DE704846C

DE704846C - Elektrisches Entladungsgefaess mit einem oder mehreren mindestens teilweise die vakuumdichte Gefaesswand bildenden keramischen Bauteilen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE704846C
Application number: DEA74657D
Authority: DE
Inventors: Dr Wilfried Meyer; Dr Hans Pulfrich; Dr-Ing Erich Wiegand
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1934-11-25
Filing date: 1934-11-25
Publication date: 1941-04-08

Description

Elektrisches Entladungsgefäß mit einem oder mehreren mindestens teilweise die vakuumdichte Gefäßwand bildenden keramischen Bauteilen und Verfahren zu seiner Herstellung Bei elektrischen Entladungsgefäßen versucht man immer mehr, die bisher üblichen Glasteile der Wandung durch keramische Teile zu ersetzen, da hierdurch eine größere Festigkeit und Temperaturbeständigkeit erreicht wird. Außerdem erlaubt die Verwendung keramischer Teile die Wahl von Gefäßformen, die mit Glas nicht erreicht werden können. Mit den keramischen Stoffen lassen sich aber die zur Stromeinführung oder als Wandungsteil dienenden Metallteile nur sehr schwer vakuumdicht verbinden. Es besteht daher die Aufgabe, die metallischen Leiter durch andere leitende Körper zu ersetzen, die sich leicht vakuumdicht mit keramischen Körpern verbinden lassen.
Bei dem Entladungsgefäß nach der Erfindung, das ebenfalls aus einem oder mehreren mindestens teilweise die vakuumdichte Gefäßwand bildenden keramischen Bauteilen besteht, werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß erfindungsgemäß die keramischen Bauteile Metalloxyde enthalten, die beispielsweise durch Reduktion in leitende niedere Oxyde überführbar sind, und daß die Bauteile wenigstens an einzelnen Stellen Oxyde der leitenden Stufe enthalten. Zu diesem Zweck eignen sich beispielsweise Magnesiumoxyd, Urandioxyd, Titandioxyd u. dgl. Die keramischen Körper brauchen nicht in allen ihren Teilen leitend zu sein, wenn dies für die Wirkungsweise der Röhre nicht erforderlich ist. Den leitenden Oxyden können keramische Isolierstoffe, wie Quarz, Aluminiumoxyd oder Silicate, beigemischt werden.
Als niederes Metalloxyd hat sich besonders Titanoxyd mit einem Sauerstoffgehalt zwischen TiO2 und Ti O und als Isolierstoff Magnesiumoxyd bewährt. Günstig ist ein Gemisch mit einem Molekularverhältnis des Magnesiums zu Titan von 2 : i. Der spezifische Widerstand eines solchen Körpers ist je nach der Brenntemperatur i Ohm für den Leite von i cm= Otterschnitt und i cm Länge untlweniger. Die Körper sind außerordentlich fest und temperaturwechselbeständig. Sie haben eine blaue Farbe.
Zur Herstellung der leitenden keramischen Körper wird das geformte Gemisch entweder erst in oxvdierender und dann in reduzierender Umgebung oder nur in reduzierender L?n?-gebung gebrannt. Durch das Entziehen von Sauerstoff beim reduzierenden Brennen werden die Körper leitfähig. Durch geeignete Formgebung der keramischen Körper und durch zweckmäßige Führung der oxydierenden und reduzierenden Gase beim Brennen ist es möglich, Körper zu erhalten, die teilweise leitend und teilweise isolierend sind. Die zum Dichtwerden erforderliche Brenntemperatur liegt oberhalb von iooo'= C. Bei dein angegebenen Gemisch von Titanoxyd und lIagnesiumoxyd sind etwa i4oo bis i 5oo- G erforderlich.
Die erhaltenen Körper lasen sich, da durch das reduzierende Brennen ihre mechanischen Eigenschaften nicht merkbar verändert werden, leicht finit anderen keramischen Körpern verbinden, insbesondere mit solchen keramischen Körpern, die durch oxydierendes Brennen der gleichen Gemische erhalten sind. Falls der Körper nur teilweise leitend ist, wird es oft zweckmäßig sein, den nichtleitenden Teil mit dem anderen lteramischen Körper zu verbinden. Der keramische Körper aus dem angegebenen Gemisch von Titanoxyd und Magnesiumoxyd läßt sich auch mit Weichglas verschmelzen.
Ist man gezwungen, den elektrischen Widerstand der leitenden keramischen Teile noch weiter herabzusetzen, so kann man auf seiner Oberfläche einen metallischen Überzug anbringen. Dieser Überzug kann z. B. elektrolvtisch erzeugt werden. Zweckmäßiger ist es jedoch, vor dem Brennen eine Metallpaste aufzutragen und diese dann beim Brennen aufzusintern. Es ist vorteilhaft, den Teil des leitenden keramischen Körpers, der vakuumdicht finit anderen Wandungsteilen verbunden werden soll. ohne Überzug zti lassen. Auch zum Befestigen der Elektroden können auf den keramischen Teilen derartige Überzüge vorgesehen werden.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen des keramischen Bauteils nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
-neigt einen keramischen Stift i. der durch eine keramische Platte 2 durchgeführt ist. Der Stift i besteht aus der elektrisch leitenden Keramik, z. B. au: anreduziertein Titanoxyd und Magnesiumoxyd. Die Platte 2 ist z@vecknüißig auch aus leinselben Gemisch, also z. B. von Titanoxyd und Magnesiumoxyd, :durch Brennen in oxydierender Umgebung 'ethalten. Die Platte ist also nicht leitend. l ide Teile sind durch einen Glasfuß oder 'äuch durch einen leicht sinternden keramischen Stoff 3 miteinander verbunden. Der als Stromzuführung dienende Stift i ist auf der einen Seite als Stecker und auf der anderen Seite als Träger für den Innenaufbau der Röhre ausgebildet. Zum Befestigen der Elektrodenstütze d ist er an dem im Entladungsgefäß befindlichen Ende von einem Metallring 5 umschlossen.
Abb. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der Stromzuführung nach Abb. i. Der Stift i ist hier nur im unteren Teil reduziert, so daß nur der Steckerteil, der in die Platte eingeschmolzene 'feil und ein kurzes Stück auf der anderen Seite der Platte 2 leitend sind. Das im Innern des Entladungsgefäßes befindliche nicht reduzierte Ende 6 kann dann zum Tragen einer auf einem anderen Potential befindlichen Elektroderistütze 7 benutzt werden. Die vorn Stecker in das Entladungsgefäß eingeführte Spannung wird an dem tiefer sitzenden Ring 5 abgenommen. Die Herstellung eines derartigen Stiftes erfolgt vorteilhaft in der Weise. daß zunächst der ganze Stift reduziert und darauf das obere Ende 6 z. B. in einer offenen Flamme wieder oxydiert wird. Beim Oxydieren des Teiles 6 ist der übrige Stift gegen die oxydierende Flamme ' zu schützen.
Durch geeignete kurze Behandlung mit reduzierendem Gas ist es auch möglich, den keramischen Körper nur oberflächlich zu reduzieren. Ausführungsbeispiele für so ausgebildete Stromeinführungen sind in den Abb. 3, d und 5 dargestellt.
Abb. 3 zeigt eine keramische Platte 2, die einen napfförmigen Ansatz 8 trägt. Dieser Napf ist am Boden 9 wesentlich dünner als an den Seiten. Wenn bei einem solchen Napf z. B. die Innenseite reduziert wird, so wird bei geeigneter Dicke der reduzierten Schicht eine Stromleitung von innen nach außen ermöglicht werden, da am Boden 9 die ganze Wandstärke reduziert wird. Die Abb. d. zeigt eine ähnliche Stromzuführung, bei der der Napf io einen Teil der keramischen Platte bildet.
In Abb. 5 ist ein einseitig geschlossenes Rohr i i dargestellt, das an den Innen- und Außenflächen reduziert und dessen untere Abschlußfläche bis zu der inneren leitenden Schicht weggeschliffen ist. Man hat bei dieser Stromzuführung die 'Möglichkeit, von unten her an die beiden durch die isolierend gebliebene Zwischenschicht getrennten Flächen verschiedene Spannungen zu legen und somit in einem Rohr zwei konzentrische Stromdurchführungen zu vereinigen, ohne die mittlere Öffnung des eingekitteten Rohres bes s onders verschließen zu müssen. Die Durchführung nach Abh. 5 wird in der gleichen Weise, wie es bei den Abb. i, 2 und 3 gezeigt wurde, durch eine keramische, isolierende Platte 2 durchgeführt.
Auch Elektroden können aus den leitenden keramischen Stoffen hergestellt werden.
Abb. 6 zeigt eine solche Kathode, die einen Teil der Außenwand bildet. In die keramische Platte 2 ist mit Hilfe eines leicht sinternden keramischen Stoffes 3 das Kathodenröhrchen 12- vakuumdicht eingesetzt. Das Kathodenröhrchen ist außen anreduziert, und die so entstandene leitende Fläche ist mit emittierenden Stoffen bedeckt. Die Kathodenspannung wird an dem nach außen vorstehenden Teil des Rohres zugeführt. In die Kathode ist der Heizkörper 13 eingeführt. Er wird von einer unteren Abschlußplatte 14 getragen. Die Abschlußplatte kann z. B. durch Verschrauben ahnehmbar befestigt sein, so daß der Heizkörper leicht ausgewechselt werden kann.
Abb. 7 zeigt ein mäanderförmig gebogenes, durch strömendes Wässer von innen kühlbares Rohr aus leitender Keramik, das als Gitter bei einem gesteuerten Lichtbogengleichrichter Verwendung finden kann. Hochbelastete Gitter in Glühkathodenentladungsgefäßen werden zweckmäßig als ein die Kathode umgebendes wendelförmiges gekühltes Rohr nach Abt>. B ausgebildet. Eine außen anreduzierte oder völlig leitend gemachte keramische Wandung kann auch als Abschirmung dienen.
Abt>. 9 zeigt eine Verstärkerröhre, bei der von dem Erfindungsgedanken Gebrauch gemacht ist. Die Röhre besteht aus einer Bodenplatte 15 und einer glockenförmigen Hülle 16 aus den neuen Stoffgemischen. Diese Hülle ist entweder innen anreduziert oder nach dem Reduzieren von außen oxydierend behandelt, so -daß sie eine leitende Innenfläche besitzt. Statt dessen. ist es auch möglich, den ganzen Körper .leitend zu machen. Ist :die Hülle nur auf der Innenseite leitend, so erhält sie zweckmäßig an einer Stelle zur Stromzuführung einen Napf, wie er in den Abb. 3 und 4 dargestellt ist. Die Anode kann ebenso wie die vorher beschriebene Abschirmungselektrode Kühlkanäle besitzen. In den Boden des Gefäßes sind bei diesem Ausführungsbeispiel drei Stromzuführungen 17, 18 und i9 eingeschmolzen, von denen die Stromzuführung 18 als Halter für das Gitter 20 und die beiden anderen. als Halter für die Kathode dienen. Dabei ist vorteilhaft eine der Stromzuführungen zur Kathode erheblich verlängert und am oberen Ende oxydierend behandelt, so daß dieser Teil als Stütze 21 für die Mitte des V-förmig gebogenen Heizfadens -22 dienen kann.
Der leitende keramische Bauteil nach der Erfindung ist auch bei zahlreichen anderen Entladungsgefäßen zu verwenden, beispielsweise bei Röntgen- oder Kathodenstrahlröhren oder Photozellen.

Claims

PATL'NTANSPRÜCHE: i. Elektrisches Entladungsgefäß mit einem oder mehreren mindestens teilweise die vakuumdichte Gefäßwand bildenden keramischen Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, däß die keramischen Bauteile Metalloxyde enthalten, die, z. B. durch Reduktion, in leitende niedere Metalloxyde überführbar sind, so daß die keramischen Bauteile wenigstens an einzelnen Stellen elektrisch leitend sind. Entladungsgefäß nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil wenigstens teilweise aus einer Mischung der leitenden Oxyde mit keramischen Isolierstoffen, wie Quarz, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd, Silicaten o. dgl., besteht. 3. Entladungsgefäß nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der leitende Bestandteil ein niederes Titanoxyd enthält, dessen Sauerstoffgehalt zwischen den Werten von Ti 02 und Ti O liegt. 4. Entladungsgefäß nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil wenigstens teilweise aus niederem Titano.xyd und Magnesiumoxyd besteht und vorzugsweise ein Molekularverhältnis von Magnesium zu Titan von 2 : i aufweist. 5. Entladungsgefäß nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil teilweise mit einem metallischen Überzug versehen ist. 6. Entladungsgefäß nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromeinführung aus einem Stab leitender Keramik besteht, der mittels eines geeigneten Bindemittels, z.B. mittels eines Glasflusses oder eines leicht sinternden keramischen Stoffes, vakuumdicht in die Gefäßwand eingesetzt ist (Abb. i). ;. Entladungsgefäß nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach außen vorstehender leitender Teil der Stromeinführung als Stecker ausgebildet ist (_4bb.2). B. Entladungsgefäß nach Anspruch() und ; , dadurch gekennzeichnet, daß ein nach innen in das Entladungsgefäß hereinragender Teil der Stromeinführung zugleich als Stütze für die Elektroden ausgebildet und daß zweckmäßig der als Elektrodenstütze ausgebildete Teil der Stromeinführung elektrisch nicht leitend Ist. c). Entladungsgefäß nach den Ansprüchen i bis ;, dadurch gekennzeichnet, daß seine Wandung eine nach innen oder außen vorstehende, aus keramischem Stoff bestehende Ausbuchtung bzw. einen besonderen Ansatz in Form eines Hohlkörpers oder Napfes aufweist, dessen Boden dünner ist als die übrige Wandung, und ciaß die Wandung selbst auf der inneren Seite durch die leitenden Metalloxyde in einer durch den Boden der Ausbuchtung oder des Ansatzes hindurchreichenden Schichtdicke leitend ist (Abb. 3. d.). to. Entladungsgefäß nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Ausbuchtung oder des Ansatzes innen und außen, aber nicht bis an den Boden heran elektrisch leitend gemacht ist, so daß beule leitenden Schichten durch eine isolierende Zwischenschicht getrennt sind (Abb. 5). i i. Entladungsgefäß nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, dati ein wesentlicher und wenigstens an der dein -Vakuumraum zugekehrten Seite leitender Teil der Gefäßwandung als Anode ausgebildet ist. 12. Entladungsgefäß nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein wesentlicher Teil der Gefiißwand aus einem leitende niedere Metalloxyde enthaltenden keramischen Bauteil besteht und als Röhrenabschirmung dient. 13. Entladungsgefäß nach den Anspriichen ii und 1,2, gekennzeichnet durch in den keramischen Bauteil eingebaute dünne Kanäle. 1.4. Entladungsgefäß nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter aus einem elektrisch leitenden, niedere lletalloxvde enthaltenden keramischen Werkstoff hergestellt ist und aus einem oder mehreren, gegebenenfalls die Kathode wendelförmig umgebenden Rohren besteht (Abh. 7). i5# 1?ntladungsgefäß nach den Ansprüchen r his .3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus einem wenigstens an der Oberfläche leitenden Rohr aus keramischem Werkstoff bestellt, in dessen Innerem die Heizung angebracht ist (Abb. (@ . 16. Verfahren zur Herstelfung von Bauteilen für Entladungsgefäße nach den Ansprüchen i bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die inetalloxvdhaltigen keramischen Gemische gebrannt und wenigstens teilweise bis zum Leitendwerden reduzierend behandelt werden. 17. Verfahren- nach Anspruch 16 zur Herstellung einer Stromeinführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch der als Elektrodenstützze ausgebildete "feil zunächst reduzierend, dann aber oxydierend behandelt wird. i8. Verfahren nach Anspruch 16 zur Herstellung einer Stromeinführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung von der leitend zu machenden Seite her anreduziert wird. i9. Verfahren nach Anspruch 16 zur Herstellung von Stromeinführungen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbuchtung oder der Ansatz in Form eines Hohlkörpers oder Napfes mit gleichmäßiger Wandstärke innen und außen reduziert und dann am Boden bis auf die innere leitende Schicht beispielsweise durch Abschleifen dünner gemacht wird (Abb. 5 ). 20. Verfahren zur Herstellung eines mit einem metallischen Cherzrig versehenen Bauteils nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der geformte Körper vor dein Sintern und Reduzieren an den mit X-letall zu überziehenden Stellen mit einer Metallpaste bedeckt wird. 21. Verfahren zur Herstellung eines mit einem metallischen L?berzug versehenen Bauteils nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallüberzug auf elektrolvtischein Wege erzeugt wird.