-
1Vlit elektronenemittierenden Verbindungen überzogene Glühkathode
Die Erfindung bezieht sich auf Glühkathoden und insbesondere auf Kathodenmaterialien,
die geeignet sind, mit elektronenemittierenden Oxyden bedeckt zu werden.
-
Es ist bisher für notwendig gehalten worden, als Träger für einen
elektronenemittierenden Oxydüberzug einen Faden zu verwenden, der entweder aus Platin
oder einer PlatiniridiumIegierung besteht, weil diese die einzigen waren, die nicht
in ungünstiger Weise in eine Reaktion mit den Oxyden bei hoher Temperatur eintraten.
-
Eine Anforderung an ein Fadenmaterial ist die, daß keine chemische
Reaktion zwischen ihm und dem emittierenden Überzug in solcher Weise eintritt, daß
die Elektronenemission nachteilig beeinflußt wird. Ein anderes Erfordernis ist ein
hoher spezifischer Widerstand. Die Notwendigkeit eines hohen spezifischen Widerstandes
ergibt sich daraus, daß die Elemente beinahe aller Glühkathodenriihren verhältnismäßig
geringe Abmessungen aufweisen. Um die notwendige Elektronenemission aus einem Faden
von etwa 2 bis 3 cm Länge zu erhalten, ist .es notwendig, daß der 12w-Verlust ziemlich
groß ist. Um mit einem beschränkten Stromverbrauch die notwendige Heizwirkung zu
erzielen, ist es selbstverständlich unbedingt notwendig, daß der Widerstand-a, groß
ist. Es ist auch erwünscht, daß die elektronenemittierende Oberfläche ziemlich ausgedehnt
ist, und da eine große Oberfläche einen Draht voraussetzt, der einen nicht unbeträchtlichen
Durchmesser besitzt, so ist es klar, daß das verwendete Material einen hohen spezifischen
Widerstand haben sollte.
-
Weitere erforderliche Voraussetzungen für ein geeignetes Fadenmaterial
sind eine ausreichende Zugfestigkeit bei rooo° C und eine genügende Duktilität,
damit es leicht in feinen Draht von nicht über o,25 mm Durchmesser ausgezogen werden
kann.
-
Kein einfaches Metall, allenfalls mit Ausnahme von Platin, und keine
bisher angewendete Legierung, außer Platiniridium, hat allen den notwendigen Anforderungen,
die oben angeführt wurden, entsprochen. Demnach ist die Hauptaufgabe dieser Erfindung,
eine Legierung zu schaffen, die in befriedigender Weise Platin und Platiniridium
ersetzt und die weit billiger herzustellen ist.
-
Die Erfindung besteht in der Schaffung einer mit elektronenemittierenden
Verbindungen überzogenen Glühkathode, deren Kern aus einer Legierung besteht, die
Nickelkobalt und außerdem ein Metall der Titangruppe enthält, beispielsweise Titan,
Vanadium oder Silicium, und vorzugsweise auch Eisen.
-
Die Legierung, die sich als die best entsprechende erwiesen hat, enthält
Nickel, Kobalt, Eisen und Titan. Es sind wechselnde Anteilmengen dieser Elemente
mit annähernd gleich guten Ergebnissen verwendet worden. Man hat Legierungen verwendet,
die Nickel und Kobalt in dem Aggregat von 2o bis 95"1o enthielten, wobei Nickel
und Kobalt in Anteilmengen vorhanden waren, die von 95 bis 5°/o für Nickel und von
5 bis 95°1o für Kobalt wechselten. Die Kombination Ni-Co
hat einen
höheren Widerstand und ist weniger dem chemischen Angriff durch die verwendeten
Oxydiiberzugstoffe ausgesetzt als eines der Metalle allein. Der Rest der Legierung
besteht aus Metallen, die die Nickel-Kobalt-Legierung schmiedbar machen und außerdem
Oxyde aus der Legierung herausbringen. Demnach werden 5 bis zo % FeTi, VaFe, SiFe,
CrFe usw. verwendet.
-
Eine Legierung, die sich als außerordentlich zweckmäßig erwies, erhält
man, indem man folgende Teile vereinigt: 8o Teile Nickel, 2o Teile Kobalt, 7'/.
Teile Eisen, 21/, Teile Titan; Eisen und Titan wurden in Gestalt einer Ferrotitanlegierung
benutzt. Eine typische Analyse der fertigen Legierung ergibt folgendes: Nickel 70%,
Kobalt i9'/,0/0, Eisen 74/1o %, Titan 2"/100/0.
-
Das Kobalt kann ausgelassen und es kann eine zufriedenstellende Legierung
erzielt werden, wenn man die folgenden Verhältnisse verwendet: Nickel 9o Teile,
Eisen 71/, Teile, Titan 211" Teile.
-
Das Verfahren der Herstellung einer dieser Legierungen ist im wesentlichen
das folgende: Die angeführten Mengen von Nickel und Ferrotitan und gegebenenfalls
Kobalt werden in einem elektrischen Ofen zusammengeschmolzen, wobei der Zutritt
von Sauerstoff ausgeschlossen wird. Nachdem die Schmelzung fertig ist und unmittelbar
bevor gegossen wird, wird eine geringe Menge von Magnesium und Aluminium als Desoxydierungsmittel
zugesetzt. Es ist auch die Möglichkeit gegeben, daß das Ferrotitan ebenfalls als
Desoxydierungsmittel wirkt, und es liegt im Bereich dieser Erfindung, Ferrotitan,
Ferrovanadium, Silicium oder Ferrosilicium zu benutzen.
-
Der Gußblock, den man aus der Schmelzung erhält, wird dann bei etwa
75o° C geschmiedet. Versuche scheinen zu erweisen, daß die Schmiedetemperatur einen
wichtigen Einfluß auf die molekulare Fügung des fertigen Fadens hat, und man sollte
die Temperatur nicht wesentlich über 8oo° C kommen lassen.
-
Durch wiederholtes Schmieden wird der Gußblock auf ein geeignetes
Format für das Walzen und Gesenkschmieden gebracht, und durch diese letzte Bearbeitung
wird er auf einen Durchmesser von etwa 1,25 mm gebracht.
-
Es ist unbedingt notwendig, daß bei dem Walz- und Gesenkschmiedeverfahren
das Metall nach jeder zweiten Bearbeitung ausgeglüht wird.
-
Der i,25-mm-Draht wird dann auf die gewünschte Größe durch Diamantziehsteine
von allmählich kleiner werdendem Durchmesser ausgezogen. Es sei bemerkt, daß, nachdem
ein Durchmesser von etwa 0,25 mm erzielt wurde im wesentlichen kein weiteres Ausglühen
notwendig ist.
-
Es wurde festgestellt, daß die fertigen Fäden Widerstände von etwa
2,5 X io-4 Ohm auf den Kubikzentimeter haben gegenüber 1,4 X 1o-40hm auf einen Kubikzentimeter
einer io°/oigen Platiniridiumlegierung. Dieses Merkmal ist ein bedeutsamer Fortschritt,
weil es praktisch den Querschnitt eines Fadens von gleichen elektrischen und thermionischen
Charakteristiken gegenüber einem Faden von Platiniridium gegebener Größe verdoppelt.
-
Dieser hohe spezifische Widerstand hat einen weiteren Vorteil insofern,
als er gestattet, Oxydüberzugfäden mit bestimmten Spannungsstrombeziehungen zu erzeugen,
die man bisher handelsmäßig nicht erzeugen konnte, wenn man Platiniridium anwendete.
Beispielsweise kann man einen Faden von 1,9 cm Länge aus der neuen Legierung herstellen,
der die geeignete Arbeitstemperatur bei 0,3 Volt und o,o6 Ampere erreicht.
Dieses Merkmal ermöglicht, den thorierten Wolframfaden in Röhren mit schwachem Heizstrom
durch oxydüberzogene Fäden zu ersetzen. Die neuen Legierungen haben im kalten Zustande
eine äußerst hohe Zugfestigkeit; eine Zugfestigkeit von über iooo kg/cm2 ist nicht
ungewöhnlich. Die Verwendung eines Materials solcher Festigkeit vermindert außerordentlich
die Gefahr des Brechens während der Anfertigung.
-
Es ist weiter festgestellt, daß die Fäden, die aus bestimmten dieser
Nickellegierungen gefertigt wurden, die äußerst vorteilhafte Eigenschaft haben,
sich bei Erhitzung auf i ooo° C als solche bis zu i o oder 12 % ihrer Länge zu strecken,
bevor sie brechen. Dieses Strecken im erhitzten Zustande beseitigt die Notwendigkeit
einer peinlich genauen Einstellung einer Federstützung, um Durchhängen zu verhüten,
die durch Wärmeausdehnung verursacht wurden. Die Aufnahmefähigkeit der Feder braucht
nur wenig größer zu sein als die erwartete thermische Expansion, und die ziemlich
kritische Einstellung der Fadenhaken zur Berücksichtigung der Dehnung von Platiniridiumfäden
ist unnötig. Aus diesem Grunde wird ein Faden der neuen Legierung auch unmikrophonisch
sein, weil er sich unter Spannung der Federn streckt, bis diese Spannung bei der
Arbeitstemperatur ausgeglichen und aufgehoben ist. Die Grenzen, die somit für die
Federaufnahme gesetzt sind, sind entsprechend nicht weniger als die thermische Dehnung
des Fadens und nicht mehr als io % der Fadenlänge.
-
Die neue Legierung kann auch verwendet
werden, um
einen Faden zu überziehen, der nicht als unmittelbarer Träger für die emittierenden
Oxyde geeignet ist, wobei dann die Legierung zum Schutze des Oxydüberzuges gegen
den schädigenden Einfluß des Grundmetallfadens dient. Zu diesem Zweck kann die Legierung
auf das Fadenmaterial als Röhre aufgebracht werden, und es können beide Metalle
gemeinsam auf das verlangte Format ausgezogen und ausgewalzt werden.
-
Es ist keine besondere Technik für die Aufbringung der Oxydüberzüge
auf Fäden der oben beschriebenen Legierungen erforderlich oder auf Fäden, die vorher
mit reinem Kobalt überzogen sind; immerhin sei ein Gemisch der Karbonate von Barium
und Strontium in Suspension in Äthylalkohol als die zweckmäßigste Überzugverbindung
hier angeführt.