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Glühkathode für elektrische Entladungsgefäße, wie Leuchtröhren, Gleichrichter,
Senderöhren und Verstärkerröhren Als Kathoden sowohl für Vakuum- als auch für Gasentladungsgefäße
werden meist.Metalle oder Metalloxyde verwendet. Die Emissionsfähigkeit der üblichen
Metalle ist jedoch beschränkt; um überhaupt beträchtliche Elektronenemission erreichen
zu können, muß man bei Verwendung von Metallen auf hohe Temperaturen gehen, Metalloxyd-
oder metalloxydhaltige Kathoden arbeiten bei wesentlich geringeren Temperaturen.
Hierzu gehören beispielsweise Metallkathoden mit Thoroxydgehalt, bei denen die Emission
auf einen dünnen metallischen Thoriumfilm zurückgeführt wird, und Kathoden, in denen
vornehmlich die Erdalkalioxyde Verwendung finden. Es sind die bekannten Kathoden
mit Bariumoxyd-, Strontiumoxyd- und Calciumoxydgehalt. Meist sind alle drei Oxyde
in Gemischen untereinander vorhanden. Die Emission dieser Oxydelektroden ist außerordentlich
gut. Ihre Anwendbarkeit ist jedoch durch die Temperatur begrenzt. Um eine befriedigende
Lebensdauer zu erreichen, darf die Temperatur der Kathoden nicht weit über z ooo°
C ansteigen. In Vakuumentladungsgefäß:en, bei denen Kathoden mit Erdalkalioxyden
mittelbar oder unmittelbar geheizt werden, ist die Einstellung einer festen Kathodentemperatur
gegeben: Bei Gasentladungsgefäßen, bei denen die Kathoden entweder unmittelbar geheizt
werden oder aber durch die Elektrodenverluste auf Emissionstemperatur gebracht werden,
treten dagegen häufig beträchtliche Temperaturschwankungen ein, die zu einer überlastung
der Kathoden führen. Dies gilt insbesondere für Hochdruckentladungsgefäße, da bei
diesen die Kathoden unmittelbar nach dem Einschalten bei verhältnismäßig noch tiefer
Kathodentemperatur strommäßig überaus stark beansprucht werden. Es kann ein Mehrfaches
des
Nennstromes fließen. Diesen starken Beanspruchungen sind die üblichen, in Vakuumentladungsgefäßen
gebräuchlichen Oxydkathoden nicht gewachsen.
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Die Erdallkalioxyde werden in Form von Pasten auf metallische Träger
oder Drähte aufgespritzt oder aufgesprüht. Der Emissionsstrom durchsetzt als Elektronen-
und Ionenstrom damit zwangsläufig die Oxydschicht. Da diese Erdalkalioxyde oder
Oxydgemische einen hohen negativen Temperaturkoeffizienten des Widerstandes haben,
treten beim Anlaufen und bei starker Belastung der Kathoden leicht bevorzugte Strombahnen
auf, die örtliche Überhitzung und ein Zerspratzen der Kathoden zur Folge haben.
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Von diesem Nachteil frei sind bei sehr guter Emissionsfähigkeit Glühkathoden,
die erfindungsgemäß aus P.erowskitstruktur besitzenden Barium-, Strontium- und Calciumtitanaten
für sich oder aber in Gemischen untereinander bestehen.
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Zwecks Herstellung der Glühkathoden werden Bariumtitanat, Strontiumtitanat
oder Calciumtitanat nach dem bei Halbleitern üblichen Verfahren zu Körpern geformt.
Sie können gegebenenfalls noch zur Erhöhung des Widerstandes isolierende Beimengungen,
insbesondere Gberschüsse der benutzten Er dalkalioxyde, enthalten. Die Formkörper
werden bei i5oo bis i8oo° C in Wasserstoff gebrannt. Sie nehmen dabei Perowskitstruktur
und einen metallischenTemperaturkoeffizienten des Widerstandes an. Der spezifische
Widerstand beträgt etwa 1/l00 ,r cm und mehr. Ihre Zusammensetzung ist dann nicht
mehr 1.'!e0 # Ti 02, wobei Me0 ;das Erdalkalioxyd ist, sondern ihr e Zusammensetzung
ist Me O . Ti 0" wobei x zwischen etwa 1,5 und 2 liegen kann. Der Sauerstoffgehalt
der Perowskitstruktur besitzenden Erdalkalititanate ist also kleiner als der Sauerstoffgehalt
der in Luft gesättigten Verbindungen. Die in der so reduzierend behandelten, Perowskitstruktur
aufweisenden Verbindung auftretenden, chemisch nicht beanspruchten Wertigkeitselektronen
wirken dann als Leitfähig keitselektronen und sind -wahrscheinlich auch verantwortlich
für die Elektronenemission. Der positive Temperaturkoeffizient dieser emissionsfähigen
Körper ist deswegen von V6'ichtigkeit, weil bei der Benutzung als Emissionsstoff
in Entladungsröhren die Ausbildung bevorzugter Strombahnen bei kurzzeitigen überlastungen
verhindert 1 wird. An einer Stelle mit bevorzugter Elektronenemission würde auch
ein erhöhter Querstrom auftreten. Dieser erhöhte Querstrom führt zur Widerstandsvermehrung
in der Oxydschicht, also selbsttätig zur Bremsung. Die Emissionskörper können stab-,
band- oder rohrförmig sein. Sie können auch gleichachsig ineinander angeordnete
Stab- oder Rohrkörper sein, um ohne Heizstrommagnetfeld benutzt zu werden. Die Körper
können sowohl für mittelbar als auch für unmittelbar geheizte Kathoden als Emissionsträger
dienen. Es ist nicht unbedingt nötig, aus diesen Perowskiten stets Formkörper herzustellen.
Auch die Verwendung von reduzierend behandeltem Perowskitpulver, das als Paste auf
einen unmittelbar geheizten Metalldraht oder ein mittelbar geheiztes Metallröhrchen
aufgetragen wird, ist möglich. Kathoden dieser Art können in Leuchtröhren, Gleichrichtern,
Verstärkerröhren oder Senderöhren benutzt werden.
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Die bevorzugte Verwendbarkeit in Gasentladungsgefäßen ist besonders
dadurch gegeben, daß sie während des Anlaufvorganges, also bei verhältnismäßig geringer
Temperatur, eine gleichmäßige Emission ohne Ausbildung bevorzugter Strombahnen und
örtlicher Gberlastung geben und daß sie den bei Gasentladungskathoden auftretenden
Temperaturen von mehr als iooo° C ohne weiteres gewachsen sind.
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Die Abbildung -zeigt als Beispiel eine auf einem Glasfuß i
angeordnete Kathode einer Leuchtröhre. Die Kathode wird von einem Stift 2 gebildet,
der beispielsweise aus Bariumtitanat besteht oder Bariumtitanat enthält. Der Stift
aus Bariumtitanat dient gleichzeitig als Kathodenheizer und als Kathode. Er wird
von den Stromzuführungen 3 und d. getragen.