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Gas- oder dampfgefüllte Entladungsröhre mit einer Glühkathode hoher
Leistung Es ist bekannt, gas- oder dampfgefüllte Entladungsgefäße mit Glühkathoden
hoher Leistung auszurüsten, bei welchen die Emissionsschicht auf einem beheiziten
Träger aufgebradht ist. Bei Röhren zeigt sich häufig der Übelstand, daß die Emissionsschieht
im Laufe des Betriebles von, der Unterlage abspringt und nicht mehr an der Emis
sion teilnehmen kann. Dieser Übelstand macht sich besonders dann bemerkbar, wenn
die Röhre häufig unter Spannung eingeschaltet wird. Gemäß der Erfindung wird dieser
Mangel dadurch vermieden, daß man als Elektronenquelle für das gas- oder dampfgefüllte
Entladungsgefäß eine Glühkathode höher Leistung verwendet, bei der als Träger einer
in Form einer plastischen Masse aufgetragenen dünnen Emissionsisichicht eine Metallunterlage
dient, aus deren Oberfläche kleine Niickeltailchen (Späne, Pulver, Staub)
aufgesintert
sind. Bei derartigen Kathoden weilst die Unterlage für die Emissionsschicht eine
sehr große Anzahl kleiner Spalte und Öffnungen auf, die von unregelmäßig geformten
Vorsprüngen der Oberfläche gebildet wenden. Diese Vorsprünge dringen einerseits
in die Emissionsschicht ein und stehen andererseits in einem gut wärmeleitenden
Kontakt mit der Unterlage. Die Emissionsschicht ist also von gut wärmeleitenden
Metallteilchen durchsetzt, und es kommt auf diese Weise eine gut wärmeleitende Verbindung
zwischen der Isolationsschicht und dem Träger der Metallteilehen zustande. Diese
gut wärmeleitende Verbindung ist für dieLebensdauer derEmissionsischicht wesentlich:
denn durch sie wird die Gefahr des Auftretens von Aufheizeffekten, die zu einer
örtlichen Steigerung der Emission und zu einer Konzentration der Entladung auf wenige
Stellen, der Kathode führen, wesentlich verkleinert, Auf diese Weise läßt sich das
Abspringgen von Emissionsstoffteilchen, welches durch eine örtliche Überbeanspruchung
der Emissionsschicht zustande kommt, vermeiden. Es kommt noch hinzu, daß die Emissionsschicht
nicht nur von aus der Unterlage hervortretenden Metallteilchen durchsetzt isst,
sondern daß man auch mit kleiner Schichtdicke arbeiten kann, welche einen gberingen
Querwiderstand der Schicht und damit eine kleine Wärmeentvicklung durch den Emissionsstrom
ergibt. Ers ,ist neun bekannt, bei Glühkathoden für Hochvakuumröhren Glühkathoden
zu verwenden, bei welchen die Emissionsschicht von Nickelteilchen getragen wird,
die aus den Heizdraht aufgesintert sind. Bei derartigen Röhren treten jedoch örtliche
Überhitzungen der Emissionsschicht nicht auf, weil eine Konzentration der Entladung
durch die stets vorhandene Raumladung verhindert wird. Es ist auch bekannt, in Hochvakuum-
und Gasentladungsgefäßen eine poröse Metallschicht als Unterlage für die Emissionsschicht
zu benutzen. Hierbei handelt es sich. jedoch um Kathoden, bei welchen die Emissionsschicht
außerordentlich dünn ist, weil sie durch Destillation aufgetragen wird und bei welcher
Aufheizeffekte nicht beobachtet werden können. Verwendet man derartige Kalthoden
jedoch in Gasentladungsbgefäßen, so wird, die Emisstionsschicht bald durch auf die
Kathode tmeffenude Ionen zerstört.
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Als Träger für die aufgesinterten Metallteilchen kann bei der Erfindung
wegen, der verhältnismäßig großen Oberfläche und der Möglichkeit, durch Änderung
der Wandstärke Kathoden der gleichen Abmessung für verschiedene Heizströme und Spannungen
zu bemessen, vorzugsweise ein unmittelbar vom Heizstrom durchflossisenes Röhrchen,
z. B. aus Nickel oder Kupfer oder einer diese Metalle enthaltenden Legierung, verwendet
werden. Man kann auch als Unterlage für die aufgesinterte Metallschicht Legierungen
verwenden, die sich durch einte hohe Warmfestigkeit auszeichnen. Es kommen hier
in erster Linie Legierungen in Betracht, die neten Eisen oder Nickel Beimengungen
der Metalle Chrom, Mangan, Beryllium, Wolfram oder Molybdän enthalten. Durch die
aufgesinterte Metallschiicht werden Reaktionen zwischen der eigentlichen Emissionsschnicht
und dem Trägermaterial vermieden, die mitunter zu einer Verminderung der Aktivität
der Kathode führen können. Um die Metallteilchen auf der Metallunterlage, also z.
B. einem Metallröhrchen, festsintern zu können, werden diese Metallteilchen zunächst
mit Hilfe eines geeigneten, Bindemittels aufgetragen. Je nach der g wünschten Größe
der Metallteilchen geht man dabei von, Spänen, Pulver oder Staub des betreffenden
Metalls aus und stellt eine aufstreichbare oder aufspritzbare plastische Masse,
z. B. durch Anrühren mit Paraffinöls her. Diese Masse, welche auch ein Gemenge von
Teilehen verschiedener Größe, z. B. von Spänen oder Pulver des betreffenden Metalls
enthalten kann, wird dann auf die Unterlage aufgetragen, die zweckmäßig schon in
die endgültige Form gebracht ist. Hierauf wird durch Erhitzen zunächst dass Bindemittel
entfernt und dann die aufgetragene Metallschicht aufgesintert. Um eine innige Verbindung
zwischen der Unterlage und den einzelnen Metallteilchen zu erbalten, empfiehlt es
sich, das Aufsintern unter elektrischer Erhitzung der Unterhage durch Hindurchleiten
eines elektrischen Strotnes durchzuführen. Auf diese Weise ist es möglich, die Umgebung
verhältnismäßig kühl zu halten, so daß eine große Temperaturdifferenz zwischen der
Oberfläche des Trägermetalls und den äußeren Teilen der aufzusinternden Metallteilchen
besteht. Auf diese Weise wird erreicht, daß diese Teilchen an den der Unterlage
zugewandten Enden, festbacken, aber ihre Form im wesentlichen in der der Unterlage
abgewandten Seite beibehlalten. Das, Aufsintern geschieht zweckmäßig in einer Schutzgasatmosphäre
oder im Vakuum. Mitunter kann es zweckmäßig sein. geringe Mengen, von Gasen, z.
B. Sauerstoff, zuzttdasisen, um .die Oberfläche der a:ufaesintertenleitallteilch@en
zu verändern.
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Das Auftragen von kleinen Metallteilchen kann auch: in -der Weise
vorgenommen werden, diaß man dien Träger der Emissionisschicht in Teilchefin: des
betreffenden Metalls einbettet und,dann -dien Träger auf eine genügend hohe Temperatur
bringt. Es genügt dann, den Träger aus -der ihn um,- gebenden Masse zu
entfernen,
wobei eine ausreichend große Anzahl von Metallteilchen an ihm haftenbleibt.
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Die ausfgesinterten Metallteilchen bestehen bei der Erfindung aus
Nickel, oder einer Niekellegierung. Wesentlich isst dabei, daß sich diese Stoffe
leicht in eine geeignete körnige oder pulverförmige Form bringen lassen; wo dies
nicht ohne weiteres möglich ist, kann man beispielsweise durch Anwendung von Nickellegierungen,
z. B. Nickel mit Chrom, welche leine große Sprödiigkeit aufweisen, dafür,sorgen,
daß sich dieser Stoff in, feinverteilte Form, z. B. durch Mahlen: in einer Kugelmühle,
bringen läßt. Ein anderer an sieh bekannter Weg besteht darin, daß man die betreffenden
Stoffe auf chemischem Wege ausfällt oder aus dampfförmigen, Verbindungen, z. B.
Carbonylen, ausscheidet Bei der Verwendung von Nickel als Unterlaige und Nicketheilchen
als aufgesinterte Schicht hat es sich als zweckmäßig erwiesen, beim Aufsintern.
die Temperatur allmählich bis auf Iooo° C zu steigern und auf dieser Höhe etwa.
5 bis Io Minuten aufrechtzuerhalten. Auf eine solche oder in anderer Weise vonbereitete
Kathode wird dann die eigentliehe emittierende Schicht in. Form einer plastischen
Masse aufgetragen. Man, kann dabei wie bei bekannten Verfahren beispielsweise Verbindungen
von Alkali- oder E@dalkalimetallen, z. B. Oxyde oder Carbonate dieiser Metalle oder
auch Gemenge dieser Verbindungen benutzen. Durch Erhitzen der Kathode wenden diese
Verbindungen dann gegebenenfalls in die Oxyde übergeführt. Hiernach kann die Aktivierung
der Kathode in an sich bekannter Weisse mit Hilfe einer elektrischen Entladung durchgeführt
werden. Durch Beimengen von reduzierendem Stoff, beispielsweise Aluminium, zu der
auf die aufgesinterte Schicht .aufgetragenen emittierenden Schicht kann man auch
Alkali- oder Erdalkalsimetal1 in metallischer Form in der Schicht selbst erzeugen.
Legebenenfalls kann man, auch derartige reduzierende Stoffe in der durch Sintern
aufgetragenen Schicht selbst unterbringen, indem man Nickellegierungen zum Aufsintern
verwendet, welche diese Stoffee enthalten.
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Das beschriebene Verfahren setzt voraus, daß die aufzutragenden emittierenden
Stoffe in so feinverteilter Form verwendet werden, daß sie in die in der Kathodenoberfläche
zwischen den aufglesinterten Nickelteilehen gebildeten Spalten und Öffnungen eindringen
und dort festgehalten werden Eine noch innigere Verbindung, die auch bei verhältnismäßig
grobkö@nigem Material einte sichere Befestigung der emittierenden Schicht auf der
Unterlage gestattet, erhält mau, wenn man abwechselnd Schichten aus Nickelteilchen
und emittierenden Stoffen aufträgt und entweder jede einzelne Schicht oder alle
Schichten gemeinsam aufsintert. Damit sich ein fester Zusammenhang mit der Unterlage
ergibst, müssen diese aus Stoffen hoher Elektronenemission, z. B. Alkali- oder Erdalkalimetall,
bestehenden. Schichten verhältnismäßig dünn seins, so daß sie von dien darüber-
und darunterliegenden Niekelteilchen durchstoßen werden, so daß diese Teilchen auf
einem en Teil der Oberfläche miteinander in größere Berührung kommen und aufeinander
festsintern, können. Man erhält auf diese Weise eine Kathodee, bat der aktive oder
aktiviserbare Körper in einem aus sehr kleinen Nickelteilchen zusammengesetzten
Käfig festgehalten werden, der in gut leitender elektrischer und in gut wärmeleitender
Verbindung mit der Unterlage steht. Die Loslösung von emittierenden Teilchen ist
bei einer derartigen Kathode fast unmöglich, gemacht, so daß man auch bei der Anwendung
einer solchen Kathode in Gleichrichterröhnen auf Schirme verzichten kann, welche
die Kathode gegenüber der Anode abdecken.
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Die Art der Herstellung der bei der Erfindung verwendeten Kathode
gestatet ihre Herstellung oder wenigstens die Herstelllung der mit einer aufgesinterten
Nickelschicht vensehenen Metallunterlage in fortlaufenden Längen in der Weise, daß
man einen lamgen Draht oder ein Röhrchen mit einer geeigneten Vorrichtung zunächst
beispielsweise durch Aufspritzen mit einer feinverteiltes Nickel (bzw. eine feinverteilte
Nickellegierung) enthaltenden Schicht versieht, hierauf in einem Ofen das Bindemittel
austreibt und schließlich durch weitere Erhitzung in einem besonderen Ofen das Nickel,
aufsintert. Dieses Verfahrens läßt sich fortlaufend durchführen, und man kann die
zur Kathodenherstellung benötigten Stücke abschneiden, nachdem der mit einer aufgesinterten
Schicht versehene Draht oder Rohr den Ofens verlassen und gegebenenfalls in einer
Schutzgasatmosphäre abgekühlt worden ist.
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In vorstehendem wurde lediglich eine draht-oder rohrförmigme Kathode
für gasgefüllte Entladungsgefäße beschrieben. Die Vorteile der Erfindung können
aber auch, bei gasgefüllten Entladungsröhren mit anderen Kathodenarten, z. B. indirekt
beheizten Kathoden:, inesbesondere aber den. sog. Hohlkathoden:, ausigen.u@tzt werden!,
bei welchen ein gesgobsenenfaills mit zur Vergrößerung der Oberfläche dienenden
Ansätzen (Rippen) versehener Hohlkörper -die emittierende Schicht trägt. Die zur
Aufnahme der aktiven: Schicht bestimmten Flächen! können in der oben beschriebenen
Weisse behandelt werden,. Man kann beIsipielsweiise das. Innere der Kathode
mit
einem geeigneten Nickelpulver oder mit Nickelspänen füllen und mit Hilfe von Hochfrequenzströmen
erhitzen. An der Oberfläche der Kathode werden dann eine große Anzahl von N ickelteilchen
aufsintern. Der überschüssige Teil Bder eingefüllten Späne kann dann durch Ausschütten
beseitigt werden. Auf die so vorbehandelte Kathode wird dann die Emissionschicht
in Farm einer plastisc en Masse aufgetragen. Je nach den besonderen, Umständen kann
die Kathode von innen oder außen auf indirektem Wege beheizt werden. Man kann sie
auch mit einem Heizkörper versehen, der in der oben beschriebenen Wcise mit einer
aktiven Schicht bedeckt ist und sich an der Emission beteiligt. Man kann, die indirekt
beheizte Kathode oder die Hohlkathode auch in, der Weise herstellen, daß man einen
gemäß der Erfindung mit aufgesinterten Nickeleilchen bedeckten Draht auf einen Dorn
aufwickelt. Dieser Dorn kann ein Isolierkörper stein, der den eigentlichen Heizfaden
enthält. Er kann aber nach dem Wickeln des Drahtes entfernt werden, und das entstandene
zylinderförmige Gebilde kann als Emissionskörper einer Hohlkathode benutzt werden.
Die eigentliche Emissionsschicht kann in der angegebenen Weise vor oder nach dem
Aufvickeln des Drahtes aufgetragen werden.