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Elektrodenwerkstoff für elektrische Entladungsröhren Die Erfindung
betrifft einen Werkstoff zur Herstellung nicht als Glühkathode dienender Elektroden
von elektrischen Entladungsgefäßen, insbesondere Elektronenröhren.
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Nicht als Glühkathode dienende Elektroden von Elektronenröhren, zu
denen im weiteren Sinne noben Anoden und Gittern auch Schirme, Blenden und Elektrodenhalter
zu -zählen sind, werden in Blech- oder Dralitforrn aus reinen Metallen, Metalllegierungen
oder plattierten Metallen hergestellt, die je nach (lern jeweiligen Verwendungszweck
ausgewählt Nverden. Des weiteren ist es üblich oder sogar nietwendig, diese Metallteile
aus ganz bestimmten Werkstoffen zu fertigen, während die anderen Elektroden aus
anderen und billigeren Metallen hergestellt werden können. Dieses Nebeneinander
verschieden er -metallischer Werkstoffe' in einer Röhre ist aber nachteilig für
die notwendige Entgasung der Elektroden, die in der Regel durch Glühen im Hochfrequenzfeld
erfolgt. Irusl@esondere vertragen sich nicht die beiden Metalle Eisen und Nickel
nebeneinander. Bei der Wirbelstromerhitzung erreichen Elektroden aus Eisen gegenüber
denen aus Nickel eine zu hohe Temperatur. Die Ursache dieser Erscheinung liegt in
der Hauptsache in dem Unterschied der Curie-Temperatur, d. h. des magnetischen Umwandlungspunktes,
der für Eisen bei 769°, für Nickel bei etwa 36o° liegt. Dieser Unterschied hat zur
Folge, daß (las Eisen bis zur Erreichung des Curie-Punktes wesentlich mehr Höchfrequenzenergie
aufnimmt als das bereits bei 36o° C unmagnetisch gewordene Nickel. Wenn man nun
die magnetische Umwandlungstemperatur (Curie-Punkt) des Zweistoffsystems
Eisen-Nickel
untersucht (vgl. Espe -K n o 1 1 »Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik«, S.63, Abb.
62), so findet man, daß Eisen-Nickel-Legierungen mit rund 1511/o und rund ,Io% Nickel,
Rest Eisen, dieselbe magnetische Umwandlungstemperatur wie Nickel aufweisen, nämlich
etwa 350
bis 360" C. Eine aus einer solchen Legierung hergestellte Elektrode
verhält sich demnach gegenüber einem magnetischen Hochfrequenzfeld ebenso wie Nickel.
Wenn man also die eine Anode einer Verbundröhre aus Nickel und die andere aus einer
Eisen-Nickel-Legierung gemäß der Erfindung herstellt, werden sich beide Anoden unter
sonst gleichen Verhältnissen gleichartig erwärmen, so daß die vorhin erwähnten Schwierigkeiten
ausbleiben.
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Da Nickel teurer und schwerer beschaffbar ist als Eisen, wird man
im allgemeinen der nickelärmeren Legierung, also einer Zusammensetzung des Elektrodenwerkstoffes
aus .etwa 1511/o Nickel und etwa 850% Eisen, den Vorzug geben. Im übrigen kann der
Werkstoff außer Eisen und Nickel auch noch andere Legierungsbestandteile enthalten,
sofern diese keine vakuum- oder emissionsschädliche Wirkung haben.
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Ein anderer für hochbelastbare Anoden ausgezeichnet bewährter Werkstoff
besteht aus Eisen mit einer dünnen Aluminiumauflage, die bei kurzzeitiger Erhitzung
auf etwa rooo° C unter lebhafter Wärmeentwicklung mit der Eisenunterlage eine intermetallische
Verbindung bildet und eine praktisch schwarzstrahlende Oberfläche erzeugt. Es gibt
auch Röhren, die nur zwei oder mehr Elektrodensys.teme verschiedener Leistung enthalten.
Man ist angehalten, für die höher belastete Anode aluminiumplattiertes Eisen und
für die weniger belastete Elektrode Nickel zu verwenden, weil letzteres sich wegen
der kleineren Elektrodenabstände und der dadurch größeren Vergiftungsempfindlichkeit
der Kathode als notwendig herausstellt. Bei der Wirbelstromentgasung des in den
Kolben eingebauten Verbundsystems stört, wie oben beschrieben, daß die mit Aluminium
plattierten Eisenanoden sich wegen ihrer unterhalb der Umwandlungstemperatur (Curie-Punkt)
vorhandenen ferromagnetischen Eigenschaften sehr schnell auf die zur Bildung der
intermetallischen Verbindung und zur Entgasung erforderliche Temperatur erhitzen,
während die weniger ferromagnetischen Nickelelektroden in der Erwärmung zurückbleiben.
Man maßte sich mit einer nur unvollständigen Entgasung der Nickelanode aibfinden,
da eine Fortsetzung der Wirbelstromerhitzung die andere Anode auf eine unzulässig
hohe Temperatur gebracht hätte. In diesem Falle bringt die Verwendung eines Elektrodenwerkstoffes
gemäß der Erfindung Abhilfe.
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Erfindungsgemäß besteht ein vorzugsweise blechförmiger Werkstoff für
nicht als Glühkathode dienende Elektroden von elektrischen Entladungsgefäßen, insbesondere
Elektronenröhren, aus einer Eisen-Nickel-Legierung von solcher Zusammensetzung,
daß die magnetische Umwa.ndlungstemperatur wenigstens angenähert gleich der von
Nickel ist. Der Werkstoff, der für die Herstellung von Anoden vorzugsweise in Blechform
hergestellt. wird, kann auch auf einer Seite oder auf beiden Seiten mit anderen
Metallen plattiert werden. Wenn es bei'sp'ielsweise mit Rücksicht auf die Vergiftungsempfindlichkeit
der Glühkathode erforderlich ist, stark eisenhaltige Oberflächen in der Umgebung
der Glühkathode zu vermeiden, kann der erfindungsgemäß gewählte Werkstoff mit einem
Nickelüberzug versehen werden, der beispielsweise durch Walzen, elektrolytisch oder
durch Aufdampfen aufgebracht werden kann. Man erhält auf diese Weise eine Elektrode,
die sich sowohl hinsichtlich der Vergiftungsgefahr einer Glühkathode als auch bei
der Wirbelstromentgasung genau so verhält wie eine Anode aus reinem Nickel, dabei
aber sparsamer in bezug auf den Verbrauch von Nickel ist.
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Es ist auch möglich, den gemäß der Erfindung gewählten Werkstoff auf
einer Seite mit einer dünnen Aluminiumauflage zu versehen und durch Erwärmung auf
etwa rooo° C eine spontane Bildlang einer intermetallischen Verbindung zwischen
dem Aluminiumüberzug und der Unterlage zu bewirken, welche der Oberfläche nahezu
die Strahlungseigenschaften eines schwarzen Kiirpers verleiht. Es ist fernerhin
möglich, den gemäß der Erfindung gewählten Werkstoff auf der als Außenleite der
Anode bestimmten Seite mit Aluminium und auf der der Glühlkathocie zuzukehrenden
Seite mit Nickel zu plattieren, so daß eine solche Anode die Eigenschaften einer
wirksamen Wärmeabstrahlung und einer Schonung der Glühkathode in sich vereinigt.
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In allen diesen Fällen erweist es sich als sehr wirtschaftlich, für
Ausführungen von Elektroden von dem gleichen, gemäß der Erfindung gewählten Werkstoff
ausgehen zu können und diesen ledliglir-h im Bedarfsfalle in der vorhin beschriebenen
Weise mit anderen Metallen zu plattieren.
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DerrErfindungsnke läßt sich aber auch so anwenden, daß man das als
Elektrodenwerkstoff übliche Nickel den Eigenschaften des Eisens anpaßt. Das System
Nickel-Kobalt hat eine von 36o bei Nickel bis zu 1112° C bei Kobalt ansteigende
magnetische Umwändlungstemperatur. Bei einer Legierung von etwa 6110/11 Nickel und
.I110/11 Kobalt liegt dieser Umwandlungspunkt bei 7690, also der Umwandlungstemperatur
des Eisens. Eine Elektrode aus dieser Legierung verhält sich dann bei der hochfrequenten
Glühung wie eine solche aus Eisen, jedoch ist auch hierfür eine Korrektion des angegebenen
Verhältnisses Nickel :Kobalt für den ungleichen Ohmschen Widerstand dieser Legierung
und des reinen Eisens zu berücksichtigen, um hochfrequenzmäßig gleichartiges Verhalten
der Elektrodenwerkstoffe zu erreichen. Weiter läßt sich bei Nickel und Kobalt durch
Zusatz eines anderen Metalls, z. B. Molybdän oder Tantal, die Curie-Temperatur bis
auf o° bzw. Raumtemperatur herabdrücken. Diese Legierungen lassen sich dann neben
anderen vollkommen unmagnetischen Legierungen, die als Röhrenwerkstoffe gebraucht
werden,
wie z. L. Kupfer-Nickel (Konstantan), verwenden. Andererseits läßt sich durch einen
Kobaltzusatz bei Eisen auch die magnetische Umwandlungstemperatur über die von reinem
Eisen erhöhen. Dieser Werkstoff findet Anwendung, wenn ein Elektrodenmaterial benötigt
wird, das stärker als Reineisen oder solches mit Eisen als Kernmaterial in Hoclifre<luenz
glühen soll.