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Verfahren zur Herstellung von Kohleüberzügen auf Metallteilen, die
zum Einbau in eine Entladungsröhre bestimmt sind Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von Kohleüberzügen auf Metallteilen, die zum Einbau in eine Entladungsröhre
bestimmt sind.
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Bei Entladungsröhren haben carbonisierte Gitter und Anoden manche
Vorteile. Beispielsweise strahlt eine carbonisierte Elektrode die Wärme besser ab
und arbeitet deshalb bei einer wesentlich tieferen Temperatur als eine reine Metallelektrode
bei derselben Belastung; ferner ist die Emission von Sekundärelektronen geringer.
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Bei einem Verfahren zum Carbonisieren von Metallen, wie Nickel, werden
die Metallteile i oder 2 Stunden lang auf etwa goo' in einer kohlenstoffhaltigen,
von Luft freien Atmosphäre erhitzt, wodurch die Metallteile durch eine Reaktion
zwischen dem Metall und den Kohledämpfen carbonisiert werden. Dieses Verfahren eignet
sich für Nickel besser als für Eisen, da auf diese Weise carbonisiertes Eisen spröde
wird und der Kohleüberzug nicht schwarz, sondern blasig wird und abblättert.
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Bei einem anderen, ähnlichen Verfahren werden die INIetallteile zunächst
in einer reduzierenden Atmosphäre entoxydiert und dann bei etwa 775 bis
8250 C der Wirkung von Kohlenwasserstoffdämpfen, vorzugsweise solchen der
Paraffinreihe, ausgesetzt. Dabei zersetzen sich diese, und es bildet sich auf den
Metalloberflächen eine Schicht von atisgeschiedenem Kohlenstoff. Das Verfahren kostet
aber ziemlich viel Zeit und läßt sich nicht fließend gestalten.
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Es ist nun ebenfalls bekannt, Kohlenstoff dadurch an irgendeinem Ort
zu erzeugen, daß man organische Stoffe, die beim Erhitzen in reinen Kohlenstoff
und flüchtige Bestandteile zerfallen, allein oder mit anderen Stoffen zu einer Paste
vermengt auf die entsprechenden Unterlagen aufträgt und erhitzt. Diese Ver.-fahren
werden benutzt zur Einsatzhärtung (Zementierung) von Eisen. Auf ähnliche Weise sind
Kohlenstoffwiderstände hergestellt worden,» indem beispielsweise ein poröser Stab
aus offenbar isolierendem Material in eine Lösung solcher Stoffe getaucht und dann
ge-,glüht wurde.
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Nun haben aber Kohlenstoffüberzüge für Elektroden von Entladungsröhren
vor allem zwei Bedingungen zu erfüllen. sie müssen so fest haften, daß ein Abblättern
oder Abbrölzkeln nicht stattfindet, selbst wenn nocli gewisse
Arbeitsgänge,
wie Biegen usw., durchlaufen werden müssen, und sie müssen mö,-lichst tief schwarz
und matt sein. Die letzt,# genanntenVerfahren offenbaren darüber i nichts und sind
zur Herstellung derartZe Überzüge nicht geeignet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nun eii# verbessertes Verfahren
zum Carbonisieren von Teilen aus Eisen oder ähnlichen Metallen, die für den Einbau
in Entladungsröhren bestimmt sind. Erfindungsgemäß wird auf diese Metallteile eine
Mischung aus fein ver -teiltemKohlenstoff und einemalsEndprodukt Kohle liefernden,
aus einer Fettsäure und gegebenenfalls tierischen Fetten bestehenden Bindemittel
aufgetragen, und anschließend erfolgt in einer reduzierenden oder inerten Atmosphäre
eine Erhitzung auf eine Temperatur, die unterhalb der zur Bildung der Carbide des
Metalls erforderlichen Temperatur liegt. Die fein verteilte Kohle kann z. B. Lampenruß,
das Bindemittel z. B. Palmitinsäure sein, die mit (tierischen) Fetten zu einer Paste
verrührt und so auf die Metallteile aufgetragen werden. Nach dem Auftragen wird
der Körper in einer reduzierenden oder inerten Atmosphäre erhitzt, so daß diese
Verbindungen in ihre Bestandteile zerfallen, wodurch die flüchtigen Bestandteile
ausgetrieben werden und ein reiner Kohlerückstand übrigbleibt. Auf diese Weise wird
auf dem Metall ein gleichmäßiger Überzug von reiner Kohle gebildet, der besser haftet
als der Kohleüberzug, der durch die bisher üblichen Verfahren hergestellt ist. Wenngleich
die angewendete Temperatur unterhalb der zur Bildung von Eisencarbid erforderlichen
Temperatur liegt, kann eine geringe chemische Reaktion möglicherweise stattfinden
und diesen Carbonisierungsprozeß erleichtern. Vor dem Aufbringen der Kohle wird
das Metall an seiner Oberfläche zweckmäßig etwas aufgerauht, etwa durch Ätzen oder
mittels eines Sandstrahlgebläses. Die Kohlenlischung haftet an einer solchen aufgerauhten
Fläche besser als an einer glatten Oberfläche, Eine besonders zweckmäßige Paste
ist, wie erwähnt, eine solche aus fein verteilter Kohle, Palmitinsäure und tierischen
Fetten. Anstatt der Palmitinsäure kann man auch verwenden: ölsäure, Kampfergummi,
Naphthalin, Stearinsäure, Anthracen u. dgl. Diese Verbindungen sollen genügend salbenförmig
sein, um die Kohle anzufeuchten, und sich 'unterhalb der Temperatur zersetzen, bei
der sich die Carbide des betreffenden Metalles bilden würden. Diese Kohle liefernden
Bindemittel können direkt mit Ruß zu einer Paste gemischt werden, oder sie können
in einer geeigneten Lösung, wie Alkohol, Benzin, Aceton oder Chloroform, gelöst
und die Lösung mit Ruf.) o. dgl. zu einer Paste gemischt werden. Diese Paste kann
dann auf das Metall aufgespritzt er au'fgebürstet werden. Eine andere schung besteht
aus einer Wasserpaste von ohle, der Glycerin oder ein anderer, mit Wasser mischbarer
organischer Bestandteil zuges,etzt ist.
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Abb. i zeigt eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens.
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Abb. 2 zeigt einen Metallstreifen vor der Carbonisierung im Querschnitt.
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In Abb. i wird von einer Rolle i ein Streifen von unbekleidetem Metall
2, der vorher aufgerauht worden ist, abgewickelt und in Richtung des Pfeiles
7 durch die Paste 3 hindurchgeführt, die sich in dem Behälter 4 befindet.
Diese Paste haftet an dem Metall, wobei der Überschuß durch die Schneiden # und
Rollen 6 entfernt wird, zwischen denen der Streifen hindurchgeht. Der so
überzogene Streifen 8, dessen dünner Pastenüberzug zweckmäßig o,o25 bis oj
mm stark ist, läuft durch ieine kleine Gasflamme 9 und dann durch einen Ofen
io, der - zweckmäßig auf einer Temperatur zwischen 300 und 65o' gehalten
wird mit einer indifferenten Atmosphäre von Wasserstoff, Stickstoff oder einem anderen
inerten Gas. Durch diesen Ofen wird der Streifen mit einer solchen Geschwindigkeit
hindurchgeführt, daß in ihm eine Zersetzung der Palmitinsäure und des tierischen
Öles stattfindet. Diese Geschwindigkeit hängt natürlich von der Temperatur und Abmessung
des Ofens ab. Beispielsweise wird das Metall mit einer Geschwindigkeit Von 211,
bis 5 cm pro Sekunde weitergeführt, wenn der Ofen etwa 6o cm lang ist und
eine Temperatur von 6oo' besitzt. Nach Passieren des Ofens wird das Metallband auf
der Rolle i i aufgewickelt. Der nunmehr auf dem Band befindlicheKohleüberzug ist
hart und trocken, da die Palmitinsäure und das tierische Öl in dem Ofen zersetzt
worden sind. Die nach der Zersetzung der Palmitinsäure und des Öles zurückbleibende
Kohle und der Ruß bilden den Kohleüberzug auf dein Metallband. Unter Zersetzung
ist also zu verstehen: eine Zerlegung der kohleausscheidenden Bestandteile in ihre
Elemente. Beispielsweise werden Kohlenwasserstoffe zerlegt in Wasserstoff, der ausgetrieben
wird, und in Kohle, die auf dem Metall zurückbleibt.
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Bei einer Abänderung des Verfahrens wird ein vorher aufgerauhter Metallstreifen
vor dem Überziehen mit dem Kohlegemisch oberflächlich zu einem schwarzen Oxyd oxydiert,
etwa indem man den Streifen bei etwa 65o' in Luft direkt durch den Ofen io gehen
läßt. Auf diese Weise kann der Streifen in 3o bis 6o Sekunden genügend oxydiert
sein. Die
Pahnitinsäure kann, anstatt als Paste benutzt zu werden,
in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst und dann mit Ruß gemischt werden, worauf
das so entstandene Gemisch entweder aufgespritzt oder aufgebürstet wird. Dann läßt
man den so bekleideten -Streifen in Luft trocknen, so daß das Lösungsmittel verdampft.
Nach dem Trocknen wird der Streifen bei etwa iool durch den Ofen io geschickt, damit
der Belag gleichmäßig über die Oberfläche des Metallstreifens fließt. Der so gleichmäßig
bekleidete Streifen wird dann wieder durch den Ofen geschickt, der nun eine inerte
Atmosphäre hat und auf 6oo bis 65o' erhitzt wird, wodurch die kohlehaltigen Bestandteile
zersetzt werden und das Eisen carbonisiert wird.
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Abb.:2 zeigt einen Querschnitt des Metallstreifens mit dem Überzug
vor der Carbonisierung. Die Aufrauhung ist durch die Rillen 12 angedeutet, die mit
dem Kohlegemisch 13 ausgefüllt sind. Dadurch entsteht auf der Metallfläche
ein glatter Kohleüberzug 14.
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Folgende Zusammensetzung hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen:
Kohle (Ruß) 88 g, Palmatinsäure 2 15 g, Tierische öle i2o
g.
Das tierische Öl, das in erster Reihe Ölsäure ist, dient dazu, den
Ruß anzufeuchten, damit er sich ieicht mit der Palmatinsäure zu einer Paste mischen
läßt.
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Das vorliegende Verfahren eignet sich für verschiedene Metalle, wie
Eisen, Kupfer, Nickel und Wolfram. Der so erzeugte Überzug ist hervorragend schwarz
und gleichförinig und bildet keine Blasen und bröckelt nicht ab, sondern haftet
fest an der Metalloberfläche und kann deshalb bequem gehandhabt werden; er widersteht
im Vakuum Temperaturen bis zu den Temperaturen, bei denen sich das betreffende Metallcarbid
bildet. Da das Verfahren bei Temperaturen ausgeführt wird, die unter der Bildungstemperatur
des betreffenden Metallcarbids liegen, sind solche Carbide im Endprodukt nicht vorhanden,
und die nachteiligen Wirkungen von Metallcarbiden werden vermieden.