DE3311259A1 - Katode und gasentladungsroehre, ausgefuehrt auf der basis dieser katode - Google Patents

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezxeht sich auf Emissionselektronik, insbesondere betrifft sie Katoden und Gasentladungsröhren, die auf der Basis dieser Katoden hergestellt sind.

Die Erfindung kann in Gasentladungsgeräten wie Jüicht-D-Litzröhren, Entladungsgefäßen sowie in Eiektrovakuumgeräten verschiedenen Typs eingesetzt werden·

Bekannt ist eine δ. at ο de aus Wolfram mit einem auf ihre uoerrxäcne aufgebrachten Zäsiumfilm (siehe beispielsweise L.N· Dooretsov und M. V. Gomojunova "Emissionselektronik¹*, Verlag Nauka, Üoakau 1^66, Saite 193)·

Die genannte Katode oesitz-c eine verhältnismäßig hohe Austrittsaroeit, die etwa 1,36 eV oei einer Temperatur der Katode von 600°C und eine em;sprechena niedrige Emissionsfähigkeit auf, die bei der genannten Temperatur 0,1 mA/cm nicht übersteigt. Außerdem besitze die genannte &.&zode eine ungenügende Stabilität der Emissionskennwerte bei der Arbeit, besonders unter den Bedingungen eines intensiven lonenDeschusses, was zu einer Zerstörung des Zäsiumfilmes an seiner Oberfläche unter diesen Bedingungen führt« Deshalb weisen die Gasentladungsröhren, Insbesondere die IdchtDlitzröhren, in denen diese Katode angewandt wird, eine hohe Zündspannung und eine geringe Lebensdauer auf·

Außerdem ist es bei der Herstellung der oben genannten Katode sehr schwierig, das Zäsium im Prozeß seines Aufbringens an die Oberfläche der Katode zu dosieren.

Eins genaue Dosierung des Zäsiums ist deshalb notwendig, weil von seiner Menge an der Oberfläche der Katode die Emissionsfähigkeit der letzteren abhängt. Die mit der Dosierung des Zäsiaas verbundenen technologischen Schwierigkeiten erschweren die Verwendung solcher Katoden in Gasentladungs- und Elektrovakuumgeräten·

Viel einfacher Dei der Herstellung sind Katoden in jform eines Sinter körpers. COPY

Unter solchen bekannten Katoden besitzen eine besonders hohe Eniissionsfähigkeit Katoden mit einer Zä-

· I *— W

worin Ld Gs oder Rb bedeuten, χ = 1 bis 3, y = 1 bis 2, ζ = 1 bis 6 ist.

4. Katode nach Anspruch 2 im Verein mit dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ' - der Sinterkörper

- ö5 Gewichtsprozent Nickel und

- 15 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat, dessen Zusammensetzung der Formal Gs₂ 0'Al₂O-/2SiO₂ entspricht, enthält.

5· Katode nach Anspruch 2 im Verein mit dem Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß

- der Sinterkörper

- ü5 Gewichtsprozent Nickel und

- 15 Gewichtsprozent Eubidiumalumosilikat, dessen <\tj Zusammensetzung der Formel Eb₂O*Al₂O-.'2SiO₂ entspricht, enthält,

6. Katode nach Anspruch 2 im Verein mit Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß

- der Sinterkörper

- 90 Gewichtsprozent Tantal und

- 10 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat, dessen Zusammensetzung der Formel Gs₂O*Al₂O-'2SiO₂ entspricht, enthält.

7. Katoden nach Anspruch 2 im Verein mit Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß

- der Sinterkörper

- 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Zirkonium und Niob bei einem Gewichtsverhältnis 1:1 und

- 10 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat, dessen Zusammensetzung der Formel Gs₂O'Al₂O^'2SiO₂ entspricht, enthält.

6. Gasentladungsröhre, welche

- einen mit einem ionisierbaren Gas gefüllten Kolben und

- zwei in dem Kolben in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete Elektroden enthält, dadurch g ekennzeich.net, daß

- eine der Elektroden, die als Katode (1) dient, nach

einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.

-■•«■Μ* · β ■ ·» _r

zirkonium, Wolfram, Tantal, ^olyodän.

bekannt ist auch eine Gasentladungsröhre, welche . einen mit einem ionisieröaren Gas gefüllten Kolben und zwei in dem ivolDen in einem gewissen Abstand voneinander angeordnete i,±eKtroden enthalt, woDei eine als Katode dienende üleKtrode auf der tSasis der oben Geschriebenen Aacode ausgeführt ist (siehe dieselbe Anmeldung)·

Üine solche Röhre von 5 ebb Innendurchmesser mit einer ülektrodenkatode, die in einem Abstand von 37 ¹^ von der anderen Elektrode angeordnet ist, weist bei einer Füllung mit Xenon auf einen Druck von 125 Torr eine Zündspannung von I90 V bei einer Anlaüimpulsspannung von 4,5 kV und eine Zündspannung von 132 V bei einer Anlaüimpulsspannung von 9,0 kV auf.

üine fiöhre mit einer analogen von der anderen Elektrode in einem Abstand von 20 mm angeordnete EleKtrodenkatode, die einen Innendurchmesser von 2_t5 ™n aufweist, die mit Xenon auf einen Druck von 520 Torr gefüllt ist und eine Lichtblitzener_ö'ie von 11,5 J besitzt, weist eine Zündspannung von 176 V bei einer Anlaßimpulsspannung von 3»3 kV auf. Dabei bleibt die Zündspannung nach 1500 Lichtblitzen auf dem ursprünglichen Niveau.

Die oben genannte Katode enthält eine Zäsiumverbindung, die im ATozeß des 3etriebs der ixöhre mit dem in dem Sinterkörper enthaltenen Metall reagiert. Dabei bildet sich Zäsium in freiem Zustand, das die Austrittsaroeit der Katode senkt und entsprechend ihre Emissionsfähigkeit erhöht. Im 1-rozeß des Betrieos der fiöhre kommt es zu einer ununterbrochenen Verdampfung des Zäsiums von der überfläche der Katode, die besonders intensiv unter den Bedingungen des InnenbeSchusses ist. Das verdampfende Zäsium wird durch die aus dem Volumen der Katode gelangenden Zäsiumatomen kompensiert, die sich durch die genannte fieaktion bilden. Dadurch kommt; es zu einer allmählichen Verringerung des Zäsiums in dem Volumen der Katode, die zu einer Abnahme der Emissionsfähigkeit der letzteren führt, was seinerseits eine Zunahme der Zündspannung der Gasentladungsröhre mit einer solchen Katode

COPY

, r , ^ I I

siumverpindung als emissionsaktives Material· Entsprechend weisen Gasentladungsröhren mit solchen Katoden niedrige Werte der Zündspannung auf· bekannt ist eins Katode, ausgeführt in Form eines Sincerkörpers, der ein Aietall von hohem Schmelzpunkt wie iiolyodän, tfolfram, Tantal, Mod oder ihre Gemische, ein das Gas absorbierendes Metall und einen den Sintervorgang verbessernden Zusatzstoff enthält, woDei auf den Sinterkörper eine Schicht eines emissionsaktiven Materials, von Zäsiumkaroonat oder £äsiumchromat, aufgeoracht ist (siehe beispielsweise die am 24. Juli 19dQ in dem Patentamt der äundesrepuolik Deutschland ausgelegte Anmeldung Nr. 3002033, Klasse H01 J 61/06).

Als das Gas absoroierendes Metall verwendet man Ti-

^ tan, zirkonium, Vanadin, Hafnium oder Gemisch derseloen. Als den Sintervorgang veroessernden Zusatzstoff verwendet man aluminiumoxid oder Siliziumoxid.

Die Gasentladungsröhre mit der ooen genannten Katode weise eine AnfangsZündspannung von 150 Dis 190 V (in Aohängigkeit von den den Sinterkörper zusammensetzenden Komponenten) und eine Zündspannung von 155 bis 200 V nach 10 000 LichtDlitzen auf, wobei eine Zerstäuoung des Katodenmaterials praktisch fehlt (.siehe dieseloe Anmeldung), bekannt ist auch eine Katode, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, der ein iletall von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemisch solcher iietalle und ein emixsionsatrfcives Material enthält (.siehe Deispielsweise die am 11· September 19o0 in dem Patentamt der tfundesrepuDlik .Deutschland ausgelegte Anmeldung Nr. 3OO05IO, Klasse HOU 61/06)·

In einer solchen Katode besteht das in dem Sinter-Körper enthaltende, emissionsaktive Material aus einem Stoff, der Bariumionen enthält, während in den Poren des Sinterkörpers ein anderes emissionsaktives Material der folgenden Zusammensetzung Cs₂^O₄, worin M ein Metall von hohem Schmelzpunkt bedeutet;, dispergiert ist. Unter dem Metall von hohem Schmelzpunkt versteht; man in diesem Fall ein Schwer-Ubergangs-Metall der IV., V. oder VI. Gruppe des Periodensystems der Elemente, wie Deispielsweise

copy

Zum Erzielen einer hohen Emissionsfähigkeit der Katode, die ein billigeres emissionsaktives Material enthalt, ist es durchaus zweckmäßig, das der Sinterkörper ö5 Gewichtspro ζ em; Uicicei und I5 Gewichtsprozent Bubidiumalumosilikat enthält, dessen Zusammensetzung der folgenden .Formel Hb-O·AIpO^-2SiO₂ entspricht.

Zum Erzielen einer hohen Emissionsfähigkeit der Katode bei deren Verwendung in Hochleistungs-Gasentladungsröhren ist es zweckmäßig, daß der Sinterkörper 90 Gewichteprozent Tantal und 10 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat enthält, dessen Zusammensetzung der folgenden Formel Cs₂O^Al₂O₃ ^-2SiO₂ entspricht.

Zur Erzielen einer hohen Emissionsfähigkeit der Katode bei einer hohen Beständigkeit gegen die Wirkung des Ionenoeschusses ist es zweckmäßig, daß der Sinterkörper 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Zirkonium und Niob in einem Gewichtaverhältnis von 1:1 und 10 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat enthält, deren Zusammensetzung der folgenden formel Cs₂O-AIpO^*2SiOp entspricht·

Das wird dadurch erreicht, daß in der Gasentladungsröhre, die einen mit dem zu ionisierenden Gas gefüllten Kolben und zwei in dem Kolben in einem gewissen Abstand voneinander angeordneten Elektroden enthält, erfindungsgemäß eine der als Katode dienenden Elektroden auf der Basis der oben genannten Katode ausgebildet ist.

Eine solche Ausbildung der erfindungsgemäßen Katode gestattet es, eine hohe Emissionsfähigkeit,, die während einer längeren Zeit stabil bleibt, darunter unter den Bedingungen eines intensiven Ionenbeschusses zu erreichen. Die Gasentladungsröhre mit der erfindungsgemäßen Katode weist eine niedrige Zündspannung, die während einer großen Lebensdauer stabil ist, und geringe Abmessungen auf·

Nachstehend wird die Erfindung anhand einer Beschreibung konkreter Beispiele für ihre Ausführung und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, in denen

COPY.

. JJI I ^. J J

im i^rozeß. deren JetrieDs und eina. Verringerung ihrer Le-Densdauer zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die AufgaDe zugrunde, eine Katode zu entwickeln, deren SinterKörper eine solche Zusammensetzung aufweist, daß eine hohe ..imissionsf ähigkeit der Katode, die während längeren Betriebs, darunter unter den Bedingungen des lonenbeSchusses gewährleistet wird, sowie eine Gasentladungsröhre zu entwickeln, deren eine SleKtrode, dia als Katode dient, die auf der Basis der oben genannten Katode ausgeführt ist, wodurch eine niedrige Zündspannung gewährleistet wird, die während einer längeren Lebensdauer stabil bleibt·

Das wird dadurch erreicht, daß in der ivatode, die m Fora eines Sinterkörpers ausgeführt ist, der ein Metali von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemiscn dieser Metalle und ein emissionsaktives Material enthält, erfindungsgemäß das emissionsaktive Material Zäsiumalumosilikat oder Eubidiumalumosilikat enthält.

Der Sinterkörper kann 0,5 bis 25 Gewichtsprozent Zäsiumalumo silikat oder Bubidiumalumosilikat und als Rest ein Metall von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemisch dieser Metalle enthalten, was eine hinreichend hohe Bmissionsfähigkeit der Katode gewährleistet, die während längeren Betriebs derselben, darunter auch unter den Bedingungen eines intensiven Ionanbeschusses stabil bleibt.

Zur Erzielung einer hohen Emission ist es zweckmäßig, daß das Zäsiumalumo silikat oder Rubidiumalumosilikat eine Zusammensetzung aufweist, die durch die folgende Formel ausgedrückt wird:

2M₂₂₃₂

worin M Gs oder Rb bedeutet, χ = 1 bis 3» y = 1 bis 2, ζ = 1 bis 6 ist«

Zur Erzielung einer besonders hohen Emissionsfähigkeit der Katode ist es zweckmäßig, daß der Sinterkörper &5 Gewichtsprozent Nickel und 15 Gewichtsprozent Zäsium— alumosilikat enthält, dessen Zusammensetzung der folgenden Formel entspricht j

U«Al0^e2Si0. _COpy"

worin M Gs oder Hb Dedeutet, χ = 1 bis 3, y = 1 bis 2, ζ = 1 bis 6 ist.

Die Größe des von der Katode 1 abzunehmenden Smissionsatromes hängt von den konkreten Werten von x, y und ζ ab· Zur Illustration werden in der nachstehenden Tabelle die iümissionskennwerte des ZäsiumalumoSilikats angeführt.

Tabelle

—=5t

Zusammensetzung des Zäsiumalumosilikats

Jimissionsstromdichte Dei

T = 60°C und JB = 5

V/cm,

JU A/

cm-

SiO

2Gs₂O-3Gs₂O'Al₃O₃' Gs₂O

20 3Gs₂O-2 Al₂O₃-6SiO₂ 2Gs₂O

100 60 50 30 10 10 10 5

Die Gesetzmäßigkeit der Elektronenemission des Ru-Didiumalumosilikata weisen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung eine analoge Gestalt auf, nur daß die Grösse des abzunehmenden Emisaionsstroms etwas geringer ist.

Somit können als emissionsaktives Material Aluttosilikate verwendet werden, deren teerte s, y und ζ in den oben genannten Grenzen liegen. Aluiso silikat θ anderer Zusammen-Setzungen weisen eine verhältnismäßig unbedeutende Emissionsaktivität auf, weshalb es unzweckmäßig ist, diese als emissionsaktives Material zu verwenden·

Die Wirksamkeit der Katode hängt nicht nur von der Zusammensetzung des emissionsaktiven Materials, sondern auch von der chemischen Natur des in dea Sinterkörper enthaltenen Metalls von hohem Schmelzpunkt ab.

COPV

jj I I/.JO

Θ3 zeigen:

1 eine erf indungsgemäjje Katode (Längssennitt) ; AbD. 2 eine erf ladung sgeaäße Gasentladungsröhre, hergestellt auf der Basis der zum Patent angemeldeten Katode nach Add» 1 (Längsschnitt).

Eine erfindungsgeiaäße Katode 1 (Add. 1) ist in Form eines Sinterkörpers ausgeführt, der ein Metall von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemisch solcher Metalle und ein eioissionsaktives Material enthalte Unter den Metallen -30 von nohem Schmelzpunkt werden folgende Metalle verstanden: Wickel (der Schmelzpunkt T beträgt 172d K), Zirkonium (T = 212Ö K)₉ Hafnium (T = 2250 K), Tantal (T = 3270 K), Niob (T = 2770 K)₉ Sheniua (T = 33Od K)₁ Molybdän (T = 2ö9O JO₉ Wolfram (T = 3650 K) oder deren Gemische·

Das emissions aktive Material enthält .Zäsiumaluüioailikat oder Hubidiumaluxaosilikat.

Der Sinterkörper der Latode 1 enthält 0,5 bis 25 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat oder BuDidiumaluinosilikat, alles übrige ©in Metall von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemisch dieser Metalle· Bei einem solchen Verhältnis der Komponenten wird eine hinreichend hohe fimissionsfähigkeit der Katode gewährleistet.

Bei einem Gehalt an Zäsiumalumosilikat oder ßubidiumalumosilikat von weniger als 0,5 Gewichtsprozent übersteigt der abzunehmende F.missionsstrom Tausendstel

/uA/cm nicht, weshalb Verbindungen der genannten Zusammensetzung anscheinend von keinem praktischen Interesse sind· Bei einem Gehalt an Zäsiumalumosilikat oder Rubidiuaalumosilikat von mehr als 25 Gewichtsprozent der

abzunehmende .Baissionsstrom zwar einige zehn ΛΐΑ/cm beträgt, bilden die Komponenten des Sinterü-örpars keine Legierung, wodurch dia Katode für praktische Zwecke un-Drauchbar wird.

Das Zäsiusalumosilikat oder ßubidiumalumosilikat weist eine Zusammensetzung auf, die durch die folgende Formel ausgedrückt wird: _^·

O₃ 'ZSiO₂ ,

Unter solchen Katoden besitzt eine besonders hohe jjimisaionsfahigkeit eine Katode 1, deren Sinterkörper ^O Gewichtsprozent Tantal und 10 Gewichtsprozent Zäsiumalumoailikat enthalt, wobei das letztere der folgenden Formel entspricht:

Der Sinterkörper der Katode 1 kann auch ein Gemisch von Metallen von hohem Schmelzpunkt enthalten, die in einem Gewichtsverhältnis genommen werden, das ihrer äquiatomaren Menge in der durch diese Metalle gebildeten Legierung proportional ist. Die Effektivität der Katode wird in diesem Falle durch das Metall bestimmt, dessen Aktivität am höchsten liegt. Deshalb gestatten es solche Katoden, die höchste Emission zu erzielen, die in ihrer Größe mit der Emission besonders effektiver Katoden mit dem in dem Sinterkörper enthaltenen Nickel vergleichbar ist, unter gleichzeitiger Erhöhung der Beständigkeit gegen einen intensiven Ionenbeschuß. Dazu ist es zweckmäßig, daß der Sinterkörper ein Gemisch aus einem Metall aus der Nickelgruppe, das aber einen höheren Schmelzpunkt als Nickel aufweist, das heißt Zirkonium oder Hafnium, und einem Metall aus der Tantalgruppe oder Molybdängruppe enthält.

Unter solchen Katoden ist besonders bevorzugt eine Katode I9 deren Sinterkörper 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Zirkonium und Niob mit einem Gewichtsverhältnis von 1:1 und 10 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat mit einer Zusammensetzung, die der Formel Cs-(J-Al₂O-' entspricht. Sine solche Katode 1 weist eine höhe £aissionsfähigkeit auf und übertrifft in der Beständigkeit gegen den Ionenbeschuß eine Katode, deren Sinterkörper Nickel enthält. Außerdem besitzt das Gemisch von Zirkonium und Niob eine hohe Plastizität, dia mit der Plastizität von Nickel vergleichbar ist, wodurch die Technologie der Herstellung der Katode erleichtert wird.

Die erfindungsgemäße Katode (Abb. 2) kann mit Erfolg in einer sum Patent angemeldeten Gasentladungsröhre verwendet werden, welche einen mit einem ionisierenden Gas,

COPY

• - 10 -

.Nach der Aktivität der Heine der Metall© Ni, Zr, Ef, Ta₉ Nb, Ee, Mo, '# können sie in drei Gruppen uns erteilt werden. Besonders aktr? sind Ni, Zr, Hf,dann folien Ta, Nb, Re und schließlich Mo und W.

In Übereinst leimung damit i3t eine erf indungsgemäiüe Katode 1, deren Sinterkörper ein Metall aus der Nickelgruppe, wirksamer gegenüber einer erfindungsgemäßen Katoda 1, deren Sinterkörper ain Metall aus der Tantalgruppe enthält· Ihrerseits ist die letztere wirksamer gegenüber einer Katode 1₈ deren Sinterkörper ein Metall der Molybdängruppa enthält.

Eine besonders hohe Emissionsfähigkeit besitzt eine Katode 1, deren Sinterkörper ö5 Gewichtsprozent Nickel und 15 Gewichtsprozent Zäsiuisalumasilikat enthält, wobei das letztere dia folgere Formel besitzt:

Eine hinreichend hohe Kmissionafähigkeit besitzt auch eine Katoda 1, deren Sinterkörper ö5 Gewichtsprozent Nickel und 1$ Gewicntsprozent ßubidiumaluiao silikat enthält, wobei das letztere der folgenden Formel entspricht ;

Obwohl die Katode 1 mit fiubidiuaalumosilikat in der iimissionsfähigkeit der Katode 1 mit Zäsiumalumosilikat et-aas nachsteht, ist dieser in einigen Fällen der Vorzug zu geben, weil das Rubidium ein billigeres und zugänglicheres Element gegenüber dem Zäsium ist.

Die Katode 1, deren Sinterkörper Nickel enthält, kann in Gasentladungsröhren mit Erfolg eingesetzt werden, wo der Entladungsstroa öOO A nicht übersteigt. Bei höheren Werten des Entladungsstromes zerstäubt das Nikkei. Deshalb verwendet man in Hochleistungs-Gasentladungsröhren ageckmäSigerweise Katoden, deren Sinterkörper Metalle aus der Tantalgruppa oder Molybdängruppa mit einem Schmelzpunkt, der den Schaalzpunkt des Nickels bedeutend übersteigt.

COPY

zielung einer mittleren Teilchengröße von höchstens 10 pm. Dann praßt man das Einsatzgut in einer der Form der herzustellenden Katode entsprechenden Preßform bei

2
einem Druck von 2 Mp/cm . Der Preßling wird in Vakuum

—4·

bei einem Druck von etwa 10 Torr und einer Temperatur von 1000 K innerhalb von 10 Minuten gesintert.

Der Emissionsstrom der dabei erhaltenen erfindungsgemäßen Katode beträgt 0,6 mA/cm , die effektive Austrittsarbeit Φ = 0,ö9 eV. Die Messungen werden in Va-

—a —Q

kuum bei einem Druck von 10 bis 10 ' Torr bei Zimmertemperatur (300 K) an der Katode und einer elektrischen Feldstärke E = 2.1O⁴ V/cm durchgeführt. Die effektive. Austrittsarbeit der Katode bestimmt man bei einem Wert der Emissionskonstante in der Bichardson-Deshman-Formel

2 2

Δ» 120 A/cm »grd. Diese .Emissionsparameter bleiben bei einer Steigerung der Temperatur der Katode auf 700 K praktisch unverändert.

Die Herstellung einer erfindungsgemalten Katode 1 mit den Komponenten anderer Zusammensetzungen des Sinterkörpers unterscheidet sich von dem oben beschriebenen durch die Werte des Preßdruckes, der Temperatur und der Sinterzeit·

Beispiel 2

üine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher Ö5 Gewichtsprozent Ni und 15 Gewichtsprozent Cs20^#AlpQ-3*2Si02 enthält, wird analog zu .Beispiel 1 hergestellt. Der Preßdruck betrug in diesem Falle 5 Mp/cm , die Sintertemperatur I3OO K innerhalb von 30 Minuten.

Die dadurch erhaltene erfindungsgemäße Katode 1

weist einen iftni .sgionsatrom von 101,6 mA/cm und eine effektive Austrittsarbeit von ^= 0,76 eV auf. Die Meßbedingungen waren den in Beispiel 1 beschriebenen analog. Beispiel 3

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher ö5 Gewichtsprozent Ni und 15 Gewichtsprozent- Rb₂O*Al₂0₃»2Si0₂ enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Preßdruck betrug in diesem Falle 5 Mp/cm²,

beispielsweise Xenon, gefüllten Kolben 2 und zwei .Elektroden, die oben gen en nt a Katode 1 und eine Anode 3 enthält, dia in den Kolben 2 in einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind. Dia Katode 1 ist an einem HaI- ter 4 angeordnet· Dia Außenfläche des Kolbens 2 ist mit einem durchsichtigen leitenden Überzug (in der Zeichnung nicht angedeutet) versehen»

Eine konkrete Variants dieser Röhr© ist am Beispiel einer Lichtblitzröhre beschrieben. Daneben kann die erfindungsgemäBe Katode in Entladungegafaßen sowie in ElöktrοVakuumgeräten varschisdenen Typs verwendet werden

Eine erfindungsgemaße Katode 1 kann beliebige Abmessungen und Konfigurationen aufweisen, als Zylinder, wie dias in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt ist, sowie als Schäibe, Stab und Sphäre ausgebildet sein und nach bekannten üethodan zum Pressen des Eins atzgut es ₉ welches aus Metallpulvarn von hohem Schmelzpunkt oder einem Gemisch dieser Metalls und einem emissionsaktiven Material besteht, hergestellt werden, unter anschlie-Bender Sinterung in Vakuum oder einer Schutz atmosphäre.

Der PreBdruck hängt von der konkreten Zusammensetzung des Einsatzgutes und übersteigt im allgemeinen 10 Mp/cm nicht. Die Sintertsmperatur hängt ebenfalls von der Zusammensetzung des Einsatzgutes ab und kann in einem Baraich von 1000 bia 2000 K variiert werden.

Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend folgende Beispiele angeführt. Beispiel 1

Eina Katode 1 (Abb. 1), ausgeführt in Porm eines Sinterkörpers, welcher 99»5 Gewichtsprozent Nickel und 0,5 Gewichtsprozent Gs₂O-Al₂O-*2SiO₂ enthält, wird wie folgt hergestallt·

Pulverförmiges Nickel und pulverförmiges Zäsiumaluiaosilikat. der genannten Zusammensetzung vermischt in dem genannten Gewichtsverhältnis. Das erhaltene Einsatzgut vermischt man innig und mahlt dann bis zur hr-

zent Cs₂O'Al₃O₃-2SiO₂ enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Ereßdruck beträgt 4 Üp/cm , die Sintertemperatur 1100 K innerhalb von β Minuten.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von

0,2 mA/cm auf. Die Meßbedingungen waren den in Beispiel 1 beschrieoenen analog·
Beispiel d

Eine Katotle 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörper s, der 90 Gewichtsprozent Ta und 10 Gewichtsprozent Cs₂O*Al₂O·2SiO₂ enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt· Der Preßdruck beträgt 6 Mp/cm , die Sintertemperatur 1300 Z innerhalb von 10 Minuten.

solche Katode weist einen Emissionsstrom von

2
30,5 mA/cm auf und eine effektive Austrittsarbeit von ^= o,75 eV auf. Die Meßbedingungen sind den in Beispiel 1 beschriebenen analog.
Beispiel 9

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinter körpers, der 90 Gewichtsprozent He und 10 Gewichtsprozent 2Rb₂O-Al₂O₃^SiO₂ enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Preßdruck beträgt 6 Mp/cm , die Sintertemperatur 13ΟΟ K innerhalb von 10 Minuten.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von 2

7.2 mA/cm auf. Die Meßbedingiingen sind den in Beispiel 1

beschriebenen.analog.

Beispiel 10

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sincerkörpers, der 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Ta und fie mit einem Gewichtaverhält nis von 1:1 und 10'Gewichtsprozent 2Cs_D0^#Al_D0-»5Si0_o enthält, wird analog zu Bei-

•^ 2

spiel 1 hergestellt. Der Preßdruck beträgt 6 Mp/cm , die Sintertemperatur 13ΟΟ K innerhalb von 10 Minuten.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von 2

9.3 mA/cm bei Zimmertemperatur an der Katode und einer

elektrischen Feldstärke von E = 1,5·10 V/ca auf. Beispiel 11

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Zr

die Sintertemperatur 13OO K innerhalb von 25 lünuten. Die dadurch erhaltene erfindungsgemäße Katode 1

weist einen Emissionast rom von 7&t>5 mA/cm und eine effektive Austrittsarbeit von ^f= 0,72 eV auf. Die Meßbedingungen waren den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Beispiel 4

Eine Katode 1, ausgeführt in Fora eines Sinterkörpera, welcher 75 Gewichtsprozent Zr und 25 Gewichtsprozent Hb-OAl₂Q-j'SiOp enthält j wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Preßdruck beträgt 7 Mp/cm , die Sintertemper ac ur 15OO K innerhalb von 50 Minuten.

Die dadurch erhaltene erfinducgsgemäße Katode 1

weist einen Emissionsstroia von 4,5 aA/ca auf. Die Meßbedingungen waren den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Baispiel 5

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers t welcher 90 Gewichtsprozent Hf und 10 Gewichtsprozent 3Eb₀O-J·2Al₀O^'6SiO₀ enthält 9 wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Preßdruck beträgt 6 Mp/cm , die Sintertemperatur 1200 K innerhalD von 20 Jünuten.

Die dadurch erhaltena erfindungsgemaße Katode weist einen Smiasionsstrom von 6,9 mA/cm bei Zimmertemperatur an der Katode und eine elektrische Feldstärke von E = 1.5Ί0⁴ V/ca auf.

Beispiel 6

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, der 99»5 Gewichtsprozent eines Gemisches von Zr und Hf bei einem Gewichtaverhältnia von 1:2 und 0,5 Gewichtsprozent Hb₂O*Al₀O--2SiOp enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Preßdruck beträgt 3 -Mp/cm , dia Sintertemperatur 1000 K innerhalb von 10 Minuten.

Sine solche erf indungsgemäßa Katode weist einen Eais-

sionsstroia von 0,2 aA/cm auf. Die Meßbedingungen waren den in Beispiel 1 beschriebenen analog. Beispiel 7

Eine Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, der 99,5 Gewichtsprozent Nb und 0,5 Gewichtspro-

COPY

ΊΟ Torr bei einer Temperatur von 1oOO K innerhalb von 20 Minuten gesintert.

Sine solche Katode weist einen Emissionsstrom von

p
0,11 mA/cm auf. Die Meßbedingungen aind den in Beispiel 12 beschriebenen analog·

aeiapiel 14

Eine Katode 1, ausgeführt in Form einea Sinterkörpers» welcher 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Lo und Ta mit einem Gewichtsverhältnia von 1:2 und 10 Gewichtsprozent Cs₂O* AIpO., "SiO₂ enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Der Preßdruck beträgt 6 Mp/cm, die Sintertemperatur 13ΟΟ K innerhalb von 10 Minuten.

Sine solche Katode weist einen Km1ssionsstrom von 17,7 mA/cm auf. Die Aießbedingungen sind den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Beispiel 15-

Mne Katode 1, ausgeführt in form eines Sinterkörpers , welcher 90 Gewichtsprozent eines Gemisches von Hf und Mo mit einem Gewichtsverhältnis von 1:2 und 10 Gewichtsprozent 2Eb₂O*2Al₂O^·5SiOp enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt. Dei Preßdruck beträgt 5 Mp/cm , die Sintertemperatur 13ΟΟ K innerhalb von 20 Minuten.

Eine solche Katode weist einen Emissionsstrom von 4,5 mA/cm auf. Die MeJäbe dingung en sind den in Beispiel 12 beschriebenen analog.

In der zum Patent angemeldeten in Abb. 2 dargestellten Gasentladungsröhre, die insbesondere als Licht blitzröhre verwendet wird, verwendet man zweckmäßig eine nach Beispiel 2 hergestellte erfindungsgemäße Katode 1. 3Q Jedoch kann eine zum Patent angemeldete auf der Basis einer beliebigen der oben beschriebenen Katoden mit Erfolg hergestellt werden·

Das Prinzip des Betriebs der genannten, auf der Basis der erfindungsgemäßen Katode 1 ausgeführten Gasentladungsröhre besteht in folgendem.

Man ionisiert vorher das in dem Kolben 2 der fiöhre enthaltene Gas nach einem beliebigen bekannten Verfahren.

und Nb mit einem Gewichtsverhältnis von 1:1 und 10 Gewichtsprozent Gr₂O⁹AIpO-J'2SiOp enthält, wird analog zu Beispiel 1 hergestellt· Der Preßdruck beträgt 5 Mp/cm , die Sintertemperatur I3OO K innerhalb von 10 Minuten.

Eine solche Katode weist einen Emissions st rom von 00 mA/cm und eins effektive Aussrittsarbeit von vj5=O,7i eV auf. Die Meßbedingungen sind den in Beispiel 1 beschriebenen analog.

Eine Xatoda 1» ausgeführt in Form eines Sinterkörpers, welcher 90 Gewichtsprozent Ho und 10 Gewichtsprozent 30820'AIpOn*6SiO₂ enthält₉ wird wie folgt hergestellt.

Man vermischt pulverförmiges Molybdän, pulverföraiges ZäsiumaluiEosilikat der genannten Zusammensetzung und Polyvinylalkohol in folgendem Gewichtsverhältnis: 65,5 Gewichtsproaent Molybdän, "9,5 Gewichtsprozent Zäsium— alumosilikat und 5 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol. Der letztere erfüllt die Funktion eines Weichmachungsmittels, das den Preßvorgang und die Sinterung das Einsatzgutes veroessert. Nach dem Mahlen wird das Einsatzgut unter

einem Druck von ö Mp/cm gepreßt. Der erhaltene Preßling

—4
wird in einem Vakuum von 10 Torr bei einer Temperatur von 1400 K innerhalb von 15 Minuten gesintert.

Eine solche Katode weist einen Eaissionsstrom von

ρ
0,31 ml/cm Dei Zimmertemperatur an der Katode und bei der elektrischen Stromstärke von S = 1,5"10 V/cm auf.

Beispiel 13

Ki,na Katode 1, ausgeführt in Form eines Sinterkörpars» welcher 75 Gewichtsprozent W und 25 Gewichtsprozent 2Ga₂O»2Al₂O^»5SiO₂ enthalt, wird wie folgt hergestellt.

Man bereitet ein Einsatzgut, welches 71,25 Gewichtsprozent Wolfram, 23»75 Gewichtsprozent Zäsiumalumosilikat und 5 Gewichtsprozent Polyvinylalkohol enthält. Das

• 2

Einsatagut wird bei einem Preßdruck von 10 iäp/cm gepreßt und der erhaltene Preßling in einem Vakuum von

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Stabilität ihrer ümissionskennwerte während längeren Betriebs sowie eine große Leoensdauer der Gasentladungsröhren, in denen sie verwendet werden, bedingt ist.

Eines der konkreten Beispiele für die Ausführung der erfindungsgemäßen Höhre stellt eine Lichtolitzröhre, ausgelegt für eine Lichtblitzenergie von 15 J, dar. Der Kolben 2 dieser .Röhre weist einen Innendurchmesser von 2 um und einen Abstand zwischen der Katode 1 und der Anode 3 von 16 mm auf und ist mit dem ionisierbaren Gas Xenon bis zu einem Druck von 600 Torr gefüllt. Die erfindungsgemäße Katode 1 ist in Übereinstimmung mit dem Beispiel 2 hergestellt und weist einen Außendurchmeseer von 1,5 mm auf.

Eine solche Höhre weist eine Zündspannung von 1üO V (bei einer Anlaßimpulsspannung von 4,5 kV) und eine Betriebsspannung von 200 V bei einem Entladungsstrom von 500 A auf. Nach 40 000 Lichtolitzen bleiben diese Parameter unverändert.

Eine andere Variante der erfindungsgemäßen Bohre ist die Lichtblitzröhre, ausgelegt für eine Lichtblitzenergie von 40 J. Der Kolben 2 dieser Höhre weist einen Innendurchmesser von 3,2 mm, einen Abstand zwischen der Katode 1 und der Anode 3 von 30 mm auf und ist mit dem ionisierbaren Gas Xenon bei einem Druck von 230 bis 250 Torr gefüllt. Die nach dem Beispiel 2 hergestellte erfindungsgemäße Katode 1 weist einen Außendurchmesser von 2,4 mm auf.

Eine solche Bohre weist eine Zündspannung von öO V (bei einer Anlaßimpulsspannung von 4,5 kV) und eine Betriebsspannung von 110 V bei einem Entladungsstrom von 500 A auf. Nach 40 000 Licht olitzen bleiben diese Parameter unverändert.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Katode ist der einmalig niedrige Wert der Austrittsarbeit: γ a 0,6 bis 0,9 eV bei Zimmertemperatur. Dadurch wird es möglich,

2 von der Katode hohe Emissionsströme bis zu 100 mA/cm

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Man legt beispielsweise an dan durchsichtigen leitenden Überzug in dem Kolben 2 einen Anlaßimpuls mit einer Spannung an, deren Größe für die Ionisation des Gases ausreichend ist. Dann legt man an die Katode 1 und die Anode 3 der Höhre eine elektrische Spannung in Form von Impulsen mit einer Amplitude an, die der Zündspannung gleich ist oder diese übersteigt. Unter der Wirkung der Spannung werden von der Katode Elektronen emitiert, welch© in dem Zwisc'aenelektrodenraum eine von einer intensiven Lichtemission begleitete elektrische Entladung, das heißt einen Lichtblitz erzeugen.

Die Entladungszündspannung in der erf indungsgemäßsn Äöhrs und die Betriebsspannung dieser Höhre ist der Austrittsarbeit der in dieser verwendeten Katode erfin— dungsgemäß direkt proportional, weshalb die genannten elektrischen Parameter in der Röhre um so geringer sind, je weniger die Austrittsarbeit der Katode ist;. Ihrerseits verringern die Senkung der Zündspannung und der Betriebsspannung der Gasentladungsröhre die «Wärmebelastung der Katoda während ihres 3etrieb3.

Somit werden die elektrischen Parameter der Gasentladungsröhre durch die Größe der Austrittsaroeit der in dieser verwendeten Kacode bestimmt.

Es ist in den oben angeführten Beispielen gezeigt;, daß die erfindungsgemäßa Katoda eine Austrittsarbeit bei Zimmertemperatur an der Katode von weniger als 1 eV aufweist, wodurch ihre hohe Emissionsfähigkeit bedingt ist· Das ist darauf zurückzuführen, daß das aus dem Zasiumalumosilikat oder Ruoidiumaluaosilikat bestehende emissionsaktive Material eine niedrige Austrittsarbeit (etwa 1 eV) aufweist, bedingt durch das Vorliegen von Ionen der Alkalimetalle Zäsium Dzw. Rubidium. Diese Ionen sind in den Zwischengitterst eilen der Alumo silikat e gleichmäßig verteilt und durch ihre elektrostatischen Kräfte fest ■ zusammengehalten. Deshalb ist die Verdampfung des Alkalimetalls, des Zäsiums und Rubidiums, von der Katode erfindungsgemäß unbedeutend, wodurch die hohe

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oei einer- elektrischen Feldstarke von 2· 10 V/cm abzunehmen.

lüin weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Katode ist ihre außerordentlich hohe Bescändigkeit gegen die Wirkung des Ionenbeschusses. So bleibt beispielsweise oeim Betrieb der Katode in LicntDÜtzröhren mit recht hohem .Druck des ionisierDaren Gases (600 Torr) ihre Kmissionsfähigkeit auf dem ursprünglichen Niveau nach 40 000 Lichtolitzen, während eine aeritliche jJegradation der Katode erst nach 65000 Lichtblitzen einsetzt. Eb soll bemerkt werden, daß der Sinterkörper einer solchen Katode ö5 bis 90 % Nickel enthält, das sich unter allen in den gewöhnlich verwendeten Sinterkatodan verwendeten iiüet allen besonders laicht zerstäuoen IaBt.

Bei der Verwendung in dem Sinterkörper der erfindungsgejnäßen Katode von Metallen mit höherem Schmelzpunkt wie Tantal, Wolfram und dergleichen ihre Beständigkeit gegen die Wirkung des Ionenbeschusses wesentlich nöher wird.

Die oben genannten Vorteile der Katode gestatten es, auf ihrer Grundlage Gasentladungsröhren-mit hohen fletriebsparametern wie hohe Lichtausbeute, niedrige Zündspannung, geringe Abmessungen oei einer hohen Lebensdauer zu erhalten· So weist beispielsweise eine erfindung sgemäße Licht blitzröhre mit einer Licht blitzenergie von 15 J eine Zündspannung von 1oO V, eine Größe des leuchtenden Teiles von 2 σ 16 mm und eine Leoensdauer von mehr als 40 000 Lichtblitzen auf.

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Claims (3)

1. Ί 1259

   HOFFMANN - EITLE" "& PARTNER

   ['AIf NT- UNfD RECHTSANWÄLTE -Al HN Γ AMWAL I"F£ DIPI . INf j. W MILE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN

   DIPL.-INf,. K. f UGH.M C: · ΙΛΠΙ Κ.ΝΛΙ.ΙΙ. HANSEN ■ DR. RER. NAT. H.-A. BRAUN'., · DIPL ING. K. GORG

   UIPL INCj. K. KOHLMANN · RECHTSANWALT A. NETTE

   P 33 11 259.2 38 470 u/wa

   Institut radiotekhniki i elektroniki Akademii Nauk SSSR,Moskau / UdSSR

   Kathode und Gasentladungsröhre, ausgeführt auf der Basis dieser Kathode

   PATENTANSPRÜCHE f --.._
   . 1 j Kathode, ausgeführt in Form eines

   - Sinterkörpers, der

   - ein Metall von hohem Schmelzpunkt oder ein Gemisch dieser Metalle und

   - ein emissionsaktives Material enthält, dadurch gekennzeichnet , dass

   - das emissionsaktive Material Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat enthält.
2. 2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net ,. dass

   - der Sinterkörper

   - 0,5 bis 25 Gew.% Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat enthält.
3. 3. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass

   - das Zäsiumalumosilikat oder Rubidiumalumosilikat eine Zusammensetzung aufweist, die durch die folgende Formel ausgedrückt ist:

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