DE4131660A1 - Verfahren zur herstellung einer vorratskathode - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Elektro­ nenstrahlerzeuger für eine Braunsche Rohre, eine Bildrohre und dergleichen, und richtet sich im besonderen auf ein Verfahren zur Herstellung einer Vorratskathode hoher Stromdichte.

Eine typische unter den verschiedenen bekannten Vorrats­ kathoden wird hergestellt, indem die Poren eines porösen Basis­ materials mit hohem Schmelzpunkt, wie etwa Wolfram, Molybdän oder dergleichen, mit einem Elektronenemissionsmaterial, wie Barium-aluminat, imprägniert werden, wobei eine solche Kathode eine bessere Elektronenemissionsfähigkeit und eine höhere Le­ benserwartung als die herkömmlichen ternären Karbonatkathoden hat.

Eine solche Vorratskathode kann daher mit Vorteil bei einer großen Braunschen Röhre oder einer hochauflösenden Braunschen Röhre verwendet werden. Die Probleme, die eine solche bekannte Vorratskathode aufwirft, bestehen jedoch darin, daß ihre Montage und Herstellung äußerst kompliziert sind und ihre Elektronen­ emissionscharakteristik instabil ist.

Fig. 3 ist eine Teilschnittansicht einer herkömmlichen Vorratskathode. In Fig. 3 ist ein poröses Metallbasismaterial 2, welches mit einem Elektronenemissionsmaterial imprägniert ist, in einem Vorratsbehälter 3 angeordnet. Der Vorratsbehälter 3 ist an der geschlossenen Oberseite einer zylindrischen Hülse 1 ange­ bracht, wobei der Außendurchmesser des Vorratsbehälters 3 klei­ ner als derjenige der zylindrischen Hülse 1 ist.

Da der Vorratsbehälter 3 und die zylindrische Hülse 1 voll aufeinander liegen bzw. einander überdecken, läßt sich ein Wär­ meübergang in der Heizphase der Heizvorrichtung nicht glatt und gleichmäßig durchführen, was die Kathodenwirksamkeit senkt. Wenn ferner der mit dem Basismaterial 2 gefüllte Vorratsbehälter 3 und die zylindrische Hülse 1 unter Verwendung einer Lehre mit­ einander verschweißt werden, kommt es zu einer Verdampfung oder Verschlechterung des Elektronenemissionsmaterials, mit dem das Basismaterial 2 imprägniert ist, durch die Schweißwärme, wodurch die Kathodenwirksamkeit ebenfalls vermindert wird.

Fig. 4 zeigt einen weiteren Typ von herkömmlicher Vorrats­ kathode. In Fig. 4 ist ein mit einem porösen Basismaterial 2, wie etwa Wolfram, gefüllter Vorratsbehälter 3 am oberen offenen Ende der zylindrischen Hülse 1 schweißfixiert. Da bei dieser Vorratskathode der Vorratsbehälter 3 und die Hülse 1 an ihren Rändern direkt zu einem einheitlichen Korper verschweißt werden, kommt es zu einer Verdampfung oder Verschlechterung des Elek­ tronenemissionsmaterials, mit dem das Basismaterial 2 impräg­ niert ist, durch die Schweißwärme, wodurch auch hier die Katho­ denwirksamkeit gesenkt wird. Wenn ferner der Vorratsbehälter 3 und die Hülse 1 nicht wesentlich zur Berührung gebracht werden, kann ein solcher Schweißdefekt ein Verziehen bewirken oder ein Loch verursachen.

Diese Nachteile sollen mit der Erfindung beseitigt werden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Herstellungs­ verfahrens für eine Vorratskathode, welche hinsichtlich ihrer thermischen Wirksamkeit und ihres raschen Arbeitens eine verbes­ serte Charakteristik aufweist.

Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Vorratskathode, bei welcher eine Verdampfung und Ver­ schlechterung des Elektronenemissionsmaterials wirksam verbindet werden können.

Ferner schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Vorratskathode, bei welcher der Defektfaktor beim Schwei­ ßen eliminiert und die Montage und der Schweißvorgang so einfach sind, daß sie sich für eine Massenfertigung eignen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Vor­ ratskathode benutzt einen mit einem porösen Basismaterial ge­ füllten Vorratsbehälter und eine zylindrische Hülse zur Anbrin­ gung des Vorratsbehälters. Im einzelnen ist bei der zylindri­ schen Hülse dabei ihr Außendurchmesser gleich oder größer als derjenige des Vorratsbehälters, wobei sie eine Öffnung aufweist, die kleiner als der Außendurchmesser des Vorratsbehälters ist, so daß um die Öffnung herum Trägerflächen für den Vorratsbehäl­ ter entstehen, wobei zur Ausbildung der Vorratselektrode die Trägerflächen zwischen dem Vorratsbehälter und der Hülse zum Schweißabschnitt gemacht werden. Die Schweißung erfolgt dabei durch eine Laser- oder Widerstandsschweißung.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert zwei Kathodenaufbau­ ten.

Zum einen wird ein Kathodenaufbau geschaffen, bei welchem eine zylindrische Hülse ein offenes oberes Ende aufweist, wel­ ches einen mit einem porösen Basismaterial gefüllten Vorrats­ behälter abstützt und mit dem Vorratsbehälter preßverschweißt ist.

Zum anderen wird ein Kathodenaufbau geschaffen, bei welchem die zylindrische Hülse und der Vorratsbehälter über Halteringe miteinander verschweißt sind.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist bzw. sind

Fig. 1A und 1B Teilschnittansichten zur Erläuterung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrats­ kathode gemäß der Erfindung,

Fig. 2A und 2B Teilschnittansichten zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorratskathode gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Teilschnittansicht einer herkömmlichen Vorrats­ kathode, und

Fig. 4 eine Teilschnittansicht einer weiteren herkömmlichen Vorratskathode.

Die Fig. 1A und 1B sind Teilschnitte zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorratskathode gemäß der Erfin­ dung. Gemäß den Fig. 1A und 1B umfaßt der Kathodenaufbau einen mit einem porösen Basismaterial 2 zu füllenden Vorrats­ behälter 3 und eine zylindrische Hülse 31 mit einem offenen oberen Ende, dessen Durchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Vorratsbehälters 3 ist und dessen Rand als Trägerfläche 4 dient. Die Trägerfläche 4 zwischen dem Vorratsbehälter 3 und der zylindrischen Hülse 31 wird zur Ausbildung des Kathodenaufbaus bei A geschweißt.

Die Fig. 2A und 2B sind Teilschnitte zur Erläuterung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der Vorratskathode gemäß der Erfindung. In Fig. 2A und 2B umfaßt die Kathode einen mit einem porösem Basismaterial 2 zu füllenden Vorratsbehälter 3, eine zylindrische Hülse 51 mit einem offenen oberen Ende, dessen (innerer) Durchmesser gleich dem Außendurch­ messer des Vorratsbehälters 3 ist, und einen Haltering 8, dessen Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser der Hülse 51 ist. Der Haltering 8 wird in die Hülse 51 eingesetzt, wonach der Vorratsbehälter 3 von oben in die Hülse 51 eingesetzt und der Vorratsbehälter 3 und die Hülse 51 gemeinsam mit dem Haltering 8 verschweißt werden und so der Kathodenaufbau ausgebildet wird.

Solche Vorratskathoden werden über drei Schritte des Ein­ füllens des porösen Basismaterials 2 in den Vorratsbehälter 3, des Befestigens des mit dem porösen Basismaterial 2 gefüllten Vorratsbehälters 3 an der zylindrischen Hülse 1 durch Schweißen, und des Anbringens einer Heizvorrichtung in der Hülse 1 nach der üblichen Methode ausgebildet.

Im zweiten Schritt enthält die zylindrische Hülse 31 eine obere Öffnung, deren Durchmesser kleiner als der Außendurchmes­ ser des Vorratsbehälters 3 ist und deren Randabschnitte als Trägerflächen 4 dienen, wobei der Außendurchmesser der eigentli­ chen Hülse 31 gleich oder größer als der Außendurchmesser des Vorratsbehälters 3 ist. Die Trägerfläche 4 und der Vorratsbehäl­ ter 3 werden durch Laser- oder Widerstandsschweißen miteinander verschweißt.

Im folgenden wird nun die Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen beschrieben, wobei die Ausführungsform 1 den Fall darstellt, daß die zylindrische Hülse einen Außendurchmesser, welcher größer als derjenige des Vor­ ratsbehälters 3 ist, und eine obere Öffnung, deren Durchmesser kleiner als der Außendurchmesser des Vorratsbehälters ist, auf­ weist. Ausführungsform 2 stellt den Fall dar, daß die zylindri­ sche Hülse einen Innendurchmesser aufweist, welcher gleich dem Außendurchmesser des Vorratsbehälters ist, und ein Haltering vorgesehen ist, dessen Durchmesser gleich dem Innendurchmesser der Hülse ist.

Ausführungsform 1

Fig. 1 veranschaulicht einen Teil einer Vorratskathode der ersten Ausführungsform. Zunächst erfolgt ein erster Verfahrens­ schritt, bei welchem das poröse Basismaterial 2 in den Vorrats­ behälter 3 gefüllt wird. Im einzelnen wird ein Wolframblock mit einem Durchmesser von 1,4 mm in den Vorratsbehälter 3 einge­ setzt.

Dann wird zur Festlegung des porösen Basismaterials 2 am Vorratsbehälter 3 eine Laser-Schweißung durchgeführt, während der Boden des Vorratsbehälters 3 niedergedrückt wird. Dann wird das Elektronenemissionsmaterial auf dem porösen Basismaterial 2 angebracht und eine Imprägnierung in einem Wasserstoffofen durchgeführt, wo auf der Oberfläche verbliebene Rückstände ent­ fernt werden.

Danach wird in einem zweiten Schritt der Vorratsbehälter 3 an einer Hülse 31 schweißfixiert, wobei eine Hülse mit einer kreisförmigen oberen Öffnung und einer Tragerfläche 4 verwendet wird. Dabei wird, wie in Fig. 1 gezeigt, ein Abstützstab 5 für das Schweißen in die Hülse 31 eingeführt, wobei die Mitte des Vorratsbehälters 3 auf die Mitte der Hülse 31 durch linke und rechte Haltestäbe 6, 6′ ausgerichtet wird. Der linke und rechte Haltestab 6, 6′ werden auf der linken bzw. rechten Seite des Vorratsbehälters 3 angeordnet und verhindern so, daß sich die Mitte des Vorratsbehälters 3 beim Schweißen verschiebt.

Danach wird der Vorratsbehälter 3 mit einem auf seine Ober­ seite aufgesetzten Preßschweißstab 7 nach unten gedrückt und der Vorratsbehälter 3 durch Widerstandsschweißen an der Hülse 1 schweißfixiert. Die so hergestellte Vorratskathode 40 ist in Fig. 1B dargestellt, wobei die Trägerfläche 4 der Hülse 31 mit dem Boden des Vorratsbehälters 3 einen Abschnitt A ausbildend verschweißt ist.

Danach wird ein dritter Schritt zur Anbringung einer Heiz­ vorrichtung 14 in der Hülse 31 nach einer herkömmlichen Methode ausgeführt.

Bei der in obiger Weise gefertigten Vorratskathode läßt sich verhindern, daß das poröse Basismaterial 2 durch die Wärme beim Schweißen verschlechtert wird, weshalb die Kathode vergli­ chen mit einer herkömmlichen Kathode eine höhere Oberflächentem­ peratur erzeugen sowie stabilisierte Elektronenemissionen lie­ fern kann.

Die gegenständliche Vorratskathode zeichnet sich dadurch aus, daß verhindert ist, daß das Elektronenemissionsmaterial, mit welchem das poröse Basismaterial 2 imprägniert ist, ver­ dampft oder verschlechtert wird, da der obere Abschnitt der Kathode geöffnet ist und die Tragerfläche 4 der Hülse 31 und der Vorratsbehälter 3 miteinander verschweißt werden.

Ausführungsform 2

Die Fig. 2(A) und 2(B) veranschaulichen eine weitere Vorratskathode 60 gemäß einer zweiten Ausführungsform, welche mit folgenden Schritten hergestellt wird.

Zunächst wird ein erster Schritt durchgeführt und das porö­ se Basismaterial 2 in den Vorratsbehälter 3 in der gleichen weise wie bei der Ausführungsform 1 eingefüllt.

Dann wird ein zweiter Schritt durchgeführt, in dem der mit dem porösen Material 2 gefüllte Vorratsbehälter 3 durch Schwei­ ßen über einen im Inneren einer eine obere Öffnung aufweisenden Hülse 51 angebrachten Haltering 8 an der zylindrischen Hülse 51 befestigt wird.

Im einzelnen wird, wie in Fig. 2(A) gezeigt, der Haltering 8 in der Hülse 51 angebracht, wonach der Vorratsbehälter 3 von oben in die Hülse 51 eingesetzt wird, so daß der Haltering 8 und der Vorratsbehälter 3 in Berührung gelangen. Danach wird der Haltering 8 im Inneren der Hülse 51 durch Anbringen des Schweiß­ trägerstabs 5 fixiert, wonach auf die Oberfläche des porösen Basismaterials 2 mit einem Preßschweißstab 7 gedrückt wird.

Unter Aufrechterhaltung einer solchen Festlegung wird ein Laser-Schweißen oder ein Widerstandsschweißen unter Verwendung des Schweißpreßstabs 7 und des Festlegungsschweißstabes 5 zur Ausübung von Druck durchgeführt.

Die Hülse 51, der Haltering 8 und der Vorratsbehälter 3 werden also alle miteinander verschweißt, was die Schweißab­ schnitte auf so kleine Bereiche wie die Bereiche A um den Halte­ ring 8 herum, wie in Fig. 2(B) gezeigt, reduziert.

Die oben beschriebenen Vorratskathode 60 ist nicht nur insofern vorteilhaft, als der Schweißvorgang einfach und bequem ist, sondern auch insofern, als das Vorsehen des inneren Teils in Form des Halterings 8 den direkten Übergang von Schweißwärme auf das poröse Basismaterial abfängt. Daher läßt sich verhin­ dern, daß das Elektronenemissionsmaterial verdampft oder ver­ schlechtert wird, wodurch sich eine Vorratskathode 60 mit stabi­ lisierten Eigenschaften gewinnen läßt.

Da ferner die Hülse, der Haltering 8 und der Vorratsbehäl­ ter gleichzeitig geschweißt werden, läßt sich durch die Festig­ keit des Schweißabschnitts verhindern, daß sich der Vorratsbe­ hälter 3 gegenüber der Hülse 51 verschiebt.

Gemäß der Erfindung wird der mit porösem Basismaterial gefüllte Vorratsbehälter mit einer zylindrischen Hülse ver­ schweißt, die einen Außendurchmesser, der gleich oder größer als derjenige des Vorratsbehälters ist, eine obere Öffnung, die kleiner als der Außendurchmesser des Vorratsbehälters ist, und eine Tragerfläche, die am Rand der Öffnung zur Verschweißung mit dem Vorratsbehälter vorgesehen ist, aufweist. Auf diese Weise wird ein Wärmeübergang auf das poröse Basismaterial während des Schweißens verhindert, weshalb sich die thermische Wirksamkeit der Kathode im Betrieb verbessern läßt, so daß sich verbesserte Kathodeneigenschaften erzielen lassen.

Eine Verhinderung eines Wärmeübergangs, der der Nachteil herkömmlicher Techniken war, läßt sich also erreichen und ein Verdampfen und Verschlechtern des Elektronenemissionsmaterials verhindern. Ferner läßt sich die Oberflächentemperatur 50°C, verglichen mit herkömmlichen Kathoden, anheben, wodurch ein verbessertes schnelles Arbeiten erreicht wird.

In Obigem erfolgte die Beschreibung nur in Bezug auf die typische Vorratskathode, das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich jedoch auch den Speicher-Typ oder den Sinter-Typ anwenden.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer Vorratskathode mit den Verfahrensschritten des Füllens eines Vorratsbehälters (3) mit einem porösen Basismaterial (2), Verschweißens des mit dem porö­ sen Basismaterial gefüllten Vorratsbehälters mit einer zylin­ drischen Hülse (31, 51) und Anbringens einer Heizvorrichtung in der Hülse, gekennzeichnet durch ein Verschweißen einer Träger­ fläche (4) der Hülse (31, 51) mit dem Vorratsbehälter (3) nach einem Laser- oder Widerstandsschweißverfahren an Schweißab­ schnitten (A) im Verfahrensschritt des Verschweißens des Vor­ ratsbehälters (3), wobei die Hülse (31, 51) einen Außendurch­ messer, der größer als derjenige des Vorratsbehälters (3) ist, und eine obere Öffnung, welche kleiner als der Außendurchmesser des Vorratsbehälters und um sich herum mit der Trägerfläche (4) versehen ist, aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Hülse (31) einen Innendurchmesser, welcher größer als derjenige des Vorratsbehälters (3) ist, und eine obere Öffnung, welche kleiner als der Außendurchmesser des Vor­ ratsbehälters (3) und mit der Trägerfläche (4) um sich herum versehen ist, aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (51) einen Innendurchmesser aufweist, der gleich dem Außendurchmesser des Vorratsbehalters (3) ist und ein die Trä­ gerfläche ausbildender Haltering (8) in der Hülse (51) zum Ver­ schweißen des Vorratsbehälters (3) mit der Hülse (51) angebracht ist.