DE3913338A1

DE3913338A1 - Einbettmasse, insbesondere fuer kathoden von elektronenroehren

Info

Publication number: DE3913338A1
Application number: DE19893913338
Authority: DE
Inventors: Frank Dr Phil Bossert; Manfred Hacker; Rolf Dr Rer Nat Lotthammer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Thales Electron Devices GmbH
Priority date: 1989-04-22
Filing date: 1989-04-22
Publication date: 1990-10-25
Anticipated expiration: 2009-04-23
Also published as: DE3913338C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Einbettmasse nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Her stellung einer solchen Einbettmasse und deren Verwendung, insbesondere als Einbettmasse für ein elektrisches Heiz element in der Kathodenhülse einer thermischen Emissions kathode einer Elektronenröhre, insbesondere Elektronen strahlröhre.

Es ist bereits bekannt, Heizelemente in Kathodenhülsen mit oxydischen Massen wie Al₂O₃ oder BeO einzubetten. Solche oxydischen Einbettmassen sind wegen der relativ schlechten Wärmeleitfähigkeit und der hohen Wärmekapazität für sehr schnell, d. h. z. B. im Sekundenbereich aktivierbare Kathoden von Hochleistungswanderfeldröhren mit indirekt beheizten Wolframmatrix- oder Mischmetallmatrixkathoden wenig geeignet. Auch Kathoden, in deren Kathodenhülsen mit einer oxydischen Isolierschicht bedeckte Heizelemente lose eingeschoben sind, benötigen für viele Zwecke eine zu lange Aufheizzeit.

Im allgemeinen hängt die Aufheizgeschwindigkeit solcher Kathoden von der gespeicherten Energie der Kathode, der gespeicherten Energie des Heizsystems und dem Wärmeüber gang zwischen Heizsystem und Kathode ab. Die gespeicherte Energie ist das Produkt aus Wärmekapazität und Masse; der Wärmeübergang wird durch die Wärmeleitfähigkeit bestimmt. Guten Wärmeübergang erhält man durch Einbetten des Heiz elementes in eine gut wärmeleitende Einbettmasse und Fest sintern des Heizelementes mit dieser Einbettmasse an der Kathodenrückseite. Für kleine gespeicherte Energie muß die Wärmekapazität des Einbettmaterials klein sein.

Bei Oxydkathoden vorgeschlagene metallische Systeme aus Wolfram mit Nickel-Zusätzen sind für Matrixkathoden wenig geeignet. Die bei Matrixkathoden unvermeidlichen Molybdän teile verspröden beim Kontakt mit Nickel sehr stark. Rei nes Wolframpulver als Einbettmasse hat den Nachteil, daß sehr hohe Sintertemperaturen notwendig sind und starke Schrumpfung auftritt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Einbettmasse, insbesondere zur Einbettung von Heizelementen von thermischen Emissionskathoden in Elektronenröhren anzugeben, die bei guter Wärmeleitfähig keit und geringer Wärmekapazität sowie bei guter Verträg lichkeit mit weiteren Materialien gut herstellbar und ver arbeitbar ist und zur Verfestigung verhältnismäßig niedere Sintertemperaturen benötigt.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Pa tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die beschriebene Einbettmasse eignet sich besonders zur Einbettung von Heizelementen bei schnell aufheizbaren Ka thoden von Hochleistungsröhren wie Hochleistungswander feldröhren.

Anhand der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten bevorzug ten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert.

Die Fig. 1 und 2 zeigen im Querschnitt zwei verschie dene thermische Emissionskathoden zur Erzeugung eines Elektronenstrahls in Elektronenstrahlröhren.

Die Fig. 3 zeigt eine Kurve des Emissionsstromes in mA über der Aufheizzeit in Sekunden.

In beiden Fig. 1 und 2 bedeuten 1 die sogenannte Katho denpille, z. B. den mit dem Emissionsmaterial getränkten Vorratskörper, 2 der Kathodenhalter oder auch Kathoden hülse genannt, aus hochschmelzendem Metall, 3 das elektri sche Heizelement, das z. B. aus einem gewendelten Heiz draht besteht, 4 eine Isolationsschicht auf dem Heizdraht, die z. B. aus Al₂O₃ oder BeO besteht und 5 die beschrie bene Einbettmasse aus W und/oder Mo einerseits und Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir und/oder Pt andererseits.

Ganz besonders geeignet hat sich eine Einbettmasse erwie sen, die aus einem gesinterten Gemisch aus Wolframpulver und Osmiumpulver oder Wolframpulver und Rutheniumpulver bestand.

Die Herstellung erfolgt in der Weise, daß man das Pulver der ersten Komponente mit dem Pulver der zweiten Kompo nente gut vermischt und mit einem organischen Bindemittel versetzt. Die so erzeugte pastöse Masse eignet sich sehr gut, um darin das Heizelement, das aus mit Isolierschicht 4 ummanteltem Heizdraht 3 besteht, einzubetten und bei ei ner Temperatur zwischen 800°C und 2000°C, vorzugsweise 1000°C und 1500°C, insbesondere etwa 1200° an bzw. in der Kathode festzusintern. Der Anteil der 2. Komponente be trägt bevorzugt etwa 10 bis 20 Volumensprozente. Das Sin tern erfolgt im Vakuum oder in reduzierender bzw. inerter Atmosphäre.

Die Korngröße der Pulver sollen 0,01 µm bis 100 µm, insbe sondere 0,05 µm bis 10 µm betragen. Es ist zweckmäßig, wenn die Korngröße der 2. Komponente kleiner als die Korn größe der 1. Komponente gewählt wird. So ist es vorteil haft, wenn die 1. Komponente eine Korngröße größer als 1 µm und die 2. Komponente eine Korngröße kleiner als 1 µm aufweist.

Die in Fig. 1 dargestellte Kathode ist auf eine besonders kurze Aufheizzeit ausgelegt, wohingegen die Fig. 2 eine Langlebensdauer-Matrixkathode zeigt, die infolge der Ver wendung der beschriebenen Einbettmasse den Vorteil auf weist, daß durch den guten Wärmeübergang zwischen Heizele ment und Kathode die Temperatur der Heizwicklung erheblich gesenkt werden kann, und damit die Belastung des Heizele mentes gesenkt und die Betriebssicherheit erhöht werden kann.

Auch bei sogenannten Oxydkathoden für Elektronenröhren ist die Verwendung der beschriebenen Einbettmasse vorteilhaft zur Heizelementeinbettung verwendbar, wie überhaupt über all dort, wo Temperaturen schnell von einem Teil zu einem anderen Teil übertragen werden sollen wie z. B. bei Tempe raturfühlern.

Claims

1. Einbettmasse mit kleiner Wärmekapazität und hoher Wär meleitfähigkeit, bestehend aus einem gesinterten Gemisch einer ersten Komponente aus Pulvern der Metalle der Gruppe W und/oder Mo und einer Komponente aus Pulvern der Metalle der Gruppe Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, und/oder Pt.

2. Einbettmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 1. Komponente aus W und die 2. Komponente aus Os besteht.

3. Einbettmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die 1. Komponente aus W und die 2. Komponente aus Ru besteht.

4. Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der 2. Komponente 1 bis 50 Volumensprozente beträgt.

5. Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der 2. Komponente 10 bis 25 Volumensprozente beträgt.

6. Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngrößen der verwendeten Pulver 0,01 bis 100 µm betragen.

7. Einbettmasse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngrößen der verwendeten Pulver 0,05 bis 10 µm betragen.

8. Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Komponenten unterschiedli che oder gleiche Korngrößenverteilungen aufweisen.

9. Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentralwert der Korngrößenvertei lung der Pulver der 1. Komponente größer 1 µm und der der 2. Komponente kleiner 1 µ beträgt.

10. Verfahren zum Herstellen einer Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sintertemperatur zwischen 800 und 2000°C liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sintertemperatur zwischen 1000 und 1500°C liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterung im Vakuum, oder in redu zierender oder in inerter Atmosphäre durchgeführt wird.

13. Verfahren zum Herstellen einer Einbettmasse nach ei nem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verarbeitung die gemischten Komponenten in einer Flüssig keit aufgeschlämmt werden.

14. Verfahren zum Herstellen einer Einbettmasse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verarbeitung der gemischten Komponenten ein organisches Bindemittel zugemischt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die gemischten und mit einem organi schen Binder versetzten Komponenten als trockenes Granu lat, als viskose Paste oder als Aufschlämmung mit niederer Viskosität verarbeitet werden.

16. Einbettmasse nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbett masse zum Einbetten von Heizelementen oder Temperaturfüh lern verwendet wird.

17. Einbettmasse nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbett masse zur Einbettung von Kathoden-Heizlementen von Elek tronenröhren, insbesondere Elektronenstrahlröhren und Mi krowellenröhren, wie Wanderfeldröhren, Klystrons, Magne trons oder dergleichen verwendet wird.

18. Einbettmasse nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbett masse zur Einbettung von Kathoden-Heizelementen von sehr schnell aufheizbaren Wanderfeldröhren benutzt wird, insbe sondere zur Einbettung von Heizelementen von Wolframma trix- oder Mischmetallmatrixkathoden.

19. Einbettmasse nach einem oder mehreren der vorangegan genen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbett masse zur Einbettung von Heizelmenten von Oxydkathoden verwendet wird.