DE705766C

DE705766C - Verfahren zur Herstellung von Heizkoerpern fuer mittelbar geheizte Kathoden aus einem durktilen, schwer schmelzenden Metall

Info

Publication number: DE705766C
Application number: DER91957D
Authority: DE
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1933-11-25
Filing date: 1934-11-23
Publication date: 1941-05-09
Also published as: US2043720A

Description

Der übliche Heizkörper für Oxydkathoden bestellt aus einer induktionsfreien Kehrwendel aus Wolframdraht, die mit einem isolierenden Überzug· aus einem Gemisch von AIuminiumoxyd und ungefähr 2 0/0 Talk oder Kieselerde bedeckt ist. Die Isolation dieser Heizwendel wird bei hohen Temperaturen brüchig·, so daß Leckströme zwischen der Kathodenhülse und dem Heizdraht übergehen

to können.

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Heizkörpern wird ein Gemisch von fein, gemahlenem Aluminiumoxyd und etwa 2 0/0 Talk oder Kieselerde mit einer Lösung von Nitrocellulose verrührt, so daß sich eine sirupartige Suspension bildet, die auf die Wolframwendel aufgespritzt wird. Die so überzogene Wendel wird dann 5 bis 10 Minuten lang in einem Wasserstoffofen auf

so 1400 bis 1600⁰ C erhitzt. Bei dieser Temperatur erhärtet der Überzug auf dem Wolframdraht, der selbst duktil bleibt. Man hat es bisher für erforderlich gehalten, dem Aluminiumoxyd etwas Talk, Kieselerde oder einen ähnlichen Stoff, der bei ungefähr 1400⁰ C weich wird, beizumischen, um einen festen Isolationsüberzug bei einer Temperatur zu erhalten, bei der der Wolframdraht duktil bleibt. Aluminiumoxyd, das frei von Talk oder Kieselerde ist, sintert und bildet eine zusammenhängende Schicht, wenn es auf 1800⁰C oder mehr erhitzt wird; wenn die Heizwendeln in einem Wasserstoffofen bis zur Sinterungstemperatur des Aluminiumoxyds erhitzt wurden, wurde der Wolframheiz draht sehr spröde und praktisch unverwendbar. Trotzdem geht ein bekannter Vorschlag dahin, als Baustoff für die Isolierschicht einer mittelbar geheizten Kathode die reinen Oxyde dies Berylliums, Zirkons, Scandiums oder Aluminiums zu verwenden und diese mit Wasser unter Zusatz von Säure zu einem Brei anzurühren, der auf den Wolframheizdraht aufgespritzt wird. Hierdurch erzielte man zwar eine hochwertige elektrische Isolation, mußte aber eine Verringerung der Festigkeit des Kerndrahtes in Kauf nehmen. Es ist ferner bekannt, auf einen Wolframheizdraht ein Gemisch aus calciniertem Aluminiumoxyd und einer geringen Menge Natriumsilicat aufzu-

tragen und ihn dann in einer Wasserstoffatmosphäre auf iooo'C zu erhitzen. Auch dieses Verfahren war auf die Erzielung" einer großen Wärmeleitfähigkeit und elektrischen Isolation abgestellt, ohne Rücksicht auf den Kerndraht.

Erfindungsgemäß erfolgt die Herstellung von Heizkörpern aus einem duktilen, schwer schmelzenden Metall, wie z. B. Wolfram, mit ίο einer gesinterten Isolation aus Ahtminiumoxyd mit höchstens o,5°/o Verunreinigungen in· der Weise, daß der Heizdraht mit einer Suspension des Aluminiumoxyds in einem geeigneten organischen Bindemittel, z. B. in is Nitrocellulose, überzogen und in einer möglichst viel Wasserdampf enthaltenden Wasserstoffatmosphäre bei etwa i8oo° C geglüht wird, bis der Isolierstoff zu einer zusammen hängenden Schicht zusammensintert. Ver ao suche haben gezeigt, daß der Wolframdraht unter diesen Bedingungen seine Duktilität beibehält, selbst wenn er mit einer dichten zusammenhängenden Schicht aus gesintertem reinem Aluminiumoxyd bekleidet ist. as Bei einem praktisch ausgeführten Verfahren wurde Aluminiumoxyd verwendet, das 0,2u,o oder weniger Verunreinigungen enthielt. Dieses Oxyd, das im allgemeinen durch Trocknen von gefälltem Hydroxyd hergestellt wird, ist in Pulverform unter der Bezeichnung »chemisch reines Aluminiumoxyd« im Handel. Dieses gepulverte Aluminiumoxyd wird zweckmäßig auf etwa 1600⁰C erhitzt, bis es etwas zusammenschrumpft und etwas dichter wird; dann wird es etwa 18 Stunden in einer Kugelmühle zu einem feinen Pulver gemahlen, dessen durchschnittliche Korngröße etwa 0,05 mm und dessen größte Korngröße nicht mehr als das Dreifache beträgt. Dieses feine Pulver wird in einer Lösung von Nitrocellulose aufgeschwemmt, die etwa die. Dichte und Zähigkeit von dünnem Sirup hat. Zweckmäßig wird die Suspension mit der kleinsten Menge von Lösung bereitet, die noch eine glatte gleichmäßige Oxydschicht ergibt, wenn die Suspension auf den Wolframheizdraht aufgespritzt wird. Diese aufgespritzte Schicht hat eine Dicke von 0,1 bis 0,2 mm.

Der so behandelte Wolframdraht wird nun getrocknet, und zwar- erhitzt man ihn zweckmäßig für kurze Zeit auf 100° C und dann in einem elektrischen Ofen in einer Wasserstoff atmosphäre S bis 10 Minuten lang auf etwa 1800⁰C. Zu diesem Zwecke werden die überzogenen Heizwendeln zweckmäßig in Molybdänschiffchen gelegt, die durch die Wasserstoffatmosphäre hindurchgeschoben werden. Diese Wasserstoffatmosphäre wird, während die Heizdrähte erhitzt werden, sehr feucht, praktisch so feucht wie möglich, gehalten. Zum Anfeuchten lal.it man den Wasserstoff durch Wasser von etwa 50 bis 55° C hindurchströmen. Bei der Erhitzung in dieser sehr feuchten Wasserstoffatmosphäre bleibt der Wolframdraht duktil, und die Teilchen des reinen Aluminiumoxyds sintern zu einer dichten zusammenhängenden Schicht zusammen, die an dem Draht haftet. Dem freien Auge erscheint diese Schicht glatt und gleichförmig, während unter dem Mikroskop die Teilchen des Aluminiumoxyds als zu einer zusammenhängenden Schicht zusammengesintert erscheinen. Beim Sintern schmelzen die Teilchen nicht und fließen nicht zusammen, sondern sie werden nur an ihrer Oberfläche etwas weich und backen zusammen. Bei der Sintertemperatur werden Alkalimetalle und ähnliche Verunreinigungen aus dem AIu-' miniumoxyd praktisch ausgetrieben, und es entsteht auf dem duktilen Draht eine Iso- ·« liersGhicht, die im wesentlichen aus reinem Aluminiumoxyd besteht und eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit besitzt.

Wenngleich duktiler Wolframdraht als Kerndraht bevorzugt wird, kann man auch Molybdän oder ein anderes duktiles Metall mit hohem Schmelzpunkt verwenden. Anstatt reines Aluminiumoxyd mit Nitrocellulose zu mischen und auf den Draht aufzuspritzen, kann es auch mit Mehlkleister gemischt und zu einem Stab geformt werden, der sich als Kern für die Wendel eignet. Ein solcher Stab, der bei 18oo° C oder mehr in sehr feuchtem Wasserstoff erhitzt wird, ist sehr fest. Ein Heizkörper aus einer nach dem erstbeschriebenen Verfahren hergestellten Heizwendel und einem nach dem obigen Verfahren hergestellten Kernstäbchen ist sehr widerstandsfähig und hat den Vorteil, daß sowohl der Kern als auch der Überzug aus '00 reinem Aluminiumoxyd besteht.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Herstellung von Heiz- >°5 körpern für mittelbar geheizte Kathoden aus einem duktilen, schwer schmelzenden Metall, wie z. B. Wolfram, mit einer gesinterten Isolation aus Aluminiumoxyd mit höchstens 0,50/0 Verunreinigungen, da- no durch gekennzeichnet, daß der Heizdraht mit einer Suspension des Aluminiumoxyds in einem geeigneten organischen Bindemittel, z. B. Nitrocellulose, überzogen und in einer möglichst viel Wasserdampf enthaltenden Wasserstoffatmosphäre bei etwa 1800⁰C geglüht wird, bis der Isolierstoff zu einer zusammenhängenden Schicht gesintert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch no gekennzeichnet, daß zur möglichsten Anreicherung mit Wasserdampf der im Sinter-

ofen verwendete Wasserstoff vorher durch Wasser von 50 bis 55⁰C geleitet wird.
3. Heizkörper für mittelbar geheizte Kathoden, dadurch gekennzeichnet, daß eine nach dem Verfahren gemäß Anspruch ι hergestellte Heizwendel um einen stabförmigen isolierenden Kern gewickelt ist, der aus einem Gemisch von reinem Aluminiumoxyd mit Mehlkleister besteht und bei etwa 1800⁰C in einer sehr viel Wasserdampf enthaltenden Wasserstoffatmosphäre gesintert ist.

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