DE889811C

DE889811C - Thoriumoxyd-Paste-Kathode fuer elektrische Entladungsgefaesse

Info

Publication number: DE889811C
Application number: DET2293D
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr Phil Baumhauer
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1940-12-11
Filing date: 1940-12-11
Publication date: 1953-09-14

Description

Thoriumoxyd-Paste-Kathode für elektrische Entladungsgefäße Thoriumglühkathoden, in denen der Gehalt an metallischemThorium entweder durch Erhitzen auf eine sehr hohe Temperatur von etwa 25oo° C oder durch Karborieren erzeugt worden ist, sind sehr empfindlich gegen Gasreste, insbesondere gegen Sauerstoff und Stickstoff, welche die Lebensdauer der Kathode erheblich beeinträchtigen. Um diesen Nachteil zu beseitigen, hat man bereits versucht, Thoriumoxyd in Form einer Paste ähnlich wie Bariumoxyd auf einen Träger aufzubringen. Aber auch diese Kathoden hatten bisher keine große Lebensdauer und in vielen Fällen auch keine zufriedenstellende Emissionsfähigkeit. Durch die Erfindung werden diese Mängel behoben.
Es ist bekannt, auf einen hochschmelzenden Metallkern eine Paste aufzutragen, welche Thoriumoxvd und als reduzierende Metalle Aluminium oder Zink enthält. Bei der Reduktion des Thoriumoxyds bilden sich Oxyde, die bei der Betriebstemperatur der Kathode einen beträchtlichen Dampfdruck haben und beim Verdampfen die Thoriumschicht lockern, so daß sie abblättert und die Lebensdauer der Kathode abgekürzt wird.
Es ist ferner eine Glühkathode bekannt, die aus einem hochschmelzenden Trägermetall und einer Oberflächenschicht aus einem seltenen Erdmetall sowie aus Elementen mit ähnlichem Emissionsverhalten, wie z. B. Zirkon, oder einem Gemisch solcher Elemente besteht. Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit eines solchen Gemisches kann diesem auch noch metallisches Thorium zugesetzt werden. Es ist anzunehmen, daß das Thorium bei der Emissionstemperatur der übrigen Bestandteile der Oberflächenschicht wegen seines hohen Dampfdruckes sehr rasch verdampft, so daß die Emission ausschließlich von dem übrigbleibenden Teil der Oberflächenschicht geliefert werden muß. Es ist schließlich eine Kathode mit einem Erdalkalioxydüberzug bekannt, welcher auf einem Träger aus einer Zirkon enthaltenden Legierung von Nickel oder Kobalt derart aufgebracht ist, daß durch eine Reaktion.des Trägermetalls mit den Erdalkalioxvden eine auchwährend des Betriebes erhalten bleibende Zwischenschicht aus amphoteren Oxyden der Trägermetalle entsteht. Diese Zwischenschicht soll eine Schädigung des Erdalkalioxydüberzuges durch das Kernmetall verhindern und schließt daher auch aus, daß das in der Unterlage vorhandene Zirkon eine Reduktion des Erdalkalimetalloxydes herbeiführt.
Gemäß der Erfindung wird bei einer Thoriumoxyd-Paste-Kathode für elektrische Entladungsgefäße zwischen der Unterlage aus hochschmelzendem Metall, wie Wolfram und Molybdän, und dem Thoriumoxyd-Paste-Überzug' eine Zwischenschicht aus Zirkon oder Titan vorgesehen. Zirkon haftet einerseits gut auf Wolfram oder Molybdän, andererseits scheint es mit dem Thoriumoxyd chemisch zu reagieren und dadurch gleichzeitig die Haftung der Thoriumoxydschicht zu verbessern und emissionsaktives Thorium frei zu machen. Die Verbindungswärme des Zirkons mit dem Sauerstoff ist so groß, daß bereits bei der Betriebstemperatur der Kathode .das Thoriumoxyd zum Teil durch das Zirkon reduziert wird. Es erübrigt sich daher ein Formieren der Kathode durch Erhitzen auf eine höhere Temperatur, bei welcher die Bruchfestigkeit des Trägerdrahtes und die Haftfestigkeit des Überzuges auf der Unterlage abnimmt.
Eine Kathode gemäß der Erfindung wurde beispielsweise auf folgendem Wege hergestellt: Ein Wolfrämdraht von o,2i mm Durchmesser wurde mit einer 5 ,u starken Zirkonschicht dadurch überzogen, daß das Zirkon in einer organischen Aufschlämmflüssigkeit suspendiert und dann durch Tauchen oder Spritzen aufgebracht wurde. Ohne weitere Behandlung dieser Zirkonschicht wurde anschließend durch Aufsprühen oder Eintauchen eine etwa 45 ,u starke Schicht von Thoriumoxyd aufgebracht, das ebenfalls in einem organischen Bindemittel aufgeschlämmt war. Ohne besonders gebrannt worden zu sein, wurde der mit den beiden Schichten versehene Draht als Kathode in eine Röhre eingebaut und dort im Hochvakuum auf etwa 163o° C erhitzt. Bei dieser Temperatur erfolgte bereits ein völliges Festsintern beider Schichten.
Zur Prüfung der Emissionseigenschaften der nach der Erfindung hergestellten Kathode wurden Vergleichskathoden angefertigt, die nur mit Thoriumoxyd-Paste bedeckt waren und keine Zirkonzwischenschicht aufwiesen. Das Thoriumoxydwurde in beiden Fällen dem gleichen Vorratsgefäß entnommen, so daß ein etwa beobachteter Unterschied nicht auf der Verwendung verschiedenen Thoriumoxyds beruhen konnte. Da die Oberflächen der Kathoden im vorliegenden Fall unabhängig von der Anwesenheit einer Zirkonzwischenschicht gleich stark strahlen, können bei gleicher Heizleistung je Quadratzentimeter der Kathodenoberfläche die Emissionswerte unmittelbar verglichen werden.
Dieser Versuch zeigte, daß durch die- Verwendung der Zirkonzwischenschicht die Emission bei sonst gleichen Versuchsbedingungen auf etwa den dreifachen Wert ansteigt. Das Zirkon haftete nach dem Hochheizen des Drahtes so fest sowohl am Thoriumoxyd als auch an der Unterlage, daß bei gewaltsamer Entfernung der Paste ein Teil des Zirkons zusammen mit dem Thoriumoxyd abging, während ein Teil auf dem Draht haftenblieb. Hieraus geht hervor, daß durch diese Zirkonzwischenschicht eine ausgezeichnete elektrische und mechanische Verbindung zwischen dem Trägerdraht und der Thorium-Paste-Schicht herbeigeführt worden ist.
Das Trocknen, Entgasen und Festsintern der Paste sowie das Formieren und Aktivieren der Kathode geschieht innerhalb io bis 15 Minuten auf der Pumpe, also in einer dem üblichen Formieren und Aktivieren kaum vergleichbaren kurzen Zeit. Die Temperatur wird in dieser Zeit von etwa 63o auf 1630° C gesteigert.
An Stelle von Zirkon kann in vielen Fällen auch das ihm verwandte Titan benutzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Thoriumoxyd-Paste-Kathode für elektrische Entladungsgefäße, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Unterlage aus hochschmelzendem Metall, wie Wolfram oder Molybdän, und dem Thoriumoxyd-Paste-Überzug eine Zwischenschicht aus vorzugsweise porösem Zirkon oder Titan angeordnet ist.
2. Verfahren zur Herstellung einer Thoriumoxyd-Paste-Kathode nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Unterlage aus hochschmelzendem Metall Zirkon in einer Aufschlämmung des Metalls in einem organischen Bindemittel aufgebracht, diese Schicht mit Thoriumoxyd-Paste bedeckt und die so hergestellte Kathode innerhalb der Röhre im Hochvakuum auf etwa 163o° C erhitzt wird.