DE587504C

DE587504C - Indirectly heated cathode for discharge tubes

Info

Publication number: DE587504C
Application number: DED56644D
Authority: DE
Inventors: Ulrich Doering; Dr Hans Joachim Spanner
Original assignee: Osram GmbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1928-09-21
Filing date: 1928-09-21
Publication date: 1933-11-04

Description

Indirekt beheizte Kathode für Entladungsröhren Die ersten Kathoden für Entladungsröhren, im speziellen Radioröhren, mit indirekter Beheizung, - sei es mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom, hatten Heizkörper; die ausemem W olframdraht bestanden, während als Isoliermaterial zwischen diesem Heizkörper und der emittierenden Äquipotentialfläche Quarz verwendet wurde. Die Lebensdauer derartiger indirekt geheizter Kathoden war äußerst gering, da. das Wolfram mit dem Quarz schon bei gar nicht hohen Temperaturen reagiert, insbesondere Wolframsilicat bildet. Der Heizkörper wurde "stellenweise dünner und dünner und brannte nach -kurzer Betriebsdauer durch.Indirectly heated cathode for discharge tubes The first cathodes for discharge tubes, especially radio tubes, with indirect heating, - be it with alternating current or with direct current, had radiators; the ausemem tungsten wire passed while as an insulating material between this radiator and the emitting Equipotential area quartz was used. The life of such indirectly heated Cathode was extremely low there. the tungsten with the quartz, certainly not at all high Temperatures reacts, in particular forms tungsten silicate. The radiator was on "Thinner and thinner in places and burned out after a short period of operation.

... Man ist -in der Folgezeit dazu übergegangen,. den Quarz durch eine ganze Reihe anderer Isoliermassen zu .ersetzen. Erwähnt seien vor allem Aluminium-, Magnesium- und Zixkonsälieat: Die Erfolge waren nicht viel besser: Die =Lebensdauer- blieb gering. Bei genauer. Untersuchung traten immer wieder zwei Übelstände' auf. Einerseits reagierte das Isoliermaterial, insbesondere mit dem meist verwendeten Wolfram, und andererseits brachen auch diese Isoliermaterialien, abgesehen hiervon,. schon bei Temperaturen von _60o bis-700° C zusammen. Sie wurden leitend, und es trat entweder plötzlicher Durchschlag oder Überlastung des Heizkörpers durch immer stärker werdende Kurzschlußströme ein. So- j fern nun die ,indirekt geheizten Kathoden nicht zu hoch erhitzt werden mußten, wie es bei hochaktiven Kathoden in Elektronenentladungsröhren der Fall ist, kam man in praktisch auf dem Markt befindlichen Konstruktionen damit` aus, daß man den Heizkörper durch Vakuum gegenüber der Kathodenfläche isolierte oder an der einen Ausführungsstelle, meist in dem Kathodenzylinder, " ein kleines Versatzstück oder Einsatzstück aus dem Isoliermaterial anordnete. Durch Wärmeableitung wurde dieses meist nicht so hoch erhitzt, daß es durchschlug oder den Heizfaden angriff. Ist man jedoch nun zur Verwendung von Kathoden gezwungen, die auf bedeutend höhere Tempieraturen erhitzt werden müssen" so kommt man mit dieser rein konstruktiven Lösung des Problems nicht weiter; bei in Gasentladungsräumen angebrachten Kathoden ist diese Lösung überhaupt nicht anwendbar.... In the following time one went over to it. to replace the quartz with a whole range of other insulating compounds. Above all, aluminum, magnesium and zixconium should be mentioned: The successes were not much better: The = service life remained low. With more precise. Investigation repeatedly came up with two evils. On the one hand, the insulating material reacted, in particular with the most commonly used tungsten, and on the other hand, these insulating materials, apart from that, also broke. even at temperatures from _60 o to -700 ° C. They became conductive and there was either a sudden breakdown or an overload of the radiator due to increasing short-circuit currents. As long as the indirectly heated cathodes did not have to be heated too high, as is the case with highly active cathodes in electron discharge tubes, in designs practically on the market it was possible to use a vacuum to place the heater against the cathode surface insulated or at one point, usually in the cathode cylinder, "arranged a small offset piece or insert made of the insulating material. Due to heat dissipation, this was usually not heated so high that it penetrated or attacked the filament. However, one is now forced to use cathodes that have to be heated to a significantly higher temperature ", this purely constructive solution to the problem does not get you any further; In the case of cathodes installed in gas discharge spaces, this solution cannot be used at all.

Es hat ferner nicht an Versuchen gefehlt, andere Stoffe mit geringem elektrolytischem und elektronischem Leitvermögen als Isolierstoff heranzuziehen. So ist @es z. B. bekannt, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd und Zirkonoxy-d für den vorliegenden Zweck zu verwenden. Es hat sich aber gezeigt, daß man bei Verwendung -der im Handel erhältlichen Oxyde nicht die gewünschten Erfolge erzielt. Denn es zeigt sich, daß bei Anwesenheit von verunreinigenden Stoffen in geringen Mengen die Leitfähigkeit der Oxyde bereits auf das Vielfache .erhöht wird.There has also been no lack of attempts, other substances with little electrolytic and electronic conductivity to be used as insulating material. So @es is z. B. known alumina, magnesia and zirconia-d for the present Purpose to use. However, it has been shown that when using the in trade available oxides did not achieve the desired results. Because it turns out that in the presence of contaminants Substances in small quantities the conductivity of the oxides is already increased many times over.

Erfindungsgemäß ward nun vorgeschlagen, als Isoliermaterialien die reinen Oxyde des Aluminiums, Zirkoniums, Skandiums und Berylliums zu benutzen. Gerade diese reinen Oxyde sind bisher noch nicht verwendet worden, da sie schwerer herzustellen und schlechter haltbar sind als die im Handel erhältlichen, Oxyde. Der eigentliche Grund, warum sie bisher nicht verwendet wurden, liegt jedoch darin, daß man noch nicht die Ursache, warum die bisherigen Isoliermaterialien nicht genügten, erkannte und dementsprechend nicht klar die Forderungen, die an das neue Isoliermaterial gestellt werden mußten, übersah.According to the invention it has now been proposed that the insulating materials to use pure oxides of aluminum, zirconium, scandium and beryllium. Just these pure oxides have not yet been used because they are more difficult to manufacture and are less durable than the commercially available oxides. The actual However, the reason they have not been used so far is because they are still did not recognize the reason why the previous insulation materials were insufficient and accordingly the requirements that the new insulation material must meet are not clear had to be asked, overlooked.

Bei Verwendung der reinen Oxyde erfüllen sich folgende beide Voraussetzungen: erstens daß ihre partielle elektrolytische Leitfähigkeit auch bei höheren Temperaturen äußerst gering ist, so daß durch die dann beweglich werdenden Materialträger nahezu kein Stromtransport stattfindet; zweitens daß auch ihre elektronische (metallische) Leitfähigkeit nur sehr klein ist.When using the pure oxides, the following two requirements are met: firstly that their partial electrolytic conductivity even at higher temperatures is extremely small, so that almost by the material carrier then becoming mobile no electricity is transported; second, that their electronic (metallic) Conductivity is only very small.

Ferner weisen reines Berylliumoxyd und Zirkonoxyd .einen äußerst hohen Schmelzpunkt und keinerlei Verdampfungstendenz auf und verhalten. sich fast allen Materialien gegenüber, die für die Herstellung der eigent-Zichen Heizkörper (Heizdrähte, Heizspiralen) @@in"#rrage kommen, chemisch völlig indifferent, so daß diese eine ideale Lebensdauer erreichen.Furthermore, pure beryllium oxide and zirconium oxide have an extremely high level Melting point and no tendency to evaporate. almost everyone Materials used for the manufacture of the actual Zichen radiators (heating wires, Heizspiralen) @@ come into "#rrage, chemically completely indifferent, so that this one achieve ideal service life.

Die Isoliermaterialien werden beispielsweise als pulverförmig gepreßte, Füllung zwischen Heizkörper und Kathodenmantel angebracht. Ebenso können sie jedoch auch mit einem der bekannten Spritzverfahren auf den Heizkörper aufgetragenwerden, so daß sie auf diesem einen Überzug bilden, den man insbesondere bei Verwendung von Wolframdraht als Heizkörper in elektrischen Heizöfen bei etwa 2ooo° C zu einer festen Ernäille sintern kann. Ebenso kann man jedoch auch von vornherein geformte Körper aus diesem Material herstellen, z. B. Stäbchen, einfach oder doppelt durchbohrte Röhrchen, Kappen oder Hülsen, jedoch muß hierbei eine besondere Sorgfalt auf die feine Dispergierung der Stoffe verwandt werden, die sich nicht so leicht und einfach vollzieht wie beim Plastischmachen von Tön. Zerkleinerung in einer Kolloidmühle und Zusatz geringer Mengen einer Säure zu dem mit Wasser versetzten Brei erweist sich als notwendig. Ebenso muß das Brennen der Formlinge bei ,erheblich höheren Temperaturen als bei Kaolin, Ton usw. vorgenommen werden, etwa bei 2ooo bis 22oo° C.The insulating materials are, for example, pressed in powder form, Filling placed between the radiator and the cathode jacket. However, they can do the same can also be applied to the radiator using one of the known spraying methods, so that they form a coating on this, which is particularly useful when using from tungsten wire as a radiator in electric heating stoves at about 2ooo ° C to a can sinter solid threads. Likewise, however, one can also shape them from the start Make bodies from this material, e.g. B. chopsticks, single or double pierced Tubes, caps or sleeves, however, special care must be taken here fine dispersion of the substances used, which are not so easy and simple takes place like when making clay. Comminution in a colloid mill and adding small amounts of an acid to the watered slurry to be necessary. The firing of the bricks must also be considerably higher Temperatures than with kaolin, clay, etc. are made, about 2ooo to 22oo ° C.

Oft empfehlt es sich, die den Glühkörper bildenden Drahtspiralen vor der Einbettung oder Einziehung in den Isolierkörper mit einer oberflächlichen Schutzschicht zu versehen. Solche bilden z. B. oberflächliche Oxyd- oder Nitridschichten, die man durch Glühen in Luft oder Stickstoff -erhält, oder auch überzüge aus Boriden des betreffenden Metalls.It is often advisable to use the wire spirals that form the incandescent body embedding or drawing into the insulating body with a superficial protective layer to provide. Such form z. B. superficial oxide or nitride layers that obtained by annealing in air or nitrogen, or coatings of borides of the metal in question.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Indirectly heated cathode for discharge tubes with an insulating layer arranged between the heating element and the actual cathode, characterized in that the pure oxides of beryllium, zirconium, scandium or aluminum are used individually or in a mixture as the building material for the insulating layer.

2. Indirectly heated cathode according to claim i, characterized in that the oxides in a manner known per se in the form of a plasticized paste applied to the radiator, e.g. sprayed on, and then sintered at high temperature are.

3. Indirectly heated cathode according to claim i, characterized gekennzeicamet that the oxides in the form of rods, single or double pierced tubes, Caps or sleeves are placed in or on which the radiators and the emission surfaces are arranged. q .. Indirectly heated cathode according to claim i or the following, thereby characterized in that a protective layer is provided between the heating element and the insulating oxides z. B. from nitridane or borides of the radiator metal is provided, the chemical Prevents the insulating oxides from attacking the radiator.