wobei das Molekularverhältnis Al₃Mo ist, wodurch die Bildung der Aluminumverbindung leichter vor sich geht. Das Anbringen des Aluminiums und gegebenenfalls der anderer Metalle kann mit Hilfe von Elektrolyse, Kataphorese, Aufdampfen oder Zerstäuben oder dadurch erfolgen, daß eine Schicht aus einer Suspension, die Aluminiumpulver, gegebenenfalls mit Pulver eines anderen Metalls aus der genannten Gruppe gemischt, aufgebracht wird.

Bei indirekt heizbaren Kathoden befindet sich ein Glühkör per in einem Kathodenschaft, an oder in dem ein emittie render Körper befestigt ist. Dadurch, daß die Innenober fläche des Kathodenschafts thermisch schwarz gemacht wird, nimmt dieser schnell und effektiv Wärme von dem Glühkörper auf. Wenn auch die Außenseite des Kathodenschafts mit ei ner thermisch schwarzen Oberfläche versehen wird, wird bei hoher Temperatur viel Wärme abgestrahlt, so daß verhält nismäßig viel Erhitzungsenergie benötigt wird, um die Kathode auf der Emissionstemperatur zu halten.

Diese hohe Erhitzungsenergie sorgt jedoch für eine kurze Aufheizzeit der Kathode. Es hat sich bisher als schwierig erwiesen, durch Tiefziehen erhaltene Kathodenschäfte auf der Innenseite mit einer sehr gleichmäßigen thermisch schwarzen Schicht zu versehen, die auch bei höheren Tem peraturen (z. B. 1000°C) stabil ist.

Nach der Erfindung ist es möglich, durch Tiefziehen Katho denschäfte herzustellen, die wenigstens auf der Innenseite mit einer thermisch schwarzen, bei hohen Temperaturen sehr stabilen, einige µm dicken Al₂O₃-haltigen Schicht versehen sind. Dies geschieht unter Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung, in dem eine mit Aluminium oder Aluminium legierungen beschichtete Metallplatte tiefgezogen und an schließend erhitzt wird.

Dadurch, daß die Tiefziehbearbeitung vor der Ausheizbehandlung in feuchtem Wasserstoff und nach der Herstellung der Verbindung durchgeführt wird, wird eine sehr gleichmäßige thermisch schwarze Schicht ohne Risse und Beschädigungen erhalten. Die Schichtdicke des Alumi niums soll in diesem Falle nicht mehr als 4 bis 5 µm be tragen, weil das Plattenmaterial nicht mehr einer Tiefzieh bearbeitung unterworfen werden kann, wenn die schwarze Schicht zu dick wird. Die Mindestschichtdicke muß 1 µm sein, um ein ununterbrochene schwarze Schicht erhalten zu können. Der metallene Einzelteil besteht wenigstens an der Oberfläche aus einem Metall oder einer Legierung, die Metalle aus der genannten Gruppe von Metallen enthält. Der Einzelteil kann also z. B. ein mit Nickel überzogener eiserner Kathodenschaft oder ein anderer Einzelteil aus geschichtetem Werkstoff oder aus einer Legierung, wie z. B. einer Nickel-Eisen-Legierung, einer Kupfer-Nickel-Legierung oder einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung sein.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Eine 100 µm dicke Molybdänplatte wird durch Auf dampfen einseitig mit einer 2 µm dicken Aluminiumschicht versehen. Die auf diese Weise überzogene Platte wird dann auf 800°C in einer sauerstofffreien Atmosphäre, z. B. im Vakuum oder in einem Schutzgas, wie z. B. trockenem Wasser stoff, erhitzt. Die Aluminiumschicht reagiert dabei mit dem Molbdän, wodurch ein schwarze Al₃Mo-haltige Schicht ge bildet wird. Die Platte wird anschließend als Ausgangs körper für die Herstellung tiefgezogener Kathodenschäfte verwendet, wobei die thermisch schwarze Oberfläche sich auf der Innenseite befindet. Die so hergestellten Kathoden schäfte werden dann in feuchtem Wasserstoff bei 1000°C aus geheizt (Taupunkt 0°C bis gegebenenfalls 20°C). Die zumin dest erforderliche Temperatur ist 950°C. Durch diesen Aus heizvorgang wird das Aluminium aus der Aluminium-Molybdän verbindung in Aluminiumoxid umgewandelt, wodurch im Inneren des Kathodenschafts eine thermisch schwarze, bei hohen Temperaturen stabile gleichmäßige aluminiumoxidhaltige Oberfläche erhalten wird.

Beispiel 2

Eine eiserne Lochmaske wird in eine Suspension eingetaucht, die sehr kleine Teilchen Aluminum in Butyl acetat enthält, wobei eine etwa 2 µm dicke Aluminiumschicht sich auf der Lochmaske niederschlägt. Nach Trocknung wird die so überzogene Maske in einer sauerstofffreien Atmos phäre auf 750°C erhitzt. Die Aluminiumschicht reagiert mit dem Eisen und bildet eine thermisch schwarze Schicht. Die Lochmaske wird dann in feuchtem Wasserstoff bei 1100°C aus geheizt, wodurch das Aluminium aus der Aluminium-Eisenver bindung oxidiert und eine stabile thermisch schwarze Ober fläche erhalten wird.

Beispiel 3

Eine kupferne Kühlplatte wird mit Hilfe eines Zerstäubungsvorgangs mit einer 5 µm dicken Schicht aus Aluminium und Kupfer versehen und dann auf etwa 800°C in einer nicht reaktiven Atmosphäre erhitzt. Danach wird die Kühlplatte in feuchtem Wasserstoff bei 1000°C ausgeheizt. Die auf diese Weise behandelte Kühlplatte sieht nicht schwarz aus, sondern ist mehr oder weniger gelb. Dieser gelbe Oberflächenüberzug, der Aluminiumoid enthält, ist jedoch wohl thermisch schwarz (schwarz für Wärmestrahlung).

Beispiel 4

Auf einer eisernen Lochmaske, die mit einer Nickelschicht versehen ist, wird durch Aufdampfen eine etwa 2 µm dicke Aluminiumschicht angebracht, wonach die auf diese Weise behandelte Maske im Vakuum auf etwa 800°C erhitzt wird. Die Aluminiumschicht reagiert mit dem Nickel und bildet eine thermisch schwarze Schicht. Die Lochmaske wird anschließend in feuchtem Wasserstoff bei etwa 1100°C ausgeheizt, wodurch das Aluminium aus der Aluminium-Eisen- Verbindung oxidiert und eine bei hohen Temperaturen stabile thermisch schwarze Oberfläche erhalten wird.

Beispiel 5

Ein aus Draht gewickeltes Gitter für eine Elek tronenröhre, das aus einer Eisen-Nickel-Legierung, FeNi (50/50) besteht, wird durch Aufdampfen mit einer 2 µm dicken Aluminiumschicht versehen und dann im Vakuum auf etwa 800°C erhitzt. Das Gitter wird anschließend in feuch tem Wasserstoff bei etwa 1000°C ausgeheizt, wobei das Git ter die thermisch schwarze sehr stabile Oberfläche erhält.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Kathode mit einem Kathoden schaft, auf dessen Innenseite sich eine thermisch schwarze Oberfäche befindet. Ein Glühkörper 1 ist in einem durch Tiefziehen erhaltenen Molybdänkathodenschaft 2 angebracht, der eine Wandstärke von 0,05 mm aufweist. Die Innenseite des Kathodenschafts ist mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung mit einer thermisch scharzen Al₂O₃-haltigen Schicht 3 mit einer Dicke von etwa 3 µm überzogen, von der die vom Glühkörper abgestrahlte Wärme schnell und ef fektiv aufgenommen wird. Auf der Stirnfläche 4 des Katho denschafts ist ein emittierender Körper 5 befestigt, der aus einem Halter 6 besteht, in dem ein mit einem emittie renden Stoff imprägnierter Wolframkörper 7 angebracht ist. Die Oberfläche 8 bildet die emittierende Oberfläche der Kathode.

Beispiel 6

Bei einem Verfahren nach Beispiel 1 wird, bevor die Platte in einer sauerstofffreien Atmosphäre auf 800°C erhitzt wird, die Platte zunächst während etwa 10 Minuten bei 650°C ausgeheizt. Die Bildung des Al₃Mo findet dadurch gleichmäßiger statt.

Claims

1. Verfahren zum Versehen eines metallischen Einzelteiles mit einer thermisch schwarzen Oberfläche, bei dem auf das metallische Einzelteil eine Schicht aus Aluminium oder aus einer Legierung aus Aluminium mit einer Dicke von ein bis einigen µm angebracht wird, wonach das beschichtete Ein zelteil zwecks Bildung einer Metallverbindung in einer die Bildung der Metallverbindung nicht hemmenden Atmosphäre erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Einzelteil wenigstens an der Ober fläche aus einem Metall aus der aus Molybdän, Nickel, Ei sen, Wolfram und Kupfer gebildeten Gruppe oder aus einer ein solches Metall enthaltende Legierung besteht, und daß die gebildete Metallverbindung anschließend in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre bei 950°C-1200°C zur Umwandlung des Aluminium aus der Verbindung in Aluminium oxid erhitzt wird.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Her stellung von Kathodenschäften, bei dem eine mit Aluminium oder Aluminumlegierungen beschichtete Metallplatte tief gezogen und anschließend erhitzt wird.