DE3804078A1 - Verfahren zur herstellung eines widerstands - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Widerstandes, der speziell zur Lichtbogenunterdrückung in einer Kathodenstrahlröhre geeignet ist, um den schädlichen Einfluß von zufällig auftretenden Entladungen inner­ halb der Kathodenstrahlröhre zu verhindern.

Bisher sind Kathodenstrahlröhren zur Verwendung in Fernsehempfängern unter genauer Einhaltung festgelegter Fertigungstoleranzen hergestellt worden, um Entladungen innerhalb der Kathodenstrahlröhre und insbesondere zwi­ schen den Elektroden der Elektronenkanone oder zwischen einer Elektrode und anderen Teilen zu verhindern. Entladungen aufgrund verschiedener, zufäl­ liger Ursachen können jedoch nicht mit absoluter Sicherheit ausgeschlossen werden. Wenn eine Kathodenstrahlröhre nicht mit geeigneten Vorrichtungen zur Vermeidung solcher Effekte versehen ist, kann ein extrem hoher Strom über den Entladungsweg fließen, und dabei die Elektroden ausbrennen, die Ver­ bindung zwischen Elektroden durch Zerstörung der Verbindungsdrähte unter­ brechen, oder Schaltungsteile des Fernsehempfängers oder ähnliches zerstö­ ren. Um diesen, durch Entladungsströme hervorgerufenen Problemen zu be­ gegnen, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, das als "Soft-Flash-Methode" bekannt ist. Dabei wird auf die innere Oberfläche des Röhrenkolbens ein lei­ tender Film mit hohem Widerstand aufgebracht. Die Entladungsenergie fließt über die leitende Schicht ab. Als weitere Möglichkeit ist vorgeschlagen worden, einen hochohmigen Widerstand als leitende Verbindung zwischen den Elektro­ den zu verwenden, die die Elektronenkanone bilden.

Fig. 1 zeigt das Beispiel einer Kathodenstrahlröhre, in der ein hochohmiger Widerstand verwendet wird. Wie zu erkennen ist, enthält die Kathodenstrahl­ röhre im Bereich des Halses 3 des Röhrenkolbens 2 eine Elektronenkanone 1. Die Elektronenkanone 1 enthält eine Kathode K und erste bis fünfte Gitter G 1 bis G 5 in dieser Reihenfolge. Die dritten bis fünften Gitter G 3 bis G 5 bilden eine Haupt-Elektronenlinse vom Äquipotentialtyp. An diese ist eine hohe Span­ nung angelegt, das heißt eine Anodenspannung ähnlich der, die an dem Phos­ phorschirm (nicht gezeigt) vorhanden ist. Das dritte und fünfte Gitter G 3 und G 5 wird wie folgt mit Spannung versorgt:

Das freie Ende eines flexiblen, metallischen Leiterabschnittes 6 befindet sich in federndem Kontakt mit einer inneren leitenden Schicht 5. Diese besteht aus einer mit Graphit beschichteten Schicht oder ähnlichem, die auf die innere Oberfläche eines trichterförmigen Abschnittes 4 des Röhrenkolbens 2 aufge­ bracht ist und an die eine Hochspannung angelegt ist. Der flexible Leiterab­ schnitt 6 ist mit dem fünften Gitter G 5 verbunden. Außerdem sind das fünfte und dritte Gitter G 5 und G 3 miteinander über einen hochohmigen Widerstand ver­ bunden, das heißt einen Widerstand R zur Lichtbogenunterdrückung, so daß beide mit Spannung versorgt werden. Die anderen Elektroden, wie zum Beispiel die Kathode K und das erste, zweite und vierte Gitter G 1, G 2 und G 4 sind in ähn­ licher Weise über Leiter mit entsprechenden Anschlußstiften 8 verbunden. Die Anschlußstifte 8 erstrecken sich durch einen Querabschnitt 7, der mit dem Endabschnitt des Halsteiles 3 verschmolzen ist. Folglich werden die Kathode K und das erste, zweite und vierte Gitter G 1, G 2 und G 4 über die entsprechenden Anschlußstifte 8 mit Spannung versorgt. In diesem Fall liegt insbesondere an der Fokussierelektrode eine niedrige Spannung an, das heißt das vierte Gitter G 4 und der entsprechende Anschlußstift 8 sind in ähnlicher Weise über einen Widerstand R zur Lichtbogenunterdrückung verbunden. Bei normalem Betrieb fließt kein Strom durch diese Widerstände R, so daß die Eigenschaften der Ka­ thodenstrahlröhre nicht beeinflußt werden. Wenn jedoch ein durch Bogenent­ ladungen verursachter Strom auftritt, können diese Widerstände R einen Stromunterdrückungseffekt hervorrufen.

Die Widerstände R können, wie zum Beispiel in der japanischen Patentanmel­ dung 61-43 205 dargestellt, durch Mischen und Sintern von Aluminium, Ton- und Graphitpulver hergestellt werden. Dieser, schon früher vorgeschlage­ ne Widerstand zur Lichtbogenunterdrückung soll im folgenen kurz beschrie­ ben werden.

Die Herstellung erfolgt in der Weise, daß zunächst ein säulenartig formgepreß­ tes Material aus Keramik, wie zum Beispiel Aluminium mit Kohlenstoff gefer­ tigt und in Sauerstoffumgebung wärmegehärtet wird. Danach wird nur der Koh­ lenstoff in Form von Kohlenstoffdioxid von der Oberfläche entfernt, so daß das gehärtete Keramikmaterial aufgrund des Vorhandenseins von keramischen Isolierschichten aus Aluminium auf seiner Oberfläche einen hohen Widerstand aufweist. Da der Kohlenstoff im Inneren des wärmegehärteten Keramikmate­ rials verbleibt, hat dieses einen keramischen Widerstandskern aus Aluminium und Kohlenstoff mit einem vorbestimmten Widerstandswert. Bei diesem Wider­ stand dient das Graphitpulver als leitendes Element. Da ein hochohmiger Wi­ derstand einen wesentlichen lichtbogenunterdrückenden Effekt verursachen kann und der Widerstandswert leicht einstellbar ist, kann auch der Entla­ dungsstrom leicht beeinflußt werden.

Bei dem oben beschriebenen Widerstand kann jedoch aufgrund der Verwendung von Graphit bei Erhitzung durch einen elektrischen Entladungsstrom Gas frei­ gesetzt werden. Im ungünstigsten Fall können auch im stationären Zustand ge­ ringe Mengen Gas frei werden. Folglich kann bei herkömmlichen Widerstän­ den die zuverlässige Funktion der die Elektronen aussendenden Kathode beein­ flußt werden.

Die Freisetzung von Gasen erfolgt aufgrund der der keramischen Isolierschicht, die die Oberfläche des Widerstandes bedeckt, anhaftenden Porösität. Bei der Herstellung werden nämlich eine große Anzahl von Poren in der keramischen Isolierschicht gebildet, durch die Gase bei der Wärmehärtung entweichen, wenn das Graphit nahe der Oberfläche des Aluminiums zur Bildung dieser Schicht wärmegehärtet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Widerstandes anzugeben, der speziell zur Verwendung in einer Farb-Kathoden­ strahlröhre eines Fernsehempfängers geeignet ist und keine unerwünschten Einflüsse durch Freisetzung von Gasen aufgrund von Lichtbogenentladungen ausübt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angege­ ben. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsge­ dankens zum Inhalt.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Herstellung eines Widerstandes zur Lichtbogenunterdrückung mit einer keramischen Isolierschicht, die in­ tegral auf der Oberfläche eines Widerstandskernes ausgebildet ist, sowie die Wärmehärtung des Widerstandes im Vakuum unter den folgenden Bedingungen:
der Druck liegt im Bereich zwischen 1 × 10^-3 Torr und 1 × 10^-7 Torr, die Tempe­ ratur im Bereich zwischen 250°C und 500°C und die Behandlungszeit beträgt mehr als 30 Minuten.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeich­ nung. Es zeigt

Fig. 1 die schematische Darstellung des Hauptabschnittes einer Kathodenstrahlröhre, bei der eine erfindungsgemäße Ausfüh­ rungsform eines Widerstandes zur Lichtbogenunterdrückung verwendet wird;

Fig. 2 die vergrößerte Seitenansicht einer Ausführungsform eines Widerstandes zur Lichtbogenunterdrückung, der mit dem er­ findungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde;

Fig. 3 den Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2;

Fig. 4 die schematische Darstellung eines bei der Erfindung verwen­ deten Gerätes zur Wärmehärtung unter Vakuumbedingungen; und

Fig. 5 eine Tabelle der ausgewerteten Ergebnisse der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Widerstandsele­ mente.

Zunächst wird, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, eine säulenförmig formge­ preßte Substanz aus einem Aluminium- Keramikmaterial mit Kohlenstoff herge­ stellt, die dann in Sauerstoffatmosphäre wärmegehärtet wird. Dabei wird durch richtige Auswahl von Temperatur und Zeit der Kohlenstoff nur von der Oberfläche in Form von Kohlendioxid entfernt, so daß eine Aluminium (Al₂O₃)- keramische Isolierschicht 10 gebildet wird. Das oben beschriebene formgepreß­ te keramische Substrat enthält in seinem Inneren den zurückbleibenden Koh­ lenstoff und bildet folglich einen Widerstandskern 9 aus Al₂O₃-Keramik mit einem vorbestimmten Widerstandswert. Schließlich werden die Al₂O₃-kera­ mische Isolierschicht 10 und der Al₂O₃-Kohlenstoffwiderstandskern 9 zusam­ mengefügt und bilden als einheitliche Struktur den Widerstand R zur Lichtbogen­ unterdrückung. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind beide Enden des Widerstandes R mit einer Abschlußhülse 13 versehen, die eine elektrische Verbindung zu dem Wi­ derstandskern 9 herstellt. Die Abschlußhülsen 13 bestehen zum Beispiel aus rostfreiem Stahl. In diesem Fall sind beide Endabschnitte des Widerstandes, die von der Abschlußhülse 13 umschlossen sind einschließlich der an beiden Endflächen freigesetzten Oberfläche des Widerstandskernes 9, mit einer leiten­ den Schicht, wie zum Beispiel Aluminium oder ähnlichem mit guter elek­ trischer Leitfähigkeit durch ein thermisches Aufsprühverfahren beschichtet, so daß ein genügend guter elektrischer Kontakt zwischen dem Widerstandskern 9 und den Abschlußhülsen 13 sichergestellt ist.

Der auf diese Weise hergestellte Widerstand R wird zur Wärmebehandlung in ein in Fig. 4 gezeigtes Vakuumgerät 21 eingebracht. Nach der Wärmehärtung kann er in eine Farb-Kathodenstrahlröhre eingebaut und getestet werden.

Das in Fig. 4 gezeigte Vakuumgerät 21 zur Wärmehärtung weist einen elek­ trischen Ofen 22, eine Ofenkammer 23, eine Absaugöffnung 24, ein Thermome­ ter 25, ein Magnetventil 26 und eine Einlaßöffnung 27 auf. Der Widerstand R zur Lichtbogenunterdrückung wird zur Wärmehärtung in das Vakuumgerät 21 bzw. in die Ofenkammer 23 eingebracht, worauf mittels einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) durch die Auslaßöffnung 24 die Luft abgesaugt wird. Die Wärme­ härtung des Widerstandes R erfolgt dann unter Vakuumbedingungen. Als Va­ kuumpumpe kann eine Rotationspumpe, eine Diffusionspumpe oder ähnliche verwendet werden; die Temperaturmessung erfolgt mittels des Thermometers 25. Nach der Behandlung wird das Magnetventil 26 in Betrieb gesetzt und ge­ trockneter Stickstoff durch die Einlaßöffnung 27 in die Ofenkammer 23 einge­ leitet. Die Versuchsbedingungen wurden wie folgt festgelegt:
Der Druck des Vakuums betrug 1 × 10^-3 Torr, 1 × 10^-4 Torr, 1 × 10^-6 Torr und 1 × 10^-7 Torr. Die Temperaturen betrugen 120°C, 200°C, 250°C, 300°C, 400°C und 500°C. Die Behandlungszeiten betrugen 15, 30, 60 und 120 Minuten. Zu Test­ zwecken wurden diese Bedingungen miteinander kombiniert. Die Auswertung erfolgte unter Verwendung des folgenden CQF (Kathodengütefaktor)-Wertes:

CQF = MI _k /MI _k ′

wobei MI _k den maximalen Kathodenstrom darstellt und MI _k ′, die minimale Kathoden-Emissionscharakteristik bedeutet, die aus dem Mittelwert und der Standardabweichung des statistisch ermittelten Ergebnisses der Beziehung zwischen der Grenzspannung E _KCO und dem maximalen Kathodenstrom MI _k ermittelt wurde.

Im einzelnen wurden die Ergebnisse mit der folgenden Gleichung berechnet:

CQF = MI _k /(2.628 E _KCO 1.543)

wobei die Spannung E _{C 2} des zweiten Gitters G 2 200 Volt und die Heizspannung E _f 6.3 V betrug.

Fig. 5 zeigt die Tabelle der auf diese Weise unter verschiedenen Versuchsbedin­ gungen ermittelten Ergebnisse. Die Kathoden von fünf Farb-Kathodenstrahl­ röhren, die jeweils drei Kathoden enthielten, wurden als Proben für die Berech­ nung verwendet. Bei dem Versuch wurde jede durch Lichtbogenentladung be­ schädigte Kathode entfernt. In der Tabelle bedeuten zwei ineinanderliegende Kreise eine beträchtliche Verbesserung, ein einfacher Kreis eine geringfügige Verbesserung mit noch befriedigendem Ergebnis, ein Dreieck ein unbefriedi­ gendes Ergebnis und ein Kreuz ein Ergebnis ohne Verbesserung.

Der nach einem beschleunigten Versuch ermittelte Wert repräsentiert den CQF- Wert im Bezug auf die Lebensdauer. Dieser Wert ist eine relative Auswertung für den Standardwert. Die Veränderung mit der Zeit stellt den Grad der Verschlech­ terung des CQF-Wertes dar, und zwar von dem Wert unmittelbar nach Herstel­ lung der Kathodenstrahlröhre bis zu dem Wert nach Durchführung des be­ schleunigten Testes.

Fig. 5 zeigt die folgenden Ergebnisse:
Bei 120°C konnte für keine Behandlungszeit und bei keinem Vakuumdruck eine Verbesserung des Ergebnisses erzielt werden. Eine Temperatur von 200°C erfor­ derte einen Vakuumdruck von weniger als 1 × 10^-4 Torr. Bei diesem Druck wa­ ren mehr als 60 Minuten erforderlich. Ein Vakuumdruck zwischen 1 × 10^-6 und 1 × 10^-7 Torr erforderte mehr als 30 Minuten Behandlungszeit.

Bei 25° C mußte der erforderliche Vakuumdruck kleiner als 1 × 10^-4 Torr sein. Dabei waren dann mehr als 60 Minuten Behandlungszeit erforderlich. Zwischen 1 × 10^-6 und 1 × 10^-7 Torr Vakuumdruck betrug die erforderliche Zeit mehr als 30 Minuten.

Bei 300°C war ein Druck von weniger als 1 × 10^-4 Torr erforderlich. Die erfor­ derliche Behandlungszeit betrug dabei mehr als 30 Minuten. Ein Vakuumdruck im Bereich zwischen 1 × 10^-6 und 1 × 10^-7 Torr erforderte mehr als 15 Minuten.

Bei 400°C waren weniger als 1 × 10^-3 Torr erforderlich. Bei einem Vakuum­ druck zwischen 1 × 10^-3 Torr und 1 × 10^-4 Torr war die erforderliche Behand­ lungszeit mehr als 30 Minuten. 15 Minuten und mehr waren erforderlich bei einem Vakuumdruck zwischen 1 × 10^-6 und 1 × 10^-7 Torr.

Bei 500°C schließlich betrug der erforderliche Mindestvakuumdruck 1 × 10^-3 Torr. Die dabei erforderliche Behandlungszeit war dann länger als 30 Minuten. Im Bereich zwischen 1 × 10^-4 Torr und 1 × 10^-7 Torr waren 15 und mehr Minu­ ten erforderlich.

Die Ermittlung der optimalen Bedingungen ergab:
eine Temperatur im Bereich zwischen 400°C und 500°C, ein Vakuumdruck von 1 × 10^-6 Torr und eine Behandlungsdauer im Bereich zwischen ein und zwei Stunden.

Auch wenn die aus rostfreiem Stahl hergestellten Abschlußhülsen 13 zum Ab­ schluß der Endabschnitte des Widerstandes schon bei weniger als 400°C schwach oxidieren, erfolgt die vollständige Oxidation erst bei 500°C. Um die Oxidation der Anschlußkappen 13 bei 500°C zu verhindern, sollte der Vakuum­ druck unabhängig von der Behandlungszeit mindestens 1 × 10^-6 Torr betragen. In diesem Fall verursacht die Vakuum-Wärmehärtung keine Probleme, wenn der Widerstand R dieser Behandlung unterzogen wird, bevor die Abschlußhül­ sen 13 an den Endabschnitten befestigt werden.

Nach der Wärmehärtung im Vakuum sollte der Widerstand R so schnell wie möglich in die Kathodenstrahlröhre eingebaut werden.

Die Minimalanforderungen bezüglich der Wärmehärtung des Widerstandes R liegen erfindungsgemäß bei einem Vakuumdruck im Bereich zwischen 1 × 10^-3 Torr und 1 × 10^-7 Torr, einer Temperatur im Bereich zwischen 250°C und 500°C und einer Behandlungsdauer von mehr als 30 Minuten. Dadurch kann man dann einen Widerstand zur Lichtbogenunterdrückung mit stabilen Eigenschaf­ ten erzielen.

Der in Fig. 2 gezeigte Widerstand R kann auch so modifiziert werden, daß sei­ ne äußere Oberfläche zusätzlich mit einer zylindrischen Isolierschicht aus Alu­ minium bedeckt wird. Die beschriebene Vakuum-Wärmehärtung kann jedoch unabhängig davon ausgeführt werden.

Da bei der Erfindung der Widerstand zur Lichtbogenunterdrückung aus einem Widerstandskern und einer keramischen Isolierschicht gebildet wird, die zu­ sammen auf ihrer Oberfläche wärmegehärtet werden und vor Einbau in eine Kathodenstrahlröhre einer Vakuumbehandlung unterliegen, ist es möglich, stabile Eigenschaften des Widerstandes zu erzielen. Da der Widerstand keine Gase abgibt, kann eine Kathodenstrahlröhre mit hoher Qualität hergestellt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines Widerstands, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

• - umgeben eines Widerstandskerns (9) mit bestimmten Widerstandswert mit einer keramischen Isolierschicht (10) und
• - Wärmehärten des Widerstands unter Vakuumbedingungen bei einem Druck im Bereich zwischen 1 × 10^-3 Torr und 1 × 10^-7 Torr, einer Temperatur im Bereich zwischen 250°C und 500°C und für eine Behandlungsdauer von mehr als 30 Minuten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tempe­ ratur im Bereich zwischen 400°C und 500°C liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wider­ stand nach Wärmehärtung in eine Kathodenstrahlröhre eingeschmolzen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Wär­ mehärtung eine periphere Aluminiumschicht über den Widerstand gelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wider­ stand nach Aufbringen der peripheren Schicht unter den genannten Bedin­ gungen wärmegehärtet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (9) und die Isolierschicht (10) aus monolithischem Aluminiummaterial gebildet sind und im Kern leitende, kohlenstoffhaltige Partikel vorhanden sind.