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Trägerkörper für Oxydglühkathoden von elektrischen Entladungsgefäßen
Die Erfindung betrifft Legierungen für Träge;rleörpe!r von Oxydglühlcathoiden von
elektrischen Entladungsgefäßen. Die elektronen@emittierenden Überzüge bestehen bei
derartigen Glühkathoden vorzugsweise aus Erdalkalioxyden. Das Trägermetall von Glühkathoden
muß daher solche Eigenschaften haben, daß es milt dem Oxydüberzug eine Reaktion
eingeht, bei der genügend aktives :Metall frei wird, um eine lange und starke Elektronenemission
aufrechtzuerhalten. Die Emission soll möglichst gleich zu Anfang der Erhitzung der
Kathode in der vollen Stärke einsetzen und gleichmäßig während der Lebensdauer der
Kathode bleiben. Es kommt ferner für das Trägermetall noch die Fo:rderu.ng hinzu,
daß es, insbesondere bei feinen Drähten, duktil, aber dennoch mechanisch fest sein
muß. Außerdem muß es eine hohe WarmfestigIkeit haben, wenn es zu sehr feinen Drähten
ausgezogen werden soll.
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Die o:bengenannten Forderungen sind bei dem Trägerkörper für Oxydglühkathoden
nach der Erfindung erfüllt.
beisteht der Trägerkörper aus einer
Nickellegierung, die o,5 bis i,5 % Aluminium, 0,25 bis 0,75010 Silicium,
0,07 bis 4225V0 Magnesium, o, i bis o, 5 % Kohlenstoff, Rest Nickel enthält. Diese
Nickellegierung hat: neben einer hohen Festigkeit die besondere Eigenschaft, daß
sie die Elektronenemission des Überzuges begünstigt.
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Die belcannte:n Trägerdrähte von Emissionsschi:chte:n bestehen im
allgemeinen aus handelsüblichem Nickel, welches einige als Reduktionsmittel wirkende
Bestandteile enthält. Diese Bestandteile diffundieren an die Oberfläche des Drahtes,
wenn er erhitzt wird, und gehen mit dem Oxydüberzug eine: Reaktion ein, bei der
Erdalkalimetall in. Freiheit gesetzt wird. Der Anteil dieser Reduktionsmittel ist
bei dem handelsüblichen Nickel jedoch außerordentlich gering, beispielsweise 0,03
bis O,i Gewichtsprozent der Legierung, so daß diese Reduktionsmittel nicht ausreichen,
um eine gleichmäßige Emission wähn einer längeren Lebensdauer der Kathode aufrechtzuerhalten.
Das handelsübliche Nickel ist ferner mechanisch schwach und kann schlecht zti dünnen
Drähten verarbeitet werden., ohne daß eine Bruchgefahr besteht.
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Es ist auch bereits bekannt, den als Träger für Emissionsschichten
von Glühlkathoden dienenden Nickeldrähten Aluminium hinzuzufügen. Das Hinzufügen
von Aluminium allein führt jedoch nicht zu einer Erhöhung der Elastizität.
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Die> Nickellegierung nach der Erfindung hat eine ungewöhnlich hohe
Warm- und Kaltfestigkeit und dient zur Herstellung voll Oxy dkathoden mit besonders
guten Emissionseigenschaften. Durch den Zusatz von Kohlenstoff, Siticium, Aluminium
und Magnesium in den angegebenen Verhältnissen wird ein Trägerkörper erzeugt, der
in der Kälte eine Elastizität von mehr als .9o g pro Milligramm und Zoo inm hat.
Ferner zeichnet sich ein derartiger Trägerkörper, wenn er vorzugsweise mit Barium-Strontium-Oxyden
überzogen ist, durch eine gleichmäßige, lange alldauernde holte Emission aus.
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Im Gegensatz zu den üblichen Annahmen wurde gefunden, daß durch Hinzufügung
einer bestimmte :Menge von Kohlenstoff reines Nickel weder gehärtet wird noch eine,
ilöliere Warmfestigkeit erhält. Auch die Hinzufügung von Silicium, Aluminium oder
Magnesium allein oder in verschiedenen Kombinationen zu dem reinen Nickel bewirkt
keine Vergrößerung der Elastizität.
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Es wurde nun gefunden, daß durch die Hinzufügung von Kohlenstoff zu
Nickel, welches geringe Prozentsätze an Aluminium, Silicium und :Magnesium enthält,
die Elasti= zität und Festigkeit des Nickels außerordent ]ich erhöht wird. Reines
Nickel, das i 0/a Alu. minium und 0,d.0/0 Silicium enthält, hat nui eine Elastizität
von 45 g pro 3#tilligramir und 20o inm; auch handelsübliches Nickel mit 0,o5 % Magnesium,
0,050/t) Mangan, 0,o5 % Silicium, 0,o5 % Eisen und 0,a5 0/c Kohlenstoff weist eine
weitaus geringere Elastizität auf, nämlich 55 bis 65 g pro Milligramm und 200 mm.
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Die hohe mechanische Festigkeit des Trägerkörpers nach der Erfindung
beruht allscheinend darauf, daß Silicium und Magnesium mit dein Kohlenstoff Karbide
bilden und daß diese Karbide zusammen mit deni Nickel kristalline Gebilde bilden,
«-elche sehr fest sind.
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Es hat sich beisp.iels«-ei,se als zweckmäßig erwiesen, für die- Trägerkörper
für Oxydglülika@tlioden von üblichen Radioröhren Legierungen mit ungefähr o,2 %
Kohlenstoff, i % Aluminium, 0,450/0 Magnesium und 0,.1.% Silicium, Rest elektrolytische
Nickel zu verwenden. Diese Legierung wird geschmolzen, gegossen und beispielsweise
zu Drähten ausgezogen. Die Drähte werden dann vorzugsweise: mit Erdalkalicarbonaten
überzogen. Die vier Zusabzbe:standteile der Legierung nach der Erfindung bewirken
zusammen eine starke Anfangsemission. welche jedoch lange anhält, sowie eine hohe
mechanische Festigkeit. Der Aluininiumgeha:lt fördert die Emission während des Betriebes
der Iiatliode dadurch, daß Aluminium als sehr aktives Reduktionsmittel wirkt. Es
diffundiert jedoch sehr langsam all die Oberfläche, so daß eine beträchtliche Zeit
zur Aktivierung des Überzuges mit Aluininiuni erforderlich ist. Das Aluminium bleibt
somit im Kern und hat eine hohe Emission für viele Hundert von Betriebsstunden zur
Folge. Sowoll,l Muminium als auch Silicium vergrößern den spezifischen Widerstand
des Nickels. Bei dien a.nge5@l->e,nen Prozentsätzen von Aluminium und Silicium wird
der Widerstand bei einem gegebenen Strom, gegebener Spannung und gegebener Drahtlänge
derart vergrößert, däß der Durchmesser des Drahtes wesentlich erhöht werden kann.
Durch den ho:llen spezifischen Widerstand und die hohe Drahtdicke läßt sich eine
große Emissionsoberfläche erzielen. Die große Oberfläche trägt zur Steigerung der
Leistung der Röhre bei und ermöglicht eine Herabsetzung der erforderlichen Betriebstemperatur
bei gegebener Ausgangsleistung der Röhre.
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Der Aluminium- und -Magnesiuingehalt bewirkt eine starke Alztivierung
bei niedriger Temperatur; denn das Magnesium gelangt auf Grund seiner hohen Diffusionsgeschwindigkeit
sehr schnell an die Oberfläche und reagiert daher sehr schnell mit dem Überzug,
so
daß eine starke Anfangs;emisssion erhalten wird. Obgleich der Vorrat an Magnesium
verhältnismäßig schnell erschöpft isst, reicht er so lange, bis das Aluminium bei
den Betriebsbedingungen eine Reaktion mit dem Oxydüberzug eingeht. Bei dem Trägerkörper
nach der Erfindung werden daher die Oxydüberzüge schon bei niedrigen Temperaturen
aktiviert, so, daß die Kathoden bei sehr niedrigen Temperaturen betrieben werden
können. Die niedrige Temperatur bewirkt eine Steigerung der Lebensdauer der Kathode,
wobei durch de Magnesium- und Aluminiumgehalt die hohe Emission bei der niedrigen
Betriebstemperatur aufrechterhalten wird.
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Da durch die Wahl des Aluminium- und Siliciumgehaltes der spezifische
Widerstand und die Dicke des Nickeldrahtes. leicht bestimmt werden können, kann
der Trägerkörper nach der Erfindung leicht jeder vorgegebenen Röhre angepaßst werden.
Während bisher i % Aluminium und o,q.% Silicium erwähnt wurden, kann der Prozentsatz
an Aluminium zwischen 0,5 und 1,5% und der Prozentsatz an Silicium zwischen
0,25 und 0,7590 schwanken. Während 0,4% Magnesium den günstigsten Wert lieferst,
kann auch ein Magnesiumgehalt zwischen 0,07 bis 1,25 % Verwentdung finden. Wenn
der Prozentsatz an Kohlenstoff über o,5 0/0 gesteigert wird, wird das Nickel, welches
Magnesium, Silicium und Aluminium enthält, schwer bearbeitbar. Dagegen reicht ein
Prozentsatz an Kohlenstoff, welchser unterhalb von o,i % liegt, nicht aus, um die
notwendige Festigkeit zu erzielen.
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Zur Herstellung der Legierung nach der Erfindung werden beispielsweise
Barren von handelsüblichem elektrolytischem Nickel in einem Magnesiaschmelztieggel
zwischen 156o und 160o° C geschmolzen. Dann werden Stücke von kohlensstoffhaltigen
Nickel zu der Schmelze hinzugefügt. Eine Menge von zusätzlichem Kohlenstoff wird
hinzugefügt, damit das Nickel während der Bearbeitung durch Walzen und Ziehen einen
Endgehalt von o,2 % besitzt. Eine Desoxydation der Schmelze kann auch durch Umrühren
mit einem Graphitstab erzielt werden. Nachdem die Desoxydation bewirkt ist, wird
der gewünschte Prozentsatz an Kohlenstoff hinzugefügt. Dann wird die erforderliche
Menge von Silicium, vorzugsweisse in Form von handelsüblichem gereinigtem Silicium,
zur Schmelze hinzugefügt. Nachdem das Silicium hinzugefügt ist, . werden Stücke
von reinem Aluminium in Form von Aluminiumstäben in die Schmelze; geworfen. Zuletzt
wird Magnesium hinzugefügt. Da Magnesium bei der Schmelztemperatur des Nickels eine-
besonders hohe Flüchtigkeit hat, müssen besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden,
um einen Prozentsatz in-Höhe: von 0,q.0/0 dem Nickel hinzuzufügen. Vorzugsweise
wird eine Legierung aus 700/ö Magnesium und 30% Nickel in eine, Nickelkapsel eingehüllt,
welche an dem Ende eines reinen Nickelstabes befestigt ist. Diese Kapsel wird über
den Schmelzpunkt erhitzt, biss der charakteristische, weiße Rauch des Magnesiums
entsteht. In diesem Augenblick wird die Kapseil auf den Grund der Schmelze gebracht,
und nach einem kurzen Umrühren der Schmelze wird die letztere schnell in Formen
gegossen. Die Oberfläche: der gegossenen Barren wird von Verunreinigungen durch
Polieren befreit. Der oberflächlich polierte Körper wird dann in üblicher Weise
zu einem Draht ausgezogen. Der ausgezogene Draht oder auch die gewalzten Bleche
werden mit Bar ium-Strontium-Carbonaiten überzogen und in die Elektronenröhren eingestaut.
Das Entgasen., Aktivieren und Abschmelzen der Röhren erfolgt in der üblichem Weise.