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Verfahren zur Herstellung von Materialien, welche fähig sind, in hohem
Maße bei Erhitzung Elektronen auszusenden. Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von bei Erhitzung stark Elektronen aussendendem Material, insbesondere
Kathoden für Glühkathodenröhren.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, derartige Fäden, die geeignet
sind, bei Erhitzung freies Thorium auf ihrer Oberfläche zu entwickeln, dadurch herzustellen,
daß ein erhitzter, mit Thoriumoxyd versehener- Draht durch eine Kohlenwasserstoffatmosphäre
hindurchgefüh@rt wird, die aus Verbindungen wie Benzindampf oder Leuchtgas besteht,
so daß das in dem Faden enthaltene Thoriumoxyd entweder zu Thorium reduziert wird
oder in Thoriumcarbid umgewandelt wird, oder eine Mischung oder Legierung entsteht,
welche neben Wolfram eins oder mehrere der nachfolgenden Materialien enthält: Thorium,
Thoriumcarbid und Wolframcarbid. Dieses Verfahren kann nur verwendet werden, um
fadenförmiges Material für die Elektronenaussendung nach seiner Einführung in die
Vakuumröhre geeignet zu machen. Um metallisches Material, das später zu einem dünnen
Draht gezogen und nach Einbau in ein Vakuumgefäß allein durch Erhitzung stark Elektronen
aussendend wird, vorzubereiten, sind Kohlenstoff und Thoriumokyd mit Wolframpulver
gemischt worden.
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Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der freie Kohlenstoff
verhältnismäßig leicht ist und deshalb einen großen Raum im Verhältnis zu seinem
Gewicht einnimmt. Wird eine größere Kohlenstoffmenge in dieser Weise in das Material
eingeführt, so wird dadurch die Bearbeitung des Wolframs zu einem Faden erschwert,
denn die Schwierigkeit der Wolframbearbeitung in Fällen, in welchen fremde Materialien
im Wolfram enthalten sind, wird zum großen Teil durch das prozentuale Volumen der
fremden Substanzen in höherem Maße als durch ihr prozentuales Gewicht bedingt.
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Gemäß -der Erfindung wird das stark Elektronen aussendende Material
dadurch bereitet, daß einem schwer reduzierbaren Metall Thoriumcarbid oder eine
Mischung von Thoriumcarbid und Thoriumoxyd oder eine Mischung von Wolframcarlxid
und Thoriumoxyd zugesetzt wird. Benutzt man so anstatt des freien Kohlenstoffs Thoriumcarbid
oder Wolframcarbid, so ist das prozentuale Volumen, das für die Hinzusetzung desselben
Materialgewichts erforderlich ist, sehr viel kleiner als bei freiem Kohlenstoff.
Das prozentuale Volumen des erforderlichen Thoriumcarbids würde ungefähr'/, von
dem des freien Kohlenstoffs betragen, und im Falle, daß Wolframcarbid verwendet
wird, ist das prozentuale Volumen sogar noch kleiner. An Stelle von Thorium- oder
Wolframcarbid kann man auch eine Mischung dieser Carbide
mit Thoriumoxydzusatz
verwenden. In diesem Falle werden diese Materialien einfach mit Wolframpulver gemischt,
in die Form einer Stange oder eines kurzen Stiftes zusammengepreßt und dann in bekannter
Weise in Wasserstoff oder im Vakuum gesintert. Thorium- oder Wolframcarbid kann
in bekannter Weise leicht dadurch hergestellt werden, daß das Metallpulver in einer
Atmosphäre von Leuchtgas, Benzindampf oder einem anderen Kohlenwasserstoff bis zu
goo° erhitzt wird. So ist z. B. Thoriumcarbid hergestellt worden dadurch, daß Thoriumpulver
zwei oder drei Stunden in einem langsam fließenden Leuchtgasstrom auf eine Temperatur
von goo° C erhitzt wurde. Das Leuchtgas wurde vorher dadurch getrocknet, daß es
durch konzentrierte Schwefelsäure hindurchgeführt wurde.
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Es kann auch Thoriumcarbid ohne Zusatz von Thoriumoxyd mit Wolframpulver
gemischt, die Mischung gepreßt, gesintert und zur Fadenform verarbeitet werden,
da anscheinend in dem Wolframpulv er genügend oxydiertes Wolfram enthalten ist oder
während der Behandlung erzeugt wird, um das Thoriumcarbid mindestens teilweise in
metallisches Thorium zu überführen und so zu starker Eiektronenaussendung fähig
zu machen. Daß metallisches Thorium während der Herstellung des Drahtes vorhanden
ist, ist für die Bearbeitung des Materials nicht notwendig. Es kann sogar erwünscht
sein, daß das gesamte Thorium in Form von Tho- i riuincarbid beigefügt wird, da
letztere Substanz weniger chemischen Veränderungen unterliegt als metallisches Thorium.
Wenn das Thoriumcarbid nach der Einführung in , eine Elektronenröhre als Glühkathode
auf eine genügend hohe Temperatur gebracht wird, wird es sich entweder unmittelbar
zersetzen unter Freigabe von Thorium, oder es reagiert auf die Oxyde, die stets
vorhanden sind, unter Freigabe des Thoriums.
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Es soll nun eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung von
Wolframthorium beschrieben werden, wobei aber zu beinerken ist, daß ein im wesentlichen
ähnliches Verfahren auch anwendbar ist zur Herstellung von Molybdän, Tantal und
anderen schwer reduzierbaren Metallen.
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Will man Thoriumcarbid allein als Beiinischung des Wolframs verwenden,
so benutzt man die ,gleiche Gewichtsmenge Carbid als Zusatz, welche man bei den
üblichen Verfahren dem Wolfram in Form von Thoriumoxyd zusetzte. Es wird z. B. eine
Gewichtsmenge von i oder 2 Prozent oder weniger mit dem Wolframpulver vermengt.
Wird eine Mischung von Thoriurnearbid und Thoriumoxyd als Beimischung benutzt, so
nimmt man von beiden ungefähr die Hälfte der oben angegebenen Menge. Soll ein Zusatz
von Wolframcarbid und Thoriumoxyd benutzt werden, so wählt man von diesen Substanzen
ungefähr gleiche Mengen, wobei ungefähr dieselbe Oxydmenge verwendet wird, welche
bei der Herstellung eines nur mit Thoriumoxyd versehenen Fadens üblich ist, z. B.
eine Gewichtsmenge von i oder 2 Prozent oder weniger.
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Das Carbid oder die Mischung von Carbid und Thoriumoxyd wird mit dem
Wolframpulver sehr innig vermischt und wird in bekannter Weise zu kurzen zylindrischen
Stücken von passender Größe gepreßt, gesintert oder erhitzt und schließlich gehämmert
oder gewalzt und zu der gewünschten Fadenform gezogen.
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Nachdem die in der oben beschriebenen Weise behandelte Mischung zu
einem Draht von gewünschter Größe gezogen ist, wird derselbe in das Entladungsrohr
eingeführt, in welchem er als Glühli:athode verwendet werden soll. Bei Erhitzung
des Fadens auf Glühtemperatur wird metallisches Thorium in dem Faden frei. Dieses
beruht wahrscheinlich entweder auf Zersetzung des Tho'riumcarbids oder auf der Einwirkung
des Thoriumcarbids auf das Thoriumoxyd oder des Thoriumearbids auf das Wolframoxyd
oder (les Wolframcarbids auf das Thoriumoxyd. Wie auch immer die genaue Reaktion
oder Kombination von Reaktionen sein mag, j edenfalls bildet sich mindestens auf
der Oberfläche der Fadenkathode metallisches Thorium, und der Faden wird fähig,
in hohem Maße Elektronen auszusenden.
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An Stelle des Thoriums können selbstverständlich auch andere-stark
Elektronen aussendende Zusätze, wie z. B. Uran, Zirkonium u. dgl. verwendet werden.