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Verfahren zur Herstellung gasbindender, gut wärmestrahlender Elektrodenoberflächen
Es ist bekannt, in elektrischen Entladungsröhren hochschmelzende Metalle, insbesondere
Zirkon, unterzubringen, welche im Vakuumgefäß vorhandene Gasreste hauptsächlich
durch Sorption binden. Diese Metalle werden bekanntlich mit Vorteil in poröser fester
Schicht auf die nach außen abstrahlenden Stellen einer Elektrode angebracht (vgl.
Patent 725 52i). Es ist ferner bekannt, auf eine nicht zur Emission
dienende Elektrode einen Überzug aus Tantalkarbid aufzusintern (vgl. Patent 710
283) oder einen Karbidüberzug, der aus Zirkonkarrbid und/oder Niobkarbid oder aus
einer Beimengung dieser Karbide zu Tantalkarbid besteht, dadurch herzustellen, daß
auf die Elektrode ein Gemisch vorn Zirkon und/oder Niob mit Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltigen
Verbindungen bzw. ein Gemisch dieser Metalle und Tantal zusammen mit Kohlenstoff
oder kohlenstoffhaltigen Veirbindungen aufgetragen und bis zur Karbidbildung geglüht
wird (vgl. Patent 715 i56).
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Es ist schließlich ein Verfahren zur Herstellung von stark wärmeabstrahlenden
Überzügen auf Bauteilen von elektrischen Entladungsgefäßen vorgeschlagen, aber noch
nicht veröffentlicht worden, gemäß welchem auf die Bauteile zunächst ein Karbid
eines hochschmelzenden Metalls aufgesintert oder
eines oder mehrere
dieser Karbide in pulverisierter Form mit einem einen geringeren Schmelzpunkt aufweisenden
Metallpulver unter Zusatz eines Bindemittels auf die Bauteile aufgetragen und bis
zum Schmelzen des leichter schmelzenden Metalls erhitzt wird und daß dann der aufgesinterte
bzw. aufgelötete Überzug mit einem weiteren überzug aus einem gasabsorbierenden
Metall versehen wird.
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Die vorliegende Erfindung verfolgt das Ziel, die Haftfestigkeit dieser
Oberflächenschichten zu erhöhen, da sich herausgestellt hat, daß diese bis zu einem
gewissen Grade sich doch immer wieder ablösen und dadurch einerseits zu Isolationsfehlern
in der Röhre Anlaß geben, andererseits aber die durch die Überzüge erreichten Eigenschaften
der Elektroden zum Teil wieder verlorengehen. Dieses Ziel wird dadurch erreicht,
daß eine gasbindende, gut wärmeabstrahlende Oberfläche einer Elektrode für elektrische
Entladungsgefäße durch Auftragen gasbindender, hochschmelzender Metalle und Metallkarbide
gemäß der Erfindung in der Weise hergestellt wird, daß auf die Elektrode zunächst
eine dünne Schicht eines gasbindenden, hochschmelzenden Nietalls, vorzugsweise Zirkon,
aufgebracht und dort festgesintert wird. Anschließend wird entweder ein Karbid eines
hochschmelzenden Metalls in Pulverform oder vorzugsweise ein Gemisch aus Kohlenstoffpulver
und einem hochschmelzenden 'Metallpulver, insbesondere Tantal- oder Zirkonpulver,
in Form einer Aufschlämmung aufgetragen und ebenfalls festgesintert. Das Aufsintern
des hochschmelzenden, gasbindenden Metalls auf der Oberfläche der vorzugsweise aus
Molybdän bestehenden Elektrode gibt dieser eine muhe Beschaffenheit, so daß die
anschließend aufgetragene Aufschlämmung eine gute Haftmöglichkeit vorfindet. Die
darauffolgende Erhitzung, welche zum Bilden bzw. Festsintern des Karbides dient,
wird zweckmäßig zu einer höheren Temperatur getrieben als das Sintern der darunter
befindlichen hochschmelzenden Metallschicht, so daß letztere erweicht oder schmilzt
bzw. legiert und dadurch d'ie Karbidteilchen festhält. Zwischen den Karbidkörnern
sind noch so viel Zwischenräume vorhanden, daß das darunter befindliche gasbindende
Metall zur Wirkung kommen kann. Andererseits verleihen die Karbidkörner der Ele'ktrodenoberfläche
eine solche Rauhigkeit, daß sie stark wärmeabstrahlungsfähig ist. Falls man entweder
das Gasbindungsvermögen noch weiter zu steigern wünscht oder durch völlige Verhinderung
des Loslösens von Karbidkörnchen von der Unterlage die Spannungsfestigkeit der Röhre
weiter erhöhen möchte, kann auf die Karbidschicht ein weiterer Überzug eines hochschmelzenden,
gasbindenden Metalls aufgebracht werden, der jedoch so dünn sein muß, daß die durch
die Karbidschicht geschaffene Rauhigkeit im großen ganzen erhalten bleibt.
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Die weitere Erläuterung der Erfindung wird an Hand der Zeichnung gegeben,
deren Abb. r und 2 zwei Ouerschnitte durchElektroden darstellen. Mit r ist diOe
aus einem Blech oder einem Draht bzw. Drahtgeflecht bestehende Elektrode bezeichnet,
deren Werkstoff meistens Molybdän ist, aber auch z. B. Tantal oder Wolfram sein
kann. Darauf wird eine dünne Schicht 2 von beispielsweise 5 bis 7,u Dicke eines
gasbindenden, hochschmelzenden Metalls, vorzugsweise Zirkon, aufgebracht. Dies erfolgt
zweckmäßig in der Weise, (laß Zirkonpulver in einer Flüssigkeit, z. 13. \ylol-I'araffin-Gemisch,
aufgeschlämmt und die Aufschlämmung durch Tauchen oder Besprühen auf die Elektrode
aufgetragen wird. Das gasbindende Metall wird hierauf festgesintert. Für Zirkon
hat sich hierzu eine Erhitzung auf etwa rzoo° C als geeignet erwiesen. In diesem
Zustand weist die Elektrode eine rauhe Oberfläche auf, die zwar einerseits noch
nicht ausreicht, um das Wärmeabstrahlungsvermögen auf einen ausreichenden Wert zu
erhöhen, andererseits für einen darauf aufgetragenen weiteren Überzug eine gute
Haftmöglichkeit schafft. Dieser weitere Überzug 3 besteht aus einem Karbid eines
hochschmelzenden Nietalls, insbesondere Tantalkarbid, oder einem Gemisch solcher
Karbide, insbesondere Tantalkarbid und Zirkonkarl)i'd. Er wird zweckmäßig dadurch
hergestellt, daß eine Aufschlämmung derjenigen Metalle, deren Karbide gewünscht
werden, und von Kohlenstoff durch Besprühen oder Tauchen auf die Elektrode aufgetragen
wird. Dieser Überzug bleibt an den Unebenheiten der Unterlage hängen, und anschließend
wird die Elektrode auf eine solche Temperatur erhitzt, daß die Bestandteile des
zweiten Überzuges sich zu dem gewünschten Karbid oder Karbidgemisch verbinden. Zweckmäßig
wird diese Temperatur höher gewählt als die zum Aufsintern der ersten Schicht 2
angewandte Temperatur. Die untere Schicht erweicht oder schmilzt dabei und verbindet
die Karbidkörper mit der Elektrode nach Art eines Lotes. Unter Umständen legiert
sich das Metall des ersten Überzuges mit der Elektrode, so daß eine besonders innige
Verbindung mit der Unterlage zustande kommt. Infolge ihres körnigen Gefüges ist
die Karbidschicht 3 wesentlich rauher als die auf die Elektrode aufgesinterte Zirkonschicht.
Es ist anzunehmen, daß sich zwischen den Karbidkörnern so reichliche Zwischenräume
befinden, daß die Gasbindungsfähigkeit der darunterliegenden Zirkonschicht sich
noch auswirken kann. Die mittlere Schichtdicke des Kar@idüberzuges beträgt beispielsweise
15 fc. Wenn man für den zweiten Überzug das Metallpulver und den Kohlenstoff nicht
im stöchiometrischen Verhältnis mischt, sondern Kohlenstoff im Überschuß vorsieht,
kann man durch den übriggebliebenen Kohlenstoff eine zusätzliche Getterwirkung erhalten.
Der ganze Überzug haftet erheblich besser als bei umgekehrter Reihenfolge der Schichten
oder beim Auftragen eines Gemisches von Zirkon und Tantal, auf der Elektrode. Dies
macht sich besonders bei flächenförmigen Elektroden bemerkbar, an deren Rändern
sonst sehr häufig ein Abblättern der Überzüge einsetzt.
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Statt das Karbid auf der Elektrode selbst herzustellen, kann man es
auch bereits fertig in einer
Aufschlämmung oder Paste auf die Unterlage
auftragen. Das erste genannte Verfahren hat jedoch den Vorzug, daß die schwierige
Zerkleinerung des Karbids entfällt.
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Wenn man die Spannungsfestigkeit der Röhre noch «-eiter erhöhen möchte,
indem man das Loslösen und Ausfallen einzelner Karbidkörnchen ausschließt, kann
man gemäß Abb. z auf die Karbidschiebt noch einen weiteren Überzug .4 aus einem
hochschmelzenden, gasbindenden Metall auftragen, der vorzugsweise aus Zirkon besteht.
Dieser Überzug wird zweckmäßig ebenfalls durch Tauchen oder Besprühen der Elektroden
mit einer Aufschlämmung des gasbindenden Metalls hergestellt. Seine Dicke ist so
gering zu wählen, daß er die Unebenheiten der Karbidschicht nicht merklich ausgleicht.
Die Schichtdicke beträgt z. B. ebenfalls wieder 5 ,e1, jedoch ist nach dem Sintern
praktisch keine Durchmesservergrößerung feststellbar. Der.dritte Überzug wird ebenfalls
durch Sintern verfestigt und mit der Unterlage verbunden und hält die Karbidkörner
-,vie eine Decke an der Unterlage nieder; gleichzeitig erhöht er aber auch das Gasaufzehrungsvermögen
der Elektroden. Das Sintern erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur, die etwas
geringer als die Temperatur ist, die zum Ansintern des Tantalkarbids benötigt wird,
wobei an den darunterliegenden Schichten keine weiteren Änderungen mehr erfolgen.