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Verfahren zur Herstellung von kalten Kathoden für elektrische Gasentladungsröhren
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Gasentladungsröhren mit- kalten Kathoden
und betrifft insbesondere die Herstellung der kalten Kathoden solcher Röhren.
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Für viele Zwecke ist es wichtig, daß das zur Einleitung einer Entladung
durch die Röhre erforderliche Potential, und das zur Aufrechterhaltung einer einml
eingeleiteten Entladung erforderliche Potential so gering wie _ möglich sind. Ein
kleines einleitendes Potential ist erwünscht, damit die Entladung bei normalen Netzspannungen
zünden kann. Eine geringe Brennspannung ist erwünscht, damit die in der Röhre beim
Durchfließen eines gegebenen Stromes verbrauchte Energie so gering wie möglich ist.
Bekanntlich können diese beiden Potentiale übereinstimmend dadurch verringert werden,
daß die gewöhnlichen als Kathoden Verwendung findenden Metalle durch stark elektropositive
Stoffe ersetzt werden. Demgemäß ist es bereits vorgeschlagen worden, eine aus gewöhnlichen
Metallen zusammengesetzte Kathode mit einer Schicht aus elektropositiven Stoffen,
beispielsweise Alkali oder Erdalkalimetallen oder den Oxyden der Erdalkalimetalle;
die für Glühkathoden benutzt werden, zu bekleiden. Alle diese Stoffe verlieren leicht
ihre günstigen Eigenschaften, wenn siedem Einfluß von Luft ausgesetzt werden: Demgemäß
ist es bei der Herstellung von Entladungsröhren mit solchen empfindlichen Kathoden
notwendig, den Zugang von Luft nach dem Behälter zwischen der Bildung der empfindlichen
Fläche und der schließlichen Abdichtung zu verhindern.
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Es hat sich herausgestellt, daß Kathoden, die sich. durch ein niedriges
beständiges Potential auszeichnen, hergestellt werden können, die ihre Eigenschaften
selbst dann beibehalten, wenn sie der Luft ausgesetzt werden. Derartige Kathoden
können dadurch erhalten werden, daß Bariumnitrat mit Nickel, Eisen oder gewissen
Legierungen dieser beiden Metalle bei geeigneter Wärmebehandlung reagiert. Kathoden
dieser Art sind nicht empfindlich in dem gleichen Sinne wie solche, die mit Alkalimetallen
bekleidet sind; bei.ihnen ist an sich die Zündspannung nicht wesentlich niedriger
als bei gewöhnlichen Kathoden, und nur die Brennspannung ist geringer. Für gewisse
Zwecke jedoch ist die Zündspannung unwesentlich und nur die Brennspannung von Wichtigkeit.
So ist bei zweiphasigen Gleichrichtern bekannter Art, bei welchen zwei Anoden dicht
neben einer Kathode in einem einzigen Behälter eingeschlossen sind, das zum Einleiten
der Entladung zur Verfügung stehende Potential doppelt so hoch wie das Potential
während
des Betriebes. Ein niedriges beständiges Potential ist aber
von Wichtigkeit, weil es geringe Energieverluste bei der Gleichrichtung zur Folge
hat.
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Gemäß der Erfindung werden Kathoden, bei welchen das Betriebspotential
beträchtlich geringer ist als das bei Kathoden aus gewöhnlichem Metall und nicht
wesentlich höher als das der Alkalimetalle und die ihre Eigenschaften beibehalten,
selbst wenn sie der Luft ausgesetzt werden, dadurch erhalten, daß Metallkathoden
aus Nickel, Eisen oder deren Legierungen mit Bariumnitrat bekleidet und einer solchen
Wärmebehandlung ausgesetzt werden, daß der Überzug eine rötlichbraune Farbe annimmt.
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Es sei bemerkt, daß das Verfahren vollständig abweicht von demjenigen,
durch welches Kathoden der Erdalkaiioxyde durch Erhitzen einer Erdalkaliverbindung
auf einem Metallträger hergestellt werden, wie dies bei dem Original-Wehnelt-Verfahren
der Fall ist. Bei dem Wehnelt-Verfahren bestand die auf dem Metallträger verbleibende
Schicht im wesentlichen aus reinem Erdalkalioxyd.
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Es ist auch schon vorgeschlagen worden, bei elektrischen Gasentladungsröhren
Bariumazid auf Eisen zu zerlegen und so eine Oberflächenlegierung aus Eisen und
Barium herzustellen. Auch hat man vorgeschlagen, Stoffe, wie Bariumperoxyd, auf
den Elektroden niederzuschlagen. Neu für das vorliegende Verfahren ist jedoch, einen
Überzug aus Bariumnitrat einer Hitzebehandlung zu unterwerfen, derart, daß aus dem
Metall der Elektrode und dem Barium ein rötlichbrauner Überzug entsteht, welcher
der Einwirkung der Luft widersteht.
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Ein zweckmäßiges Verfahren zur Herstellung von Kathoden gemäß der
Erfindung ist folgendes: Die aus Nickel beispielsweise hergestellten Elektroden
werden mit einer Schicht aus angefeuchtetem Bariumnitrat bekleidet und durch Erwärmung
sorgfältig getrocknet. Die so bekleideten Elektroden werden alsdann in einen Vakuumofen
irgend geeigneter Gestalt gebracht und sorgfältig bis auf 750° C eine halbe Stunde
erhitzt und dann abgekühlt. Während des Heizverfahrens reagiert der Bariumnitratüberzug
mit dein Nickel und ändert seine Farbe. Die Wärme wird so kontrolliert, daß der
erzeugte Überzug eine rotbraune Farbe erhält. Wenn die Temperatur, auf welche die
Elektroden erhitzt werden, zu niedrig ist, ist die Farbe des Überzuges gewöhnlich
schwarz und kristallinisch. Wird dagegen die Temperatur zu hoch gesteigert, wird
die Farbe bleigrau oder weiß, und die so hergestellten Überzüge liefern keine zufriedenstellenden
Ergebnisse. Die genaue Zusammensetzung der rotbraunen Bariumverbindung hat nicht
festgestellt werden können. Elektroden, die auf die angegebene Weise hergestellt
worden sind, können bei ihrem Einbau in elektrische Entladungsröhren der Luft ausgesetzt
werden, ohne daß auf ihr späteres Verhalten irgendwelcher schädlicher Einfluß ausgeübt
wird. Um die Herstellung der Entladungsröhre zu beendigen, wird die Röhre nach dem
Zusammenbau der Elektroden in bekannter Weise luftleer gemacht, gebrannt und mit
der Füllung von seltenen Gasen versehen, darauf wird eine elektrische Entladung
vorgenommen, um die Elektroden bis auf Dunkelrothitze zu erwärmen, bis keine weitere
Gasentwicklung sich ergibt. Das Gas wird dann wieder ausgepumpt, die Röhre mit einem
geeigneten Gas gefüllt und in der üblichen Weise abgedichtet.
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Obgleich es zweckmäßig ist, die kontrollierte Wärmebehandlung der
bekleideten Kathode in einem Vakuumofen durchzuführen, ist dies nicht von besonderer
Bedeutung, da sich herausgestellt hat, daß es möglich ist, zufriedenstellende Ergebnisse
auch beim Erhitzen an der Luft zu erzielen. Weiter können, obwohl zweckmäßig Nickelelektroden
verwendet werden, Elektroden aus Nickellegierungen, Eisen oder Eisenlegierungen
benutzt werden.