DE843786C - Verfahren zum Herstellen von Metallgegenstaenden mit widerstandsfaehigem UEberzug - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Metallgegenstaenden mit widerstandsfaehigem UEberzug

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DE843786C
DE843786C DE1950I0000430 DEI0000430A DE843786C DE 843786 C DE843786 C DE 843786C DE 1950I0000430 DE1950I0000430 DE 1950I0000430 DE I0000430 A DEI0000430 A DE I0000430A DE 843786 C DE843786 C DE 843786C
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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Description

  • Verfahren zum Herstellen von Metallgegenständen mit widerstandsfähigem Überzug Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Metallverbindungen für den Gebrauch bei hohen Temperaturen, besonders im Hinblick auf die Oberflächenbehandlung von Teilen von Verbrennungsmotoren und Elektroden von Entladungsgefäßen.
  • Neue technologische Entwicklungen auf dem obengenannten Gebiet haben die Notwendigkeit neuer Materialien ergeben, die den sehr hohen in diesen Einrichtungen auftretenden Temperaturen für lange Zeit widerstehen. Diese unter diesen Bedingungen auftretenden Temperaturen sind so viel höher als jene in früher bekannten ähnlichen Einrichtungen, daß ein ganz neues Gebiet der Technologie darüber entwickelt wurde.
  • In den Entladungsgefäßen ist es wichtig, daß die Steuerelektroden, Gitter und Anoden sehr geringe thermische Emission haben. In vielen Typen von Entladungsgefäßen, bei welchen die Elektronenlaufzeit eine Rolle spielt, werden wegen des geringen Elektrodenabstandes die nichternissionsfähigen Elektroden der Anordnung auf extrem hohe Temperaturen erhitzt und dadurch ihre thermische Emission begünstigt.
  • Die Probleme, die beim Bau von Entladungsgefäßen auftreten, sind die Elektroden, die, obgleich klein, genügend fest sein müssen, damit sie ihre Abstände beibehalten, die sich unter Betriebsbedingungen nicht ändern dürfen.
  • Die auftretenden hohen Temperaturen, besonders in Hochleistungsröhren, erweichen oder schmelzen die meisten Metalle. Die Bedeutung dieses Problems ist in Anbetracht der Tatsache, daß in Röhren für den Betrieb bei Frequenzen von ungefähr 60o MHz der Gitterkathodenabstandungefähr o,4mm, für ioooMHz ungefähr 0,i5 bis 0,2 mm und noch kleiner bei Röhren für höhere Frequenzen ist klar.
  • Da die Kathoden von Hochleistungsröhren häufig bei Temperaturen von iooo° C und darüber arbeiten, ist es klar, daß die Materialien, aus denen die Gitter für diese Röhren hergestellt sind, äußerst widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen sein müssen.
  • Eine andere Überlegung, welche ein weiteres Problem beim Entwurf von Entladungsgefäßen für den Gebrauch bei großer Leistung und hohen Frequenzen aufwirft, ist die Tatsache, daß für hohe abgegebene Leistung es wünschenswert erscheint, die Emissionsfähigkeit der Kathoden so hoch wie möglich zu haben, und man verwendet zu diesem Zweck in oder auf der Kathode eine große Menge von hochemissionsfähigem Material, z. B. Thorium. Bei Betriebstemperaturen verdampft dieses hochemissionsfähige Material, besonders, wenn es sich um metallisches Thorium handelt, wandert von der Kathode und kondensiert sich auf dem Gitter, mit dem Erfolg, daß es zum Strahler für dieses kondensierte Material wird. Wenn man versucht, das auf dem Gitter niedergeschlagene Material durch Anbringen einer Substanz auf dem Gitter nichtemissionsfähig zu machen, besteht die Gefahr, <laß dieses Material auf die Kathod,# gelangt, es sei denn, daß diese Substanz nicht flüchtig und daher zu einer solchen Übertragung unfähig ist.
  • Die in Verbrennungsmaschinen und Hochleistungsröhren auftretenden Probleme der Metallurgie sind übrigens von ähnlicher Natur, wie es sich aus den dazu gemachten Vorschlägen ergibt.
  • Bei Verbrennungsmaschinen war es lange bekannt, claß viele Metalle mit hohem Schmelzpunkt in ihrem elementaren oder legierten Zustand ihre Zugfestigkeit bis 40o kg pro Quadratzentimeter bei Temperaturen von 80o" C, in einigen Fällen bis iooo° C beibehalten. Zu diesen widerstandsfähigen Metallen gehören Tantal (Schmp. etwa 2770°C), N:obium (Schmp. etwa i950° C), Molybdän (Schmp. etwa 267o° C) und Wolfram (Schmp.etwa 337o°C).Obgleich diese Metalle bei diesen hohen Temperaturen ihre Festigkeit beibehalten, war es nötig, z. B. oxydierende Atmosphäre und andere Substanzen, die mit diesen Metallen bei den hohen Temperaturen reagieren, fernzuhalten.
  • So bilden z. B. Wolfram und Molybdän in oxydierender Atmosphäre bei 50o° C, so rasch flüchtige Oxyde, daß nach weniger als ioo Stunden unter diesen Bedingungen nur noch wenig von dem Metall übrig ist. Tantal oder Niobium wird nach 48 oder weniger Stunden spröde. Bei höheren Betriebstemperaturen (iooo° C) sind diese Erscheinungen nach ein paar Minuten eingetreten.
  • Reduzierende oder neutrale Atmosphäre schützt die Metalle auch nicht länger, weil dann die Metalle Wasserdampf oder Kohlenoxyd reduzieren und dadurch oxv<liert werden. Ist ein Kohlenwasserstoffgas oder ein anderes kohlenstoffhaltiges Material anwesend, so wird es durch die Metalle zersetzt, diese karbonisiert und dadurch brüchig gemacht. Da in der Umgebung von bei hohen Temperaturen arbeitenden Teilen von Gasmaschinen Kohlenwasserstoffdämpfe und Wasserdampf gemeinsam vorhanden sind, ist es offensichtlich, daß diese Metalle zu dieser Verwendung ungeeignet sind, ganz besonders bei Materialtemperaturen über 750° C. Unter diesen Bedingungen verursachen diese durch Reaktion der umgebenden Atmosphäre mit dem Metall hervorgerufenen schädlichen Wirkungen weitreichende Veränderungen des Metallkörpers, wie z. B. Strukturveränderungen, Mangel an Festigkeit, Duktilität und Elastizität.
  • Es ist lange bekannt, daß Kohle eines der am meisten thermisch widerstandsfähigen Materialien ist. Sie ist billig, leicht zu bearbeiten und kann Temperaturen widerstehen, die diejenigen, die Veränderungen in widerstandsfähigen Metallen hervorrufen, weit übersteigen. Die mechanische Festigkeit wird von anderen Materialien bei erhöhten Temperaturen nicht beeinflußt. Aus diesem Grund hat die Kohle bevorzugt bei den Herstellern von Apparaturen, die unter diesen Bedingungen verwendet werden, Anwendung gefunden. Kohle besitzt verschiedene Nachteile, die den Umfang ihrer Verwendungsmöglichkeit begrenzen. Die große Brüchigkeit der Kohle macht die Herstellung komplizierter Konstruktionen sehr schwierig, und wenn sie hergestellt sind, sind sie sehr zerbrechlich und leicht beschädigt beim Transport oder beim normalen Gebrauch. Ferner brennt Kohle, wenn sie über dunkle Rotglut (700° C) in oxydierender Atmosphäre oder in einer Atmosphäre, die eine leicht reduzierbare Sauerstoffverbindung, wie z. B. Wasserdampf enthält, erhitzt wird. In diesem Zusammenhang soll daran erinnert werden, daß fast alle Verbrennungsgase Wasserdampf enthalten. Die Kohle würde also bei erhöhten Temperaturen in diesen Gasen brennen. Ein weiterer Nachteil der Kohle ist der, daß sie ein poröses und für Gase völlig durchlässiges Material ist. Diese Durch-Lässigkeit wächst mit steigender Temperatur. Aus diesen und anderen mit den besonderen Erfordernissen des individuellen Aufbaues verbundenen Gründen hat die Kohle keine genügende Verwendung in Apparaturen für hohe Temperaturen, besonders nicht in Anordnungen mit feinem Aufbau gefunden, da sie eine gewisse Stärke aufweisen muß, um nicht beim Transport oder Gebrauch zerstört zu werden.
  • In den Elektronenröhren wurden Kohlegitter erforscht, die entweder direkt ans Graphit oder durch Karbonisierung gewonnen waren.-Aber die auf diese Weise hergestellten Gitter waren sehr zerbrechlich und leicht beschädigt beim gewöhnlichen Gebrauch der Röhren. Ferner brachte die Bearbeitung der Kohle viele Fabrikationsschwierigkeiten ihrer großen Brüchigkeit wegen. Kohle hat einen vernachlässigbaren Dampfdruck, sogar bei sehr hohen "Temperaturen, ist ein ausgezeichneter Hitzestrahler und ist nichtemissionsfähig bei sehr hohen Temperaturen. Sie vergiftet aktivierte Kathoden nicht, sie hat einen Hochfrequenzwiderstand von geringem Wert und ist in der Lage; die Emissionsfähigkeit des Thoriums zu zerstören, welches von der Kathode auf das Gitter gedampft ist. Trotz all dieser vielen und wichtigen Vorteile wurde die Kohle ungeeignet zum Bau von Gittern befunden.
  • Es wurde nun die Eignung der widerstandsfähigen Metalle zum Bau von Gittern erforscht. Von diesen
    emissionsfällig wurde, vielleicht durch thermische Zersetzung und Wanderung der Metallzwischenlage ins Innere des Grundmetalls, gefolgt von einer ähnlichen Wanderung der Kohleaußenschicht. Dies hatte eine Zerstörung des Gitters durch zunehmende Brüchigkeit nach kurzer Lebensdauer zur Folge.
  • In Anbetracht dieser entmutigenden Resultate mit widerstandsfähigen Metallgrundlagen und kohlestoffhaltigen Überzügen wandten sich die Forscher Elektrodenaufbauten, überzogen mit nichtemissionsfähigen Oxyden, besonders den einfachen oder gemischten Oxyden von Tautal, Wolfram, Niobium, Vanadium, Chrom, Molybdän, Titan und Beryllium zu.
  • Für viele Zwecke, besonders für Röhren mittlerer Leistung, waren diese überzogenen Gitter vollkommen genügend. Der Überzug ist wenig emissionsfähig, und wenn Thorium oder ein anderes hochemissionsfähiges Material darauf dampft, verliert es seine Emissionsfähigkeit. Die Nachteile dieser Art von Gittern sind folgende: Der Überzug haftet nicht fest auf dem Grundmetall, und wenn sein Ausdehnungskoeffizient sich von dein des Grundmetalls unterscheidet, hat er Neigung, sich von diesem zu lösen als Folge der Temperaturänderungen. Die Zerbrechlichkeit der Elektroden und die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der zusammenhängenden Schicht des Überzuges wächst mit dem Gebrauch der Röhren. Es ist natürlich klar, daß, wenn die zusammenhängende Schicht, von der die Nichtemissionsfähigkeit abhängt, unterbrochen wird, das Grundmetall bloßgelegt wird. Die Emissionsfähigkeit dieses bloßgelegten Grundmetalls setzt der Brauchbarkeit der Röhren mit solchen Gittern Grenzen. Ein weiterer Nachteil dieser Art von überzogenen Gittern ist der, daß sehr hohe Temperaturen mehr oder minder große Zersetzung der bedeckenden Oxyde hervorrufen. Dies führt zur Erhöhung des Gasgehaltes der Röhre und steigert die Emissionsfähigkeit des Gitters. Aus diesen Gründen sind ox%#düberzogene Gitter, obgleich sie für den Gebrauch in Röhren niederer und mittlerer Leistung brauchbar sind, nicht für den Gebrauch in Hochleistungsröhren mit übernormal hohen Temperaturen, z. B. über iooo° C, geeignet.
  • Als Ergebnis dieser Erfahrungen haben die Forscher die obererwähnte Oxydbedeckung dahin abgeändert, daß sie in das Oxyd einen Teil nichtemissionsfähigen Metalls einbauten, welches den Film ergänzte und eine dauernde Bindung zwischen Überzug und Grundmetall zur Folge hatte. Ein solches Verfahren nach der früher entwickelten Art bringt zuerst einen gemischten Oxydüberzug auf das Grundmetall, der dann teilweise reduziert wird, so daß der resultierende Überzug eine Mischung von nichtreduziertem Oxyd mit dem meist leicht reduzierbaren Metall enthält. Diese so abgeänderten Überzüge wurden nicht ganz genügend gefunden, weil sie temperaturbegrenzt waren, auf die Kathode schädlich wirkten und weil die Emissionsfähigkeit von sogar relativ nichtemissionsfähigen Metallen nach der Bedeckung mit hochemissionsfähigem Material bei den Betriebstemperaturen in Hochleistungsröhren sehr wesentlich ist. Es wurde stets eine Lösung des Problems, ein genügend nichtemissionsfähiges Gitter für diese Röhrentypen zu schaffen, gesucht, das bei den erforderlichen hohen Temperaturen verwendet werden kann, ohne daß es seine Emissionsunfähigkeit während der Lebensdauer verliert.
  • Diese beschriebenen Nachteile der bekannten Ausführungen lassen sich erfindungsgemäß bei Metall mit einem widerstandsfähigen Überzug, das aus einer Metallgrundlage aus Tantal, N:obium, Molybdän oder Wolfram mit einem widerstandsfähigen Außenüberzug besteht, dadurch vermeiden, daß der Überzug aus Kohle oder einem Metall der Platingruppe besteht und sich zwischen diesem und dem Grundmetall eine aus den gemischten oder legierten Karbiden des Grundmetalls und des Siliciums, Titans oder Zirkons bestehende harte, nicht poröse Trennschicht befindet.
  • Die Herstellung eines metallischen Gebildes nach der vorliegenden Erfindung geschieht auf folgende Weise: Das Grundmetall aus Tantal, Niobium, Molybd;#in oder Wolfram wird mit einem Überzug aus fein verteiltem Silicium-, Titan- oder Zirkonoxvd versehen. Dann wird der Überzug gesintert. Nun erhält dieser Oxydüberzug einen Kohleüberzug. Die Kohle-.imenge muß größer sein als die zur Reduzierung der Oxyde zu Karbiden stöchiometrisch notwendige Menge. Nun werden die Gebilde auf eine Temperatur von mindestens 170ö° C im Vakuum oder in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre erhitzt, bis die Oxyde und die Oberfläche der Metallgrundlage in die entsprechenden Karbide umgewandelt sind, dann wird die Karbidoberfläche mit Kohle oder einem Metall der Platingruppe überzogen.
  • Das oberflächliche Aussehen des endgültigen Produktes ähnelt dem eines gewöhnlichen Kohle- oder Metallteiles. Mehrere Prüfungen haben gezeigt, daß unter der äußersten Schicht des Überzuges eine harte Schicht von widerstandsfähigem Metallkarbid liegt, die ein metallisches kristallines Aussehen hat und äußerst widerstandsfähig gegen hohe Temperaturen ist; so ist z. B. eine Mischung oder Legierung von Tantalkarbid mit Zirkonkarbid fähig, Temperaturen bis zu 3900° C zu widerstehen, ohne wesentliche Verschlechterung ihrer physikalischen Festigkeit oder anderer Eigenschaften. Es ist in diesem Zusammenhang besonders beachtenswert, daß sich die Karbidschicht von einer Kohleschicht auf der widerstandsfähigen Metalloberfläche dadurch unterscheidet, daß sie bei erhöhten Temperaturen nicht in den Metallkörper wandert, noch den obenliegenden, normalerweise wandernden Schichten die Wanderung erlaubt.
  • Bei der Ausführung dieser Erfindung kann der widerstandsfähige Oxydüberzug auf irgendeine bekannte Weise aufgebracht werden, wie sie bei der Herstellung von Überzügen auf den verschiedenen Materialien, so z. B. eines widerstandsfähigen Oxydes auf einer Metalloberfläche verwendet wird. So kann beispielsweise der Überzug durch Tauchen oder Spritzen einer Mischung des widerstandsfähigen Oxydes mit einem organischen oder anorganischen Bindemittel aufgebracht werden. Für diesen Zweck eignet sich besonders ein Binder mit Äthylsilicat. Es kann wahlweise eine organische Lösung oder Schießbaumwolle zur Aufbringung des Oxydes verwendet werden; dadurch ist dieses nach dem Verdampfen des Lösungsmittels mit einem Rest organischer Materie versehen, die die Oxydteilchen als ganze Schicht auf dem Metall festhält, bis das Oxyd gesintert ist. Es ist natürlich klar, daß das Bindemittel so gewählt sein muß, daß es weder selbst emissionsfähig ist, noch die widerstandsfähige Karbid- oder Oxydschicht während des späteren Gebrauchs emissionsfähig macht.
  • Obgleich diese obenerwähnten Arten von Überzügen genügen, ist es vorzuziehen, den widerstandsfähigen Oxydüberzug durch Elektrophorese in einem Bad, das fein verteilte Teilchen des Oxydes enthält, herzustellen, weil die Gleichmäßigkeit, die Reinheit und leichte Reproduzierbarkeit des Überzuges auf diese Weise gewährleistet ist. Ein weiteres Verfahren, einen Oxy dfilm bei Verwendung von Zirkonoxyd niederzuschlagen, ist z. B. folgende: Ungefähr 0,5g Magnesiumnitrat;ungefähr o,5 g Zirkonnitrat und ungefähr 1,5 g Gerbsäure werden in nahezu 25 ccm destilliertem Wasser gelöst. Diese Lösung wird dann unter Umrühren zu ungefähr 20 g fein verteiltem Zirkonoxyd gegeben. Man erhält eine Paste, die dann langsam unter Schütteln zu ungefähr 475 ccm Methanol gegeben wird. Diese Mischung wird dann ungefähr 24 Stunden in der Kugelmühle mit Porzellankugeln gemahlen. Der zu bedeckende Körper wird durch Erhitzen im Vakuum z. B. auf 150o° C 2 Minuten in die Zirkonoxydsuspension, die auf die oben beschriebene Weise hergestellt wurde, eingetaucht und eine oder mehrere Aluminiumelektroden werden so um den Tantalkörper angeordnet, daß ein gleichmäßiges Potential während der Elektrophorese gewährleistet ist. Die Aluminiumelektroden sind mit dem positiven Pol und der zu bedeckende Teil mit dem negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Wenn man eine Stromdichte von ungefähr 15 mA pro Quadratzentimeter verwendet, erhält man einen Überzug von genügender Dichte. Danach wird die Spannungsquelle abgeschaltet, der bedeckte Tantalkörper ans dem Bad genommen und sogleich in Aceton getaucht. Nachdem er langsam aus dem Aceton genommen ist, wird das überflüssige Aceton abgeschüttelt und dann der Körper in der Luft getrocknet. Dann wird die Überzugsherstellung zweimal wiederholt, so daß nach dem Trocknen die Zirkonoxydschicht auf der Tantalgrundlage ungefähr 0,04 mm dick ist. Der bedeckte Körper wird dann auf eine Temperatur erhitzt, die zur Sinterung und teilweisen Lösung der Zirkonoxydteilchen in der Oberfläche der Tantalelektrode ausreicht. Dies geschieht bei Temperaturen von ungefähr 150o bis 1700° C und einem Druck von lo-5mm Quecksilbersäule. Es ist natürlich klar, daß Zirkonoxyd durch Silicium- oder Titandioxyd ersetzt werden kann, falls .dies erwünscht ist.
  • Der Kohleüberzug kann wie der Zirkonoxydüberzug durch Tauchen, Spritzer oder Elektrophorese hergestellt werden, wobei jedoch die zuletzt genannte Methode den Vorzug hat. Die empfohlene Methode zur Aufbringung des Kohleüberzuges ist im wesentlichen wie folgt: Ungefähr 185 Volumteile Tetraäthylorthosilicat werden 6o Volumteilen Synasol zugesetzt. Synasol ist ein Handelsname für eine Mischung von ungefähr Zoo Teilen denaturiertem Äthylalkohol, 5 Teilen Äthylacetat und 1 Teil Gasolin (oder Methylisobutylketon ). Dann werden dem Äthylsilicat-Synasol-Gemisch unter Umrühren 5 Volumteile o,3°/oige Salzsäure zugesetzt und dann das Ganze mindestens 12 Stunden stehengelassen. Dann werden zu ioo Volumteilen der Originallösung 7 Volumteile destilliertes Wasser unter Bewegung zugefügt und so lange geschüttelt, bis die Lösung homogen erscheint. Diese hydrolysierte Äthvlsilicatsuspension kann wenigstens einen Monat gelagert werden, ohne daß sich Silicatniederschläge bilden oder die Viskosität sich ändert. Die Lösung enthält annähernd 20,5 °/o des Gewichtes an Kieselerde. Es wird run ein Bad hergestellt, in dem man ungefähr 3 g Gerbsäure und ungefähr 7 g Magnesiumnitrat in annähernd ioo ccm Synasol hat. Hierzu setzt man ungefähr 40 g feinsten Graphit. Die erhaltene Paste fügt man langsam unter Rühren zu ungefähr 465 ccm der auf oben beschriebene Art hergestellten, hydrolysierten Äthylsilicatsuspension. Diese Mischung wird 24 Stunden in der Kugelmühle mit Porzellankugeln gemahlen. Danach wird das Graphitsuspensionsbad in einen geeigneten Behälter gebracht, und dann werden der mit Zirkonoxyd bedeckte Tantalkörper und die Graphitelektroden ins Bad getaucht. Es versteht sich, daß die Graphitelektroden so zur zirkonoxydbedeckten Elektrode angebracht sind, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Potentialdifferenz um die zirkonoxydbedeckte Elektrode besteht. Die Graph itelektroden werden dann mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle und der zirkonoxydbedeckte Körper mit dem negativen Pol dieser Quelle verbunden. Dann legt man eine Spannung zwischen 25 und 120 V, vorzugsweise ungefähr 70 V, und eine Stromstärke von ungefähr io mA pro Quadratzentimeter 5 Sekunden lang an. Dann wird die Spannungsquelle abgeschaltet, die Tantalelektrode herausgenommen, die überschüssige Lösung abgeschüttet, und dann wird die Elektrode in Synasol getaucht und langsam an der Luft getrocknet. Die Bedeckung wird so lange wiederholt, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Der bedeckte Körper wird nun 15 Minuten lang bei ungefähr iio° C gehärtet und dann im Vakuum auf ungefähr 2000° C erhitzt. Das vorzugsweise benützte Vakuum war mindestens io-5 mm Quecksilbersäule. Als Ergebnis dieses vorhergehenden Verfahrens erhält man auf der Metallgrundlage eine mit dem Grundmetallkarbid gemischte Zirkonkarbidschicht und eine Oberflächenschicht von Zirkonkarbid auf der gemischten Karbidschicht. Die Herstellung des Körpers entsprechend dieser Erfindung wird durch Aufbringen eines widerstandsfähigen Überzuges aus Kohle, Platin oder widerstandsfähigen Metallen der Platingruppe vervollständigt. Der Platinüberzug kann durch folgendes Verfahren aufgebracht werden: Der bedeckte Körper wird in eine Lösung, die eine organische Platinverbindung oder Chlorplatinsäure enthält, getaucht, aus der Lösung genommen und 5 Minuten lang auf ungefähr 375° C erhitzt, um die Platinverbindung zu zersetzen unter Zurücklassung von metallischem Platin. Dieser Vorgang wird dann mindestens zehnmal wiederholt, damit der Platinüberzug die gewünschte Dicke erhält. Danach wird ein weiterer Platinüberzug in einem üblichen galvanischen Platinbad bei 4 Volt ungefähr 45 Minuten lang und dann noch bei ungefähr 1,5 Volt eine Stunde lang aufgetragen. Es ist verständlich, daß der vorhergehende Vorgang entsprechend abgeändert werden kann, um Überzüge der anderen Metalle der Platingruppe herzustellen. Der Körper wird dann auf ungefähr i5oo° C bei einem Druck von ungefähr io-5 mm Quecksilbersäule erhitzt. Nachdem dies geschehen ist, ist der Körper fertig zum Gebrauch.
  • Wenn der letzte Überzug auf dem Körper entsprechend dieser Erfindung aus Kohle besteht, wird der Überzug nach dem oben beschriebenen Verfahren aufgebracht, indem man den Kohleüberzug auf die Oxydschicht bringt.
  • Erfahrene auf diesem Gebiet, an die sich diese Erfindung wendet, erkennen, daß die Erfindung nicht auf eine spezielle Art der Aufbringung der aufeinanderfolgenden Überzüge begrenzt ist. Die Übetzüge aus widerstandsfähigem Oxyd, aus Kohle oder kohlenstoffhaltigem Material und der letzte Überzug aus widerstandsfähigen Metallen der Platingruppe oder Kohle können durch jedes Verfahren, das zur Herstellung solcher Überzüge bekannt ist, hergestellt werden einschließlich folgender Verfahren: Tauchen des Körpers in eine Überzugsmischung, Aufspritzen der Überzugsmischung oder durch Elektrophorese in einem Bad, welches geladene Teilchen der Überzugssubstanzen in einem für den elektrophoretischen Niederschlag geeigneten Maße enthält. Die erste Sinterung des Oxydüberzuges kann in einem weiten Temperaturbereich vorgenommen werden, vorausgesetzt, daß die Temperatur genügt, um eine ausreichende Bindung der Teilchen des widerstandsfähigen Oxydes mit dem darunterliegenden Kern zu erreichen, so daß während des folgenden Verfahrens, wodurch das Oxyd in Karbid Umgewandelt wird, ein Karbidüberzug auf dem darunterliegenden Metall erhalten bleibt. Für diesen Zweck wurden Temperaturen von ungefähr i5oo° C für Kieselerde, ungefähr 2000° C für Zirkon- und Tantaloxyd bei Tantalgrundlage oder niedrigere Temperaturen bei Molybdängrundlage als völlig angemessen gefunden, aber höhere oder niedere Temperaturen können verwendet werden, wenn besondere Bedingungen des Verfahrens dies wünschenswert machen. Die letzte Erhitzungsoperation, wobei die aus widerstandsfähigem Metalloxyd bestehende Schicht und Kohleüberzüge in eine widerstandsfähige Metallkarbidschicht auf der widerstandsfähigen Metalloberfläche umgewandelt wird, kann mit einer der im ersten Erhitzungsprozeß ähnlichen Temperatur erreicht werden. Es ist wünschenswert, obgleich nicht wesentlich, daß die zweite Erhitzung unter Vakuum oder in einem Edelgas stattfindet, was die Umwandlung des widerstandsfähigen Metalloxydes in das entsprechende Karbid erleichtert. Obgleich aus dem vorhergehenden zu entnehmen ist, daß die widerstandsfähige Metallkarbidschicht auf der widerstandsfähigen Metallgrundlage entsprechend dieser Erfindung völlig genügenden Widerstand gegen eine Wanderung der obenliegenden Schicht der Metalle der Platingruppe bei sehr hohen Temperaturen besitzt, wird dennoch eine Kohleschicht in einigen Fällen vorzuziehen sein; um auch in diesen Fällen einer Wanderung vorgebeugt zu haben. Der Körper, welcher als äußerste Schicht ein Metall der Platingruppe auf einer Karbidschicht hat, besitzt in vollstem Maße die Widerstandseigenschaften gegen ungünstige atmosphärische Bedingungen, welche Metallen eigen ist, und behält sie, wenn eine Wanderung verhindert ist. Eine Erklärung dieser Erscheinung ist folgendes: Die gemischten oder legierten Karbide in der Zwischenschicht sind chemisch träge gegen das Kernmetall sogar bei den sehr hohen Betriebstemperaturen, also bleibt die Zwischenschicht mit Kohlenstoff gesättigt und wandert nicht, obgleich bei diesen hohen Temperaturen das Kernmetall sehr aktiv gegen Kohlenstoff ist. Das Resultat ist folgendes: DerAußenüberzug, der normalerweise in das Barunterliegende Metall wandern würde, ist wirksam von einer solchen Wanderung ausgeschlossen und bleibt an der Oberfläche und widersteht der Oxvdation usw., als wenn der ganze Körper aus der gleichen Substanz wie diese Außenschicht gefertigt wäre.
  • Für den Gebrauch in Elektronenröhren ist der be-Inerkenswerte Fortschritt dieser Erfindung gegenüber anderen Arten von nichtemissionsfähigen, bisher verwendeten Elektroden durch folgende Daten einleuchtend: Wenn man drei verschiedene Elektroden mit gleichen physikalischen Dimensionen benutzt und jede eine Oberfläche von ro cm= hat und jede mit y Watt pro Quadratzentimeter bei 13oo bis 1400° C belastet wird, zeigt eine platinbedeckte Molybdänelektrode eine Emission von 4,5 mA nach dem Evakuieren, eine Tantalelektrode 6,2 mA Emission nach 3oo Betriebsstunden, während eine nichtemissionsfähige, die Grundsätze dieser Erfindung verkörpernde Elektrode eine Emission von o,oooi mA nach mehr als 40oo Betriebsstunden hat.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE; i. Verfahren zum Herstellen von Metallgegenständen mit widerstandsfähigem Überzug, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Metallgrundlage aus Tantal, Niobium, Molybdän oder Wolfram eine aus den gemischten oder legierten Karbiden des Grundmetalls und des Siliciums, Titans oder Zirkons bestehende, harte, nicht poröse Trennschicht und dann darauf eine Außenschicht aus Kohle oder einem Metall der Platingruppe aufgebracht wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Karbidschicht zunächst Oxyde bzw. Dioxyde des Siliciums, Titans oder Zirkons oder Mischungen derselben atif dem Grundmetall aufgebracht werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxyde bzw. Dioxyde nach dem Aufbringen auf die Metallgrundlage zunächst gesintert werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Aufbringen mindestens der zur Reduktion des Oxydes zu Karbid stöchiometrisch nötigen Menge von Kohlenstoff auf die gesinterte Oxydschicht.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht der Oxyde des Siliciums, Titans oder Zirkons durch Erhitzen auf mindestens 1700° C vorzugsweise im Vakuum einer inerten. oder einer reduzierenden Atmosphäre in die entsprechenden Karbide umgewandelt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Platin oder einem Metall der Platingruppe auf der Karbidschicht auf ungefähr 1500° C bei io-`I mm Quecksilbersäule erhitzt wird.
  7. 7. Metallgegenstände mit widerstandsfähigem Überzug nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Verwendung bzw. Anwendung zur Herstellung von Elektroden für elektrische Entladungsgefäße.
DE1950I0000430 1949-01-24 1950-01-22 Verfahren zum Herstellen von Metallgegenstaenden mit widerstandsfaehigem UEberzug Expired DE843786C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1051606B (de) * 1953-07-03 1959-02-26 English Electric Valve Co Ltd Verfahren zur Herstellung eines Getters od. dgl. fuer eine thermionische Roehre

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