DE695645C

DE695645C - Verfahren zur Herstellung einer Kathode fuer Hochspannungsroehren mit autoelektronischer Entladung

Info

Publication number: DE695645C
Application number: DE1936S0124964
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erwin Mueller
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Priority date: 1936-11-17
Filing date: 1936-11-17
Publication date: 1940-08-29

Description

Verfahren zur Herstellung einer Kathode für Hochspannungsröhren mit autoelektronischer Entladung Um in Hochvakuumröhren, bei denen der Elektronenaustritt laus kalten Kathoden unter dem Einfluß sehr hoher Feldstärken erfolgt, Elektrodenflächen mit hoher Emission zu -erzielen; wurde es für wichtig erachtet, die Kathodenoberflächen sauber zu halten. Insbesondere ist darauf hingewiesen worden, daß geringe Spuren von Oxyden und von anderen Unsauberkeiten an den ,als Kathoden verwendeten feinen Drähten v-der feinen Spitzen entweder den Entladungsvorgang außer-,ordentlich beunruhigen -oder die Aktivität unter Umständen bis annähernd zur vollkommenen Unterbindung der Entladung verringern. Da die Größe der Feldemission von kalten Kathoden in hohem Maße von der Austrittsarbeit der Elektronen aus dem Metall der Kathodenoberfläche abhängig ist, hat man bereits versucht, durch Aufbringen von Alkali- oder Erdalkalimetallen auf die kathodischen Oberflächenteile, die zweckmäßig meist als dünne Drähte, Schneiden oder Spitzen ausgebildet und daher besonders geeignet zur Autoielektronenemission sind, eine Erniedrigung der Austrittsarbeit zu bewirken und damit die zur Emission erford-erliche Feldstärke erheblich herabzusetzen.
Derartige, beispielsweise vermittels Aufdampfens von Alkali- oder'#'Erdalkalimetallen arbeitende Verfahren zur Erzielung geeigneter Kathodenoberflächen sind jedoch nicht in allen Fällen brauchbar, weil die Anode dabei ebenfalls ,aktiviert wird und -daher z. B. in einem Hochvakuumgleichrichter infolge der zeitweise auftretenden, entgegengesetzt gerichteten Spannungen autoelektronische Rückströme entstehen können, die eine Zerstörung des Rohres hervorrufen.
Wie sich aus Versuchen ergeben hat, kann der Elektronenaustritt :aus kalten Elektroden in Hochvakuumröhren ,auf eine neuartige Weise erleichtert und eine hohe Aktivität der Kathode schon für verhältnismäßig kleine Feldstärken erzeugt werden. ,.
Gemäß der Erfindung besteht das VerN` fahren zur Herstellung einer vorzugs@ve@espitzen- oder schneiderförmigen Kathode für Hochspannungsröhren mit autoelektronischer Entladung darin, daß die zur Autoelektronenemission dienenden Oberflächenteile der Kathode erst mit einer Oxydschicht eines Schwermetalls, vorzugsweise des Kathodenmetalls, bedeckt werden und daß dann die oxydierte Kathodenob-erfläche zur Aktivierung einer sehr hohen Feldstärke, z. B. von mehreren Millionen Volt/cm, im Hochvakuum ,ausgesetzt wird.
Aus anderen Gebieten der Röhrentechnik ist es bekannt, daß die Aktivität von Kathoden im allgemeinen durch die Anwesenheit von Sauerstoff herabgesetzt wird. Dieses trifft im allgemeinen auch bei den mit Feldemission arbeitenden kalten Kathoden zu. Demgegenüber steht jedoch das beobachtete Verhalten von kalten Kathoden, wenn sie vorher mit -einer Oxydschicht überzogen werden. Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß eine dünne Oxydschicht, die sich in .einer Sauerstoffatmosphäre, beispielsweise auf Wolfram, als Kathodenmetall gebildet hat, durch eine Behandlung mit Hilfe durchgeleiteter Ströme derart formieren läßt, daß nach diesem Stromdurchgang die Autoelektronenemission der Kathode bei wesentlich kleineren Feldstärken (etwa bei io5 V/em) merklich wird, während bei einer reinen Metallöb,erfläche dazu etwa die zehrfache Feldstärke notwendig ist.
Bei der Herstellung, der aktivierten Oxydschicht verfährt man vorzugsweise derart, daß die zu oxydierende Kathode, z. B. eine Spitze oder ein Draht (s. Fig. i), in Sauerstoff von i o--3 bis i o-1 mm Hg bei Temperaturen von 6oo bis i zöo° G kurzzeitig geglüht wird; die Kathode kann hierbei Anlauffarben zeigen, jedoch genügen auch schon dünnere Oxydschichten. Nach dem Abpumpen des -Sauerstoffes legt man an die Kathode eine hohe negative Spannung und steigert diese so weit, bis j e nach der Dimensionierung der Kathode bei einer Feldstärke von einigen Millionen V/cm und Strömen von i o-5 bis 10-2 . Amp. plötzlich eine Veränderung der Oxydschicht erfolgt und bei hinreichender äußerer Strombegrenzung die Spannung am Rohr wesentlich abfällt (Formierung).
Vorteilhaft läßt sich der Formierungsvorgang gleichzeitig mit der Oxydation vornehmen. Zweckmäßig wird dazu die Kathode kurzzeitig und stoßweise in .einer Bogen-.entladung betrieben; die unter vermindertem Druck in Sauerstoff- oder in Argon- bzw. Stickstoffatmosphäre mit Sauerstoffzusatz stattfindet: Die Temperatur bleibt hierbei niedrig genug, so, daß die erzeugte schwache exydschicht an der Kathode nicht zum Vercj;mpfen kommt; außerdem wirkt sich die :;große Stromdichte der Gasentladung in die-'`sem Fall förderlich auf die Formierung ,aus. Nach Abpumpen dieses Gases erhält man im Hochvakuum eine ,aktivierte kalte Kathode; die schon bei etwa 105 V/cm eine Emission bringt.
Läßt man die Bogenentladung aus einer Glimmentladung bei kleiner Spannung entstehen, so, setzt der Kathodenfleck nicht immer an der gewünschten Stelle an. Diese Schwierigkeit wird vermieden, wenn die Bogen- oder Funkenentladung bei der Oxydation und Formierung durch Zuschaltung eines Kondensators verstärkt wird.
Die Benutzung von Sauerstoff für den Aktivierungsprozeß der Kathode wirkt :sich beim Bau von Hochspannungsgleichrichtern zugleich dadurch vorteilhaft ,aus, daß die Anode mit einer adsorbierten Sauerstoffschicht überzogen ist, die ihre Err-sionsfähigkeit herabsetzt; was für eine hohe Sperrspannung günstig ist.
Ein Ausführungsbeispiel für einen Hochspannungsgleichrichter mit kalter Kathode nach der Erfindung ist in der Figur -dargestellt. Die Wandung i des Hochvaküumgefäßes besteht aus Glas oder -einem anderen gut isolierenden Material. Im Interesse Beines langen Isolationsweges sind die Durchführung der Anode z und die Durchführung für die Kathode @an entgegengesetzt gelegenen Gefäß-,enden vorgesehen. Die Kathode besteht aus einem Wolframdrahtbügel3 mit mehreren zur Anode hin gerichteten Spitzen a. -Der Wolf -rambügel3 ist mit zwei Stromzuführungen 5 und 6 versehen und wird während der Herstellung des Rohres auf Glühtemperatur gebracht. Durch diese Hilfserhitzung gelangen gleichzeitig die Kathodenspitzen q. auf Entgasungstemperatur und können bei der späteren Oxydation in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre ebenfalls leicht auf geeigneter Temperatur gehalten werden.

Claims

PATEN TANSY12ÜCFIE: i: Verfahren zur Herstellung einer vorzugsweise spitzen-öder schneiderförmigen Kathode für Hochspannungsröhren mit ®autoelektronischer Entladung, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Autoelektronenemission dienenden Oberflächenteile der Kathode erst mit einer Oxydschicht eines Schwermetalls, vorzugsweise des Kathodenmetalls, bedeckt werden und daß dann die ,oxydierte Kathodenoberfläche zur Aktivierung .einer sehr hohen Feldstärke, z. B. von mehreren Millionen Volt/cm, im Hochvakuumausgesetzt wird. a.
Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre niederen Druckes (etwa i o-3 bis io-i mm Hg) unter gleichzeitiger Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 6oo und i zoo° C oberflächlich oxydiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Kathode mit Hilfe einer Bogen- oder Funkenentladung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre niederen Druckes ,oxydiert und gleichzeitig aktiviert wird. q..
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch -gekennzeichnet, daß die Bogen- oder Funkenentladung durch einen Kondensator verstärkt wird.
5. Hochvakuumröhre mit einer gemäß dem Verfahren nach Anspruch i hergestellten Kathode, dadurch ;gekennzeichnet, daß die Kathodenspitzen auf einem durch Stromdurchgang -heizbaren Drahtbügel ,angebracht sind.