DE3804078C2 - 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 werden Kathodenstrahlröhren zur Verwendung in Fernsehempfängern unter genauer Einhaltung festgelegter Fertigungstoleranzen hergestellt, um Entladungen innerhalb der Kathodenstrahlröhre und insbesondere zwischen den Elektroden einer Elektronenkanone oder zwischen einer Elektrode und anderen Teilen zu verhindern. Entladungen aufgrund verschiedener zufälliger 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 Verbindung zwischen Elektroden durch Zerstörung der Verbindungsdrähte unterbrechen, oder Schaltungsteile des Fernsehempfängers oder ähnliches zerstören. Um diesen, durch Entladungsströme hervorgerufenen Problemen zu begegnen, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, das als "Soft-Flash- Methode" bekannt ist. Dabei wird auf die innere Oberfläche des Röhrenkolbens ein leitender Film mit hohem Widerstand aufgebracht. Die Entladungsenergie fließt über den leitenden Film ab. Als weitere Möglichkeit ist vorgeschlagen worden, einen hochohmigen Widerstand als leitende Verbindung zwischen den Elektroden 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 eines Halses 3 eines Röhrenkolbens 2 eine Elektronen­ kanone 1. Die Elektronenkanone 1 enthält eine Kathode K und erste bis fünfte Gitter G1 bis G5 in dieser Reihenfolge. Die dritten bis fünften Gitter G3 bis G5 bilden eine Haupt-Elektronenlinse vom Äquipotentialtyp. An diese ist eine hohe Spannung angelegt, das heißt eine Anodenspannung ähnlich der, die an dem Leuchtstoffschirm (nicht gezeigt) vorhanden ist. Das dritte und fünfte Gitter G3 und G5 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 G5 verbunden. Außerdem sind das fünfte und dritte Gitter G5 und G3 miteinander über einen hochohmigen Widerstand verbunden, 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 G1, G2 und G4 sind in ähnlicher Weise über Leiter mit entsprechenden Anschlußstiften 8 ver­ bunden. 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 G1, G2 und G4 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 G4 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 Ei­ genschaften der Kathodenstrahlröhre nicht beeinflußt werden. Wenn jedoch ein durch Bogenentladungen verursachter Strom auftritt, können diese Wider­ stände R einen Stromunterdrückungseffekt hervorrufen.

Die Widerstände R können, wie zum Beispiel in der nachveröffentlichenten Pa­ tentoffenlegungsschrift JP 62-202 444 A dargestellt, ist, durch Mischen und Sintern von Aluminium, Ton- und Graphitpulver hergestellt werden. Dieser, schon früher vorgeschlagene Widerstand zur Lichtbogenunterdrückung soll im folgenden kurz beschrieben werden.

Die Herstellung erfolgt in der Weise, daß zunächst ein säulenartig formgepreß­ tes Material aus Keramik, wie zum Beispiel Aluminiumoxid mit Kohlenstoff ge­ fertigt und in Sauerstoffumgebung wärmegehärtet wird. Danach wird nur der Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffdioxid von der Oberfläche entfernt, so daß das gehärtete Keramikmaterial aufgrund des Vorhandenseins von keramischen Isolierschichten aus Aluminiumoxid auf seiner Oberfläche einen hohen Wider­ stand aufweist. Da der Kohlenstoff im Inneren des wärmegehärteten Keramik­ materials verbleibt, hat dieses einen keramischen Widerstandskern aus Aluminiumoxid und Kohlenstoff mit einem vorbestimmten Widerstandswert.

Bei diesem Widerstand dient das Graphitpulver als leitendes Element. Da ein hochohmiger Widerstand einen wesentlichen lichtbogenunterdrückenden Effekt verursachen kann und der Widerstandswert leicht einstellbar ist, kann auch der Entladungsstrom leicht beeinflußt werden.

Bei dem oben beschriebenen Widerstand kann jedoch aufgrund der Verwen­ dung von Graphit bei Erhitzung durch einen elektrischen Entladungsstrom Gas freigesetzt werden. Im ungünstigsten Fall können auch im stationären Zustand geringe Mengen Gas frei werden. Folglich kann bei herkömmlichen Widerständen die zuverlässige Funktion der die Elektronen aussendenden Kathode beeinflußt werden.

Die Freisetzung von Gasen erfolgt aufgrund der der keramischen Isolier­ schicht, die die Oberfläche des Widerstandes bedeckt, anhaftenden Porösität. Bei der Herstellung werden nämlich eine große Anzahl von Poren in der kera­ mischen Isolierschicht gebildet, durch die Gase bei der Wärmehärtung entwei­ chen, wenn das Graphit nahe der Oberfläche des Aluminiumoxids zur Bildung dieser Schicht in sauerstoffhaltiger Atmosphäre wärmegehärtet wird.

Aus der DE-PS 206 109 ist ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Leiter und Widerstandskörper aus leitenden Oxiden mit einem feuerfesten isolieren­ den Überzug bekannt. Bei diesem Verfahren bildet sich auf der Oberfläche von Titan nach einer Ausbrennprozedur in Verbindung mit einem verkohlbaren Bindemittel wie Paraffin, Dextrin oder Teer eine Isolationsschicht aus Titan­ säure oder Titansuboxid.

Weiterhin ist aus der DE-PS 645 871 ein Verfahren zur Herstellung vakuum­ dichter elektrischer Gefäße mit einem Lötverfahren bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Temperatur des Lots so lange erhöht, bis dieses flüssig wird, so daß die Temperatur sich in einem Bereich zwischen 180°C bis 240°C bewegen könnte. Aus der DD 221 299 A1 ist ein Sinterverfahren für Dick­ schichtpasten bekannt, bei dem Sintertemperatur-Intervalle für Leitpasten, Widerstandspasten und Multilayerpasten zwischen 800°C und 1150°C und für Abdeckpasten zwischen 600°C und 850°C liegen. Dickschichtpasten werden bei Drücken zwischen 120 bis 400 Pa gesintert.

Aus US-2,958,936 ist die Herstellung eines Heizelementes, bestehend aus einer Vielzahl von Schichten, bekannt. Dabei wird jeweils zwischen zwei leitenden Schichten eine isolierende Schicht gebildet. Als mögliche Schicht­ materialien sind Zirkonium, Eisen oder Aluminium angegeben. Zur Erzeugung der Oxidschicht auf der Oberfläche des Aluminiums wird beispielsweise dieses bei einem extrem hohen Druck bei Temperaturen von 850°C bis 900°C geschmolzen.

Schließlich ist die Verwendung von Aluminiumoxid als periphere Schutz­ schicht bei Widerständen der DE 36 03 784 A1 zu entnehmen, während in der US-2,803,729 ein Widerstand mit einem Kern und einem Metallübergang beschrieben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Widerstandes anzugeben, der keine unerwünschten Einflüsse durch Frei­ setzung von Gasen aufgrund von Lichtbogenentladungen ausübt und so speziell zur Verwendung in einer Farb-Kathodenstrahlröhre eines Fernseh­ empfängers geeignet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 ange­ geben. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen des Erfin­ dungsgedankens zum Inhalt.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt die Herstellung eines Widerstandes zur Lichtbogenunterdrückung mit einer keramischen Isolierschicht, die integral auf der Oberfläche eines Widerstandskernes ausgebildet ist, sowie die Wärmehärtung des Widerstandes im Vakuum unter den folgenden Bedin­ gungen: der Druck liegt im Bereich zwischen 0,133 Pa (1. 10^-3 Torr) und 1,33 . 10^-5 Pa (1 . 10^-7 Torr), die Temperatur im Bereich zwischen 250°C und 500°C und die Behandlungszeit beträgt mehr als 30 Minuten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung des Hauptabschnittes einer Kathoden­ strahlröhre, bei der eine Ausführungsform eines nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren hergestellten Widerstandes zur Lichtbogen­ unterdrückung verwendet wird.

Fig. 2 die vergrößerte Seitenansicht einer Ausführungsform eines Wider­ standes zur Lichtbogenunterdrückung, der mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren hergestellt wurde;

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

Fig. 4 die schematische Darstellung eines bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Gerätes zur Wärmehärtung unter Vakuum­ bedingungen; und

Fig. 5 eine Tabelle der ausgewerteten Ergebnisse von mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren hergestellten Widerständen.

Zunächst wird, wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, eine säulenförmig form­ gepreßte Substanz aus einem Aluminiumoxid-Keramikmaterial mit Kohlenstoff hergestellt, 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 Aluminiumoxid (Al₂O₃)-keramische Isolierschicht 10 gebildet wird. Das oben beschriebene formgepreßte keramische Substrat enthält in seinem Inneren den zurück­ bleibenden Kohlenstoff und bildet folglich einen Widerstandskern 9 aus Al₂O₃- Keramik mit einem vorbestimmten Widerstandswert. Schließlich entstehen so die Al₂O₃-keramische Isolierschicht 10 und der Al₂O₃-Kohlenstoff-Wider­ standskern 9 auseinander und bilden als einheitliche Struktur den Widerstand R zur Lichtbogenunterdrückung. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind beide Enden des Widerstandes R mit einer Abschlußhülse 13 versehen, die eine elektrische Ver­ bindung zu dem Widerstandskern 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 leitenden Schicht, wie zum Beispiel Aluminium oder ähnlichem mit guter elektrischer Leitfähigkeit durch ein thermisches Aufsprühverfahren be­ schichtet, 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 elektri­ schen Ofen 22, eine Ofenkammer 23, eine Absaugöffnung 24, ein Thermometer 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 Absaugöffnung 24 die Luft abgesaugt wird. Die Wärmehärtung des Widerstandes R erfolgt dann unter Vakuumbedingungen. Als Vakuumpumpe kann eine Rotationspumpe, eine Diffusionspumpe oder ähnliches verwendet werden; die Temperaturmessung erfolgt mittels des Thermometers 25. Nach der Behandlung wird das Magnetventil 26 in Betrieb gesetzt und getrockneter Stickstoff durch die Einlaßöffnung 27 in die Ofen­ kammer 23 eingeleitet. Die Versuchsbedingungen wurden wie folgt festgelegt:

Der Druck des Vakuums betrug 0,133 Pa (1 . 10^-3 Torr), 0,0133 Pa (1 . 10^-4 Torr), 1,33 . 10^-4 Pa (1 . 10^-6 Torr) und 1,33 . 10^-5 Pa (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 Testzwecken wurden diese Bedingungen miteinander kombiniert.

Fig. 5 zeigt die Tabelle der auf diese Weise unter verschiedenen Versuchsbe­ dingungen ermittelten Ergebnisse. Die Kathoden von fünf Farb-Kathoden­ strahlröhren, die jeweils drei Kathoden enthielten, wurden als Proben für die Berechnung verwendet. Bei dem Versuch wurde jede durch Lichtbogenentla­ dung beschädigte Kathode entfernt. In der Tabelle bedeuten zwei ineinanderlie­ gende Kreise eine beträchtliche Verbesserung, ein einfacher Kreis eine gering­ fügige Verbesserung mit noch befriedigendem Ergebnis, ein Dreieck ein unbe­ friedigendes Ergebnis und ein Kreuz ein Ergebnis ohne Verbesserung.

Aus Fig. 5 kann nun folgendes entnommen werden:

Bei 120°C konnte für keine Behandlungshzeit und bei keinem Vakuumdruck eine Verbesserung des Ergebnisses erzielt werden. Eine Temperatur von 200°C erforderte einen Vakuumdruck von weniger als 0,0133 Pa (1 . 10^-4 Torr). Bei diesem Druck waren mehr als 60 Minuten erforderlich. Ein Vakuumdruck zwischen 1, 33 . 10^-4 Pa (1 . 10^-6 Torr) und 1,33 . 10^-5 PA (1 . 10^-7 Torr) erfor­ derte mehr als 30 Minuten Behandlungszeit.

Bei 250°C mußte der erforderliche Vakuumdruck kleiner als 0,0133 Pa (1 . 10^-4 Torr) sein. Dabei waren dann mehr als 60 Minuten Behandlungszeit erforderlich. Zwischen 1, 33 . 10^-4 Pa (1 . 10^-6 Torr) und 1, 33 . 10^-5 Pa (1 . 10^-7 Torr) Vakuumdruck betrug die erforderliche Zeit mehr als 30 Minuten.

Bei 300°C war ein Druck von weniger als 0,0133 Pa (1 . 10^-4 Torr) erforder­ lich. Die erforderliche Behandlungszeit betrug dabei mehr als 30 Minuten. Ein Vakuumdruck im Bereich zwischen 1,33 . 10^-4 Pa (1 . 10^-6 Torr) und 1,33 . 10^-5 (1 . 10^-7 Torr) erforderte mehr als 15 Minuten.

Bei 400°C waren weniger als 0,133 Pa (1 . 10^-3 Torr) erforderlich. Bei einem Vakuumdruck zwischen 0,133 Pa (1 . 10^-3 Torr) und 0,0133 Pa (1 . 10^-4 Torr) war die erforderliche Behandlungszeit mehr als 30 Minuten. 15 Minuten und mehr waren erforderlich bei einem Vakuumdruck zwischen 1,33 . 10-4 Pa (1 . 10^-6 Torr) und 1, 33 . 10^-5 Pa (10^-7 Torr).

Bei 500°C schließlich betrug der erforderliche Mindestvakuumdruck 0,133 Pa (1 . 10^-3 Torr). Die dabei erforderliche Behandlungzeit war dann länger als 30 Minuten. Im Bereich zwischen 0,0133 Pa (1 . 10^-4 Torr) und 1,33. 10^-5 Pa (1 . 10^-7 Torr) waren 15 und mehr Minuten erforderlich.

Die Ermittlung der optimalen Bedingungen ergab:

Eine Temperatur im Bereich zwischen 400°C und 500°C, ein Vakuumdruck von 1,33 . 10^-4 Pa (1 . 10^-6 Torr) und eine Behandlungsdauer im Bereich zwischen ein und zwei Stunden.

Auch wenn die aus rostfreiem Stahl hergestellten Abschlußhülsen 13 zum Abschluß 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 Vakuumdruck unabhängig von der Behandlungszeit mindestens 1,33 . 10^-4 Pa (1 . 10^-6 Torr) betragen. In diesem Fall verursacht die Vakuum-Wärmehärtung keine Probleme, wenn der Widerstand R dieser Behandlung unterzogen wird, bevor die Abschlußhülsen 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 0,133 Pa (1 . 10^-3 Torr) und 1,33 . 10^-5 Pa (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 Lichtbogen­ unterdrückung mit stabilen Eigenschaften erzielen.

Der in Fig. 2 gezeigte Widerstand R kann auch so modifiziert werden, daß seine äußere Oberfläche zusätzlich mit einer zylindrischen Isolierschicht aus Aluminiumoxid 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 zusammen 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 (3)

1. Verfahren zum Herstellen eines Widerstands, bei dem eine säulenförmig formgepreßte Substanz aus einem Aluminiumoxid- Keramikmaterial mit Kohlenstoff hergestellt und in einer Sauerstoffatmosphäre wärmegehärtet wird, so daß durch das Entfernen des Kohlenstoffs nur von der Oberfläche eine (Al₂O₃)-keramische Isolierschicht (10) auf einem Widerstands­ kern (9) aus Al₂O₃-Keramik mit Kohlenstoff entsteht, die zusammen einen Widerstand bilden, und anschließend

• 1. dieser Widerstand unter Vakuumbedingungen bei einem Druck im Bereich zwischen 0,133 Pa und 1, 33 . 10^-5 Pa, einer Temperatur im Bereich zwischen 250°C und 500°C und für eine Behandlungsdauer von mehr als 30 Minuten entgast wird.

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 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte des Widerstands mit einer Anschlußhülse (13) versehen werden, wobei diese mit dem Widerstandskern (9) verbunden sind und einen elektri­ schen Kontakt zum Widerstandskern (9) sicherstellen.