DE856489C - Elektronenentladungsvorrichtung mit einer Sekundaeremissionselektrode und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents
Elektronenentladungsvorrichtung mit einer Sekundaeremissionselektrode und Verfahren zur Herstellung derselbenInfo
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Description
(WGH. S..175)
AUSGEGEBEN AM 20. NOVEMBER 1952
p 35321 VIII c 12igD
sind als Erfinder genannt worden
ist in Anspruch genommen
Die Erfindung betrifft eine Elektronenentladungsvorricihtung
mit einer Sekundäremissionselektrode sowie ein Verfahren zum Herstellen derselben.
Es wurden schon verschiedene Vorschläge für die Konstruktion von Verstärkerröhren gemacht,
bei welchen ein Primärelektronenstrahl veranlaßt wird, auf eine Sekundärelektronen emittierende
Elektrode aufzutreffen, welche eine größere Anzahl von Sekundärelektronen emittiert, als Primärelektronen
auftreffen. Solche Vorrichtungen sind besonders zur Verstärkung von Hochfrequenzsignalen
und für einen großen Frequenzbereich geeignet, wol)ei der von einer Glühkathode emittierende Primärelektronenstrom
durch Zuführen der zu verstärkenden Signale zu einer Steuerelektrode in seiner Intensität geregelt wird und die verstärkten Signale
an einer Belastungsimpedanz auftreten, welche mit einer Elektrode (Anode) verbunden ist, die die von
der Sekundäremissionselektrode emittierten Sekundlärelektronen sammelt.
Bei solchen Vorrichtungen ist es im Betrieb bei höhen Frequenzen wünschenswert, daß die Kapazitäten
zwischen den Elektroden klein sind. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, Elektroden zu
verwenden, welche nur eine kleine Oberfläche aufweisen, und es ist daher in diesem Fall notwendig,
daß das Primärelektronenbündel verdichtet oder fokussiert wird, so daß ein Primärelektronenbündel
von hoher Stromdichte auf eine sehr kleine, Sekundärelektronen emittierende Fläche auftrifft. Die
Sekundärelektronen emittierende Elektrode kann eine Grundmetallplatte aufweisen, beispielsweise
aus Nickel, welche einen dünnen Magnesiumoxydr überzug aufweist, und es wurde gefunden, daß bei
einer solchen Sekundärelektronen emittierenden Elektrode, wenn ein Primärelektronenstrahl hoher
Stromdichte verwendet wird, die Nutzungsdauer ίο auf etwa 50 Stunden beschränkt ist. Man glaubte
einige Jahre, daß die kurze Lebensdauer von Sekundärelektronen emittierenden Elektroden allgemein
der Vergiftung der Elektrode durch von der Glühkathode emittierte Partikel oder durch Restgase
in der Vorrichtung zuzuschreiben ist, und es ist allgemein üblich, die Sekundärelektronen emittierende
Elektrode außer Sicht von der Glühkathode anzuordnen, um soweit als möglich zu vermeiden,
daß von der Kathode emittierte Partikel auf die Sekundäremissionselektrode auftreffen.
Wir haben jedoch gefunden, daß die kurze Lebensdauer von Sekundärelektronen emittierenden Elektroden
nicht in erster Linie der Vergiftung der Sekundärelektronen emittierenden Schicht zuzuschreiben
ist, sondern von der Zersetzung der die Sekundärelektronen emittierenden Schicht herrührt,
worauf die Verdampfung einer oder mehrerer die Emissionsschicht bildender Bestandteile folgt.
Es ist denkbar, daß, wenn beispielsweise Magnesiumoxyd als sekundäremittierendes Mittel
verwendet wird, das Magnesiumoxyd durch Elektronenbombardement in Magnesium und Sauerstoff
zerlegt wird, und daß dann diese beiden Elemente verdampfen, wenn die Temperatur während
des Elektronenbombardements genügend hoch ist, während, wenn Berylliumoxyd als Sekundärelektronen
emittierendes Metall verwendet wird und es sich unter Elektronenbombardement in Beryllium und Sauerstoff zersetzt, es wahrscheinlieh
ist, daß nur Sauerstoff sich verflüchtigt.
Die Erfindung bezweckt eine Elektronenentladungsvorrichtung mit eimer Sekundäremissionselektrode
zu schaffen, deren Lebensdauer erhöht ist, insbesondere wenn sie einem Elektronenbombardement
hoher Stromdichte unterworfen wird.
Es wäre denkbar, daß eine Lösung des erwähnten Problems durch die Verwendung einer dicken
Schicht des Sekundärelektronen emittierenden Materials erhalten werden könnte. Es wurde jedoch
gefunden, daß eine Schicht aus Magnesiumoxyd, welche genügend dick ist, so daß sie unter einem
Elektronenbombardement großer Stromdichte eine hinreichend große Lebensdauer besitzt, fast vollständig
isolierend wirkt, so daß die emittierten Sekundärelektronen nicht sogleich durch die vom
Elektrodengrundmetall nachströmenden Elektronen ersetzt werden können.
Gemäß der Erfindung ist die Elektronenentladungsvorrichtung in der Weise ausgebildet, daß
die Sekundäremissionselektrode aus einer leitenden Platte mit einem Überzug aus Sekundärelektronen
emittierendem Material besteht, welcher wenigstens 25 · 10^* mm dick ist und aus wärmebeständigen
Oxyden besteht, die zu 15 bis 50% ihres Gesamtgewichtes
Erdalkalioxyde sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Elektronenentladungsvorrichtung
mit einer Sekundäremissionselektrode.
Gemäß der Erfindung wird das Verfahren in der Weise ausgeführt, daß man ein Gemisch der genanntem
wärmebeständigen Metalloxyde sintert und das gesinterte Material als Überzug auf das
Elektrodengrundmetall aufbringt. Zweckmäßig enthält der Überzug neben dem Erdalkalimetalloxyd
Magnesiumoxyd. Unter Erdalkalimetalloxyden sind nur die Oxyde von Calcium, Strontium und
Barium zu verstehen.
Durch Verwendung einer solchen Sekundäremissionselektrode ist es möglich, eine Elektrodenentladungsvorrichtung
mit Sekundärelektronenemission zu schaffen, deren Wirkung zuverlässig ist, deren Lebensdauer mehrere hundert Stunden
beträgt, und deren Vervielfachungskoeffizient, d.h. das Verhältnis des Sekundärelektronenstrahls zu
dem auftreffenden Primärelektronenstrom, etwa 3 beträgt. Dieses Ergebnis scheint darauf zu beruhen,
daß das Erdalkalimetalloxyd neben dem anderen hitzebestäindigen Metalloxyd, welches fähig ist,
eine Sekundärelektronenemission ohne wesentlich thermische Emission von Primärelektronen zu ergeben,
in genügender Menge anwesend ist, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen, jedoch nicht
in soldier Menge, daß das Material fähig wird, eine solch große thermische Emission von Primärelektronen
unter dem Einfluß eines intensiven Primärelektronenbombardements und der Wärmestrahlung
von der Sammelelektrode zu erzeugen, daß es ungeeignet zum Gebrauch auf einer Sekundärelektronen
emittierenden Elektrode wäre.
Es scheint auch, daß die durch das Sintern hervorgerufene Anhäufung von Partikeln des Überzuges
zur Erhöhung der Leitfähigkeit desselben beiträgt. Der Sekundärelektronen emittierende
Überzug enthält vorzugsweise Magnesiumoxyd und Bariumoxyd, wobei das Gewicht des letzteren
zwischen 15 und 50%, zweckmäßig wenigstens annähernd 34 °/o des Gesamtgewichtes der beiden
Oxyde beträgt.
Wenn auch die wärmebeständigen Metalloxyde zweckmäßig Magnesiumoxyd neben dem Erdalkalimetalloxyd
enthalten, können neben dem Erdalkalimetalloxyd auch andere wärmebeständige Metalloxyde, z. B. Aluminiumoxyd oder Berylliumoxyd,
verwendet werden, welche fähig sind, eine Sekundärelektronenemission zu erzeugen. Ferner
kann das Erdalkalimetalloxyd in der Form eines Erdalkalimetallcarbonats verwendet werden, wobei
das Carbonat wahrscheinlich während des Sinterns in das Oxyd übergeht. Es ist jedoch nicht bekannt,
ob das Material des Überzuges nach dem Sintern tatsächlich aus einem gewöhnlichen Gemisch von
wärmebeständigen Metalloxyden besteht oder ob die Oxyde zufolge der Sinterung zu einer Struktur
mit einem komplexen Kristallgitter zusammentreten.
Die Sekundäremissionselektrode kann beispielsweise als Grundmetall, welches den Überzug trägt,
Nickel, Platin oder goldplattiertes Molybdän aufweisen. Bei einigen zum Gebrauch als Grundmetall
für Sekundäremissionselektroden geeigneten Metallen wurde gefunden, daß vor dem Niederschlagen
des, Sekundärelektronen emittierenden Materials das Grundmetall in einem solchen Maße oxydiert,
daß eine dünne Schicht gebildet wird, welche dem
ίο richtigen Funktionieren der Elektrode entgegen
wirkt. Es wurde gefunden, daß Nickel in dieser Weise oxydiert; in diesem Fall kann das Grundmetall
gereinigt werden, um jeden Oxydbelag zu entfernen, worauf das von Oxydbelag gereinigte
Grundmetall mit einem dünnen Metallüberzug versehen wird, welches die Bildung eines schädlichen
Oxydfilms verhindert. Als solches Metall kann Magnesium verwendet werden.
Die Herstellung einer Sekundäremissionselektrode kann in der Weise erfolgen, daß zunächst
ein Streifen oder ein Rohr aus Nickel, welches das Grundmetall der Elektrode bildet, im Vakuum bei
Rotglut gereinigt wird; während das Grundmetall sich im Vakuum befindet, wird auf seine Oberfläche
ein dünner Magnesiumüberzug aufgedampft, z. B. von weniger als 25 · io""6 mm Dicke. Als Sekundärelektronen
emittierendes Material wird zweckmäßig \lagnesiumoxyd und Bariumoxyd verwendet,
und bei der Herstellung des Materials werden etwa 40 % Bariumcarbonat mit 60 % Magnesiumoxyd
gemischt, und das Gemisch bei etwa 12000 in Luft gesintert. Das entstehende Gemisch
wird in Aceton, welches eine geringe Menge Nitrocellulose enthält, gebracht, wobei wasserfreies
Aceton verwendet wird. Das Gemisch wird dann in einer Kugelmühle gemahlen und durch Schütteln
elektrisch aufgeladen. Es wird dann auf der mit Magnesium überzogenen Nickelelektrode in
bekannter Weise durch Kataphorese niederge-schlagen, wobei die überzogene Nickelelektrode in
der elektrisch aufgeladenen Lösung als Kathode geschaltet und die Lösung während des Prozesses
vorzugsweise gerührt wird. Bei dieser Ausführungsform wird das Niederschlagen fortgesetzt,
bis der Überzug des Materials eine Dicke zwischen 25-io~4mm und 12,5 ·ΐο~3 mm aufweist, obwohl in
manchen Fällen ein dickerer Überzug wünschenswert sein kann. Die Elektrode wird dann in eine
Verstärkerröhre, wie sie eingangs im zweiten Absatz beschrieben wurde, eingebaut, die Röhre evakuiert,
die Elektrode entgast und durch Erhitzen während einiger Minuten auf eine Temperatur
zwischen etwa 700 und 9000, gewöhnlich auf 8oo°, aktiviert. Um zu bewirken, daß das Wärmebombardement
durch Primärelektronen zuverlässig ist, kann al)er abwechslungsweise oder zusätzlich eine Hilfsheizung
im Innern der Sekundäremissionselektrode verwendet werden. Es wurde festgestellt, daß es
durch die Verwendung einer solchen Sekundäremissionselektrode möglich ist, eine Entladungsvorrichtung
zu schaffen, welche eine genügende Lebensdauer von mehreren hundert Stunden besitzt. Ferner
braucht es nicht erforderlich zu sein, daß die Sekundäremissionselektrode außer Sicht von der Glühkathode
angebracht wird, wodurch die Konstruktion der Vorrichtung erleichtert ist.
Unter die in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendete Bezeichnung wärmebeständige
Metalloxyde fallen nicht nur Magnesium-, Aluminium- und Berylliumoxyd, sondern auch die
Erdalkalimetalloxyde, so daß also diese Bezeichnung die Erdalkalimetalloxyde einschließt. Die
hier verwendete Bezeichnung Erdalkalimetalloxyd bezieht sich auf die Oxyde von Calcium, Stronr
tium und Barium.
Claims (1)
- Patentansprüche:1. Elektronenentladungsvorrichtung mit einer Sekundärelektronen emittierenden Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundäremissionselektrode aus einer leitenden Platte mit einem Sekundärelektronen emittierenden Überzug besteht, der wenigstens 25 ■ io~4 mm dick ist und aus wärmebeständigen Oxyden besteht, die zu 15 bis 50 °/o ihres Gesamtgewichtes Erdalkalioxyde sind.2. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmebeständige Oxyd zusätzlich zu dem Erdalkalioxyd Magnesiumoxyd enthält.3. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmebeständige Oxyd zusätzlich zu dem Erdalkalioxyd Aluminium- oder Berylliumoxyd enthält.4. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärelektronen emittierende Überzug aus Magnesiumoxyd und Bariumoxyd besteht, wobei letzteres 15 bis 50 Gewichtsprozent des Gesamtgewichtes der beiden Oxyde ausmacht.5. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bariumoxyd 34 °/o des Gesamtgewichtes der beiden Oxyde ausmacht.6. Elektronenentladungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug auf die Platte in Form einer innigen, feinverteilten Mischung aufgebracht ist.7. Elektronenentladungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus einer gesinterten Mischung der Oxyde besteht.8. Elektronenentladungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Platte eine Platinoberfläche hat, auf welche der Sekundärelektronen emittierende Überzug aufgebracht ist.9. Elektronenentladungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Platte aus Nickel besteht, die einen dünnen Überzug aus Magnesium besitzt.10. Elektronenentladungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß sie eine Verstärkerröhre darstellt.ii. Verfahren zur Herstellung einer Sekundärelektronen emittierenden Elektrode mit einem Überzug aus Sekundärelektronen emittierendem Material nach einem der Ansprüche ι bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch wärmebeständiger Oxyde, welches nur zum Teil, aber nicht gänzlich, aus Erdalkalioxyden besteht, gesintert und danach auf die Elektrode als Überzug aufgebracht wird.12. Verfahren nach Anspruch ii mit einer leitenden Platte, die aus einem Metall, beispielsweise Nickel, besteht, welches einen schädlichen Oxydfilm bilden kann, bevor der Überzug aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall, aus dem die leitende Platte besteht, gereinigt wird, um den Oxydfilm zu entfernen und um weitere Oxydfilmbildung zu verhindern, mit einem Metallschutzüberzug versehen wird, der beispielsweise aus Magnesium besteht.© 5498 11.
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