DE809442C - Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Entladungsroehre, bei der auf der Kathode Verbindungen aufgebracht werden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren Zur Herstellung elektrischer Entladungsröhren, bei denen auf die Kathode Verbindungen aufgebracht werden, die sich in der Hitze zersetzen und dabei gute Emissionsstoffe liefern können. Weiter bezieht sich die Erfindung auf mittels eines solchen Verfahrens hergestellte elektrische Entladungsröhren und auf ein Gerät zur Ausübung eines solchen Verfahrens.

Bei elektrischen Entladungsröhren der verschiedensten Art, z. B. Radioröhren, Gasentladungsröhren, Röntgenröhren u. dgl., werden vielfach Kathoden verwendet, deren Emissionsstoff aus Verbindungen gewisser Elemente aus dem periodischen System besteht und der sich durch Zersetzung anderer Verbindungen ergeben kann. Die wichtigsten Vertreter dieser Kathodenart sind die Erdalkalioxydkathoden. Die hier den Emissionsstoff bildenden Oxyde werden vorzugsweise durch Heizung von Karbonaten oder Nitraten hergestellt. Die Kathoden werden meist in der Weise hergestellt, daß auf einen Träger, der ein Glühwendeldraht sein kann, eine Menge der zu zersetzenden Verbindung, z. B. Karbonat oder Nitrat, z. B. durch Tauchen in eine Suspension, aufgebracht wird. Die Kathode wird dann in der Röhre untergebracht und während der Herstellung der Entladungsröhre, z. B. vor, während oder nach der Entlüftung und der Entgasung der verschiedenen Bestandteile der Röhre geheizt.

Es ist bereits bekannt, daß der Entwicklungsvorgang der guten Emissionsstoffe wenigstens zwei Phasen umfaßt. Während der ersten Phase werden die Verbindüngen zersetzt. Dabei tritt eine starke Gasentwicklung auf und es verbleiben Verbindungen, z. B. Oxyde,

die in der zweiten Phase durch Weiterheizung, d. h. sogenanntes Formieren, eine niedrige Austrittskonstante annehmen.

Der Erfindung liegt unter anderem der Gedanke zugründe, daß an die Atmosphäre in der Entladungsröhre beim Formieren besondere Anforderungen gestellt werden müssen.

Diese Gasatmosphäre wird von aus verschiedenen Quellen stammenden Gasen gebildet. Erstens ist das ίο üblicherweise in der Röhre vorhandene Gas im allgemeinen Luft. Zweitens wird infolge der Heizung der Röhre aus allen ihren Bestandteilen, z. B. aus der Wand und den Elektroden, Gas ausgelöst. Drittens wird infolge der Zersetzung der Verbindungen an der Kathode Gas ausgelöst. Schließlich besteht noch die Möglichkeit, ein sogenanntes Spülgas in die Röhre einzuführen. Darauf wird weiter unten eingegangen.

Es hat sich ergeben, daß alle diese Gase während der Zersetzungsphase der Verbindungen an der Kathode praktisch keinen Einfluß ausüben. In der Formierphase muß jedoch der Druck dieser Gase unterhalb eines bestimmten Werts bleiben, der so niedrig ist, daß kurz gesagt werden kann, daß während des Formiervorgangs in der Röhre ein Hochvakuum vorherrschen muß. Dies hängt mit der Tatsache zusammen, daß beim Formiervorgang aus den vorhandenen Verbindungen, z. B. Oxyden, Stoffe (wahrscheinlich Metalle) frei werden, die mit den Gasen reagieren und nicht emittierende Verbindungen bilden können. Infolgedessen würde also ein Teil der auf der Kathode vorhandenen Stoffe in nicht emittierende Verbindungen umgewandelt werden. Dieser Vorgang würde so lange anhalten, bis praktisch alles Gas gebunden oder weggepumpt wäre. Erst dann könnte sich eine tatsächlich gut emittierende Kathode ergeben. Beim Formieren im Hochvakuum aber ist die Möglichkeit, daß die entwickelten wirksamen Stoffe (Metalle) der Kathode sich mit Gasen aus der Röhrenatmosphäre verbinden, besonders gering. Im allgemeinen kann also gesagt werden, daß der Druck bereits beim Beginn des Kathodenformiervorgangs so gering sein muß, daß die Entwicklung aktiver Stoffe auf der Kathode größer ist als der Verlust dieser entstandenen Stoffe infolge des Fixierens von Gasresten aus der Röhrenatmosphäre.

Bei den bisher· ausgeübten Verfahren wurden die Gase berücksichtigt, die bereits vom Anfang an in der Röhre vorhanden sind und die sich aus der Wand, den Elektroden usw. auslösen. Es wurde daher so lange entlüftet, bis in der herzustellenden Röhre ein Hochvakuum vorherrschte; erst dann wurde die Kathode geheizt. Man hat sich jedoch in ungenügendem Maße klargemacht, daß sich infolge dieser Heizung zunächst 'die Verbindungen an der Kathode zersetzen, wobei so viel Gas frei wird, daß der Druck in der Röhre wieder bis zu einem Wert steigt, bei dem sich kein Formieren vollziehen kann. Soweit diese Druckzunahme festgestellt wurde, begnügte man sich damit, langer zu entlüften, Wodurch also schließlich'wieder der Formierdruck erreicht wurde. Wie vorstehend auseinandergesetzt, führt dies jedoch zu dem Nachteil, daß nicht emittierende Verbindungen gebildet werden; weiterhin ist es nachteilig, weil feine lattgfe Pumpzeit erforderlich ist.

Die Verwendung eines Spülgases, als welches stets ein Edelgas benutzt wird, schafft hier keine-Abhilfe. Zwar kann ein Edelgas nicht von auf der Kathode entwickelten aktiven Stoffen (Metallen) gebunden werden, so daß durch Verdrängung der anfangs vorhandenen Gase und der aus der Wand, den Elektroden und anderen Bestandteilen der Entladungsröhre ausgelösten Gase durch dieses Spülgas eine geringe Verbesserung erzielt wird; auf diese Weise kann aber die Entwicklung von Gasen bei der Zersetzung der Verbindungen an der Kathode nicht verhütet oder ihre schädliche Wirkung zunichte gemacht werden, besonders nicht, weil sich diese Gase aus der Kathode selbst auslösen, d. h. gerade an der Stelle, an der etwa bereits gebildeter wirksamer Stoff (Metall) sich sofort wieder mit ihnen verbinden kann.

Die vorstehend erwähnten Nachteile können nun bei Ausübung des Verfahrens nach der Erfindung wesentlich geschwächt werden, wobei sich außerdem andere Vorteile ergeben.

Bei einem erfindungsgemäß durchgeführten Verfahren zur Herstellung elektrischer Entladungsröhren, bei denen auf der Kathode Verbindungen aufgebracht werden, die durch Erhitzung in gasförmige Zersetzungsprodukte und in Stoffe zerfallen können, die durch Weitererhitzung, sogenannte Formierung, im Hochvakuum ohne nennenswerte Gasauslösung eine niedrige Austrittskonstante annehmen, erfolgt der Beginn der Heizung der Kathode und damit die Zersetzung in einem Zeitpunkt des Entlüftungs- und Entgasungsvorgangs, in dem der Druck in der Röhre den Formierdruck übersteigt; sodann wird die Heizung der Kathode beendet, sobald der Formierdruck erreicht ist.

Unter dem Formierdruck soll hierbei der nach der Zersetzung der Verbindungen der Kathode gemessene Druck in der Entladungsröhre verstanden werden, bei dem infolge der Heizung der Kathode die Entwicklung von Stoffen mit niedriger Austrittskonstante größer ist als der Schwund dieser Stoffe infolge des Fixierens von Gasen aus der Röhrenatmosphäre.

Bei dem neuen Verfahren erfolgt die Zersetzung in einem solchen Augenblick des Herstellungsvorgangs der Entladungsröhre, daß die bei der Zersetzung gebildeten Gase wenigstens teilweise bereits aus der Röhre verschwunden sind, bevor der Augenblick erreicht wird, in dem sonst die Heizung der Kathode anfangen würde.

Naturgemäß wird die Zersetzung so frühzeitig angefangen, daß in dem Augenblick, in dem sonst mit der Heizung angefangen würde, der Formierdruck wieder in der Röhre vorherrscht. In diesem Augenblick ist die Wahrscheinlichkeit der Bildung nicht emittierender Verbindungen am geringsten.

Außer diesem Vorteil ergibt sich noch ein weiterer sehr großer Vorteil, dem die Tatsache zugrundeliegt, daß bei den üblichen Entlüftungspumpen die Druckverringerung je Zeiteinheit in dem Maße abnimmt, in dem der Druck in dem zu entlüftenden Gefäß abnimmt. Die Entlüftungskurve hat also praktisch einen exponentiellen Verlauf. Da gemäß der Erfindung die Zersetzung erfolgt, bevor der Formierdruck, d. h. Hochvakuum, erreicht ist, werden die bei dieser Zersetzung ausgelösten Gase bedeutend schneller abgepumpt werden als bei den bisher durchgeführten Verfahren, bei

denen bereits vom Hochvakuum ausgegangen wurde, Bei Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung kann also der ganze Vorgang wesentlich abgekürzt werden. Zweckmäßig wird die Zersetzung der Verbindungen in einer frühen Stufe des Entlüftungsvorgangs erfolgen, zumindest bevor der Druck unter den zwanzigfachen Wert des Formierdrucks abgesunken ist. Es kann z. B. die Kathode praktisch unmittelbar nach Beginn der Entlüftung geheizt werden, da in diesem Augenblick ίο die Druckverringerung je Zeiteinheit sehr groß ist. Es hat sich dabei ergeben, daß die aus den anderen Bestandteilen der Entladungsröhre ausgelösten Gase, z. B. Wasserdampf, auf die so gebildeten Verbindungen an der Kathode praktisch keinen Einfluß ausüben. Nachdem die Verbindungen an der Kathode sich zersetzt haben, wird die Kathode nicht rfiehr geheizt, sobald der Formierdruck erreicht worden ist, da beim Anhalten der Heizung nicht emittierende Verbindungen entstehen, welche die Kathode brüchig machen. Wenn hier von der Heizung der Kathode die Rede ist, soll darunter die besondere Heizung der Kathode verstanden werden.

Auch bei dem Verfahren nach der Erfindung kann ein Spülgas verwendet werden, z. B. Argon. Gegenüber dem ausgeübten Verfahren ergibt dies jedoch keine besonderen Vorteile.

Nachdem die Kathode formiert worden ist, wird die Entladungsröhre bei dem neuen Verfahren in der üblichen Weise weiterbehandelt.

Infolge der baulichen Unterschiede zwischen den verschiedenen Arten von Entladungsröhren, bei denen die Erfindung verwendet werden kann, wird die Wirkung nicht stets die gleiche sein, d. h. der erzielte Gewinn an Zeit wird nicht stets einen gleich großen Teil der Gesamtzeit bilden, die zur Herstellung der Entladungsröhre erforderlich ist. Bei Radioröhren z. B. ist der Inhalt des Gefäßes gering, die Anzahl der zu entgasenden Einzelteile jedoch groß. Bei Gasentladungsröhren, die mit niedrigem Druck arbeiten, ist das VoIumen besonders groß, während die Anzahl der zu entgasenden Einzelteile verhältnismäßig gering ist. Diese Einzelteile umfassen jedoch auch die Röhrenwand und gegebenenfalls die auf ihr angebrachte Lumineszenzschicht, die wieder besonders groß ist. Das Verfahren nach der Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. In dieser Zeichnung ist auf der waagerechten Achse der graphischen Darstellung die Pumpzeit T und auf der senkrechten Achse der Druck P aufgetragen. Für eine bestimmte Entladungsröhre und eine bestimmte Pumpe ist die Entlüftungskurve, die ohne Heizung der Kathode auftreten würde, durch die Linie α dargestellt. Diese Kurve hat praktisch einen exponentiellen Verlauf, jedoch mit zwei Knickpunkten. Der Knickpunkt A wird dadurch hervorgerufen, daß in diesem Punkt Heizung und Entgasung der Röhre und ihrer Einzelteile anfangen. Die Knickpunkte auf der Linie 1-1 entstehen beim Austreten der Röhre aus der Heizzone (Ofen). Die zur waagerechten Achse parallele gestrichelte Linie stellt denFormierdruck dar. Im· Punkt Q schneidet die Kurve a diese gestrichelte Linie, und in diesem Augenbück wurden bei den bisher ausgeübten Verfahren stets mit der Heizung der Kathode begonnen. Infolge dieser Heizung wird eine Gasmenge frei, so daß der Druck bis zum Wert R zunimmt; von diesem Punkt an muß nun" erneut entlüftet werden, wobei der Druck gemäß der Linie b abnimmt, bis bei S wieder die gestrichelte Linie des Formierdrucks schneidet. Gemäß der Erfindung setzt nun die Heizung der Kathode in einem vor dem Äugenblick Q liegenden Augenblick, z. B^ im Augenblick U ein. Die Drucksteigerung ist hier gleich der Drucksteigerung im Moment Q, da die ausgelöste Gasmenge praktisch gleich ist. Der Druck steigt bis zum Wert V. Von diesem Augenblick an nimmt der Druck gemäß der Kurve c ab. Die Druckverringerung ist jedoch im Gebiet zwischen U und Q sehr wesentlich, da die Pumpgeschwindigkeit groß ist. Die Kurve C schneidet die Linie des Formierdrucks in einem Punkt W. Die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung hat also einen Gewinn an Zeit ergeben, der dem Abstand W-S entspricht.

Zur Erläuterung der Erfindung wird nachstehend noch kurz ein Gerät beschrieben, mit dem das neue Verfahren durchgeführt werden kann. Dieses Gerät wird als ein für die Entlüftung von Niederdruckquecksilberdampfentladungslampen gut geeignetes Gerät beschrieben werden, jedoch kann es, ohne von der Erfindung abzuweichen, der Herstellung anderer Arten von Entladungsröhren angepaßt werden.

Das Gerät besteht aus einem sogenannten umlaufenden Pumpgestell mit 36 Stellungen. In jeder dieser Stellungen kann eine bestimmte Operation an der Gasentladungsröhre stattfinden. Die Stellungen 1, 2 und 3 sind z. B. zum Einsetzen der Röhre erforderlich. Beim Drehen des Pumpgestells wird in der nächsten Stellung 4 die Röhre an eine Vakuumleitung angeschlossen und bleibt mit dieser bis zur Stellung 30 in Verbindung, so daß der Druck in der Röhre sinkt. Darauf durchläuft 'die Röhre eine Anzahl von Stellungen, z. B. 7 bis 18, die in einem Ofen liegen, in dem eine Heizung der Röhre und ihrer Einzelteile stattfindet. Anschließend an diesen Ofen sind eine Anzahl von Stellungen, z. B. 19 bis 30, zum Glühen der Kathode verfügbar und nach diesem Vorgang noch eine Anzahl von Stellungen 30 bis 35, zur Einführung eines Füllgases, z. B. Argon, und des zur Entladung erforderlichen Quecksilbers in die Röhre. Bei dem bisher bekannten Verfahren setzte die Heizung der Kathode ein, nachdem die Röhre den Ofen durchlaufen hatte, d. h. in der Stellung 19. Bei einem Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wird z. B. in Stellung 6, 7 des Vorgangs geglüht. Das Gerät ist zu diesem Zweck mit den erforderlichen Schaltern versehen.

Claims (6)

1. Patentansprüche: "

   i. Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Entladungsröhre, bei der auf der Kathode Verbindungen aufgebracht werden, die in der Hitze in gasförmige Zersetzungsprodukte und in Stoffe zerfallen können, die durch Weiterheizung, sogenannte For- iao mierung im Hochvakuum, ohne nennenswerte Gasauslösung eine niedrige Austrittskonstante aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der Heizung der Kathode und damit die Zersetzung in einem Zeitpunkt des Entlüftungs- und des Ent- «5 gasungsvorgangs der Entladungsröhre erfolgt, in

   dem der Druck des Gases in der Röhre den Formierdruck übersteigt, und daß sodann die Heizung der Kathode beendet wird, sobald der Formierdruck erreicht ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zersetzung bei einem Druck erfolgt, der den zwanzigfachen Wert des Formierdrucks übersteigt.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode mit Karbonaten oder Nitraten überzogen wird, die durch Zersetzung Oxyde liefern.
4. 4. Elektrische Entladungsröhre, hergestellt durch

   ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche I bis 3.
5. 5. Elektrische Entladungsröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhre Quecksilber sowie ein Edelgas enthält und die Wand mit Lumineszenzstoffen überzogen ist.
6. 6. Gerät zur Herstellung elektrischer Entladungsröhren mittels eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche die Kathode der Entladungsröhre in einem Zeitpunkt geheizt wird, in dem der Druck in der Röhre den Formierdruck übersteigt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ι 884 7.