DE933659C

DE933659C - Verfahren zum Herstellen von poroesen nichtmetallischen Sintermassen

Info

Publication number: DE933659C
Application number: DES25276A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Rer Nat Neldel
Original assignee: Sueddeutsche Telefon Apparate Kabel und Drahtwerke AG TEKADE
Current assignee: Sueddeutsche Telefon Apparate Kabel und Drahtwerke AG TEKADE
Priority date: 1951-10-21
Filing date: 1951-10-21
Publication date: 1955-10-13

Description

Verfahren zum Herstellen von porösen nichtmetallischen Sintermassen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von porösen nichtmetallischen Sintermassen mit beliebig wählbarem Porenvolumen bzw. zum Aufbringen von Schichten solcher Sintermassen auf ein Trägermetall. Dieses Verfahren ist überall da anzuwenden, wo Isolierformteile oder Überzüge mit bestimmten Porenvolumen aus feinkörnigem Ausgangsmaterial hergestellt werden. Das Verfahren ist insbesondere bei der Fertigung von Hochvolt-Heizelementen für indirekt geheizte Kathoden anzuwenden und soll auch an Hand dieses Anwendungsbeispiels näher beschrieben werden.
Das Wesen der indirekt geheizten Kathode besteht darin, daß der Emissionsträger, d. h. die eigentliche Kathode, und das Heizelement getrennt sind und getrennt gefertigt werden. Bei modernen Kathoden dieser Art besteht das Heizelement aus dem Heizdraht und aus einer auf diesen aufgebrachten und aufgesinterten Isolierschicht. Der Heizdraht ist beispielsweise als Kehr- oder Bifilarwendel ausgebildet, die insbesondere bei Nochvolt-Heizelementen (für Betriebsspannungen bis zu roo V und mehr) selbst wieder aus einem gewendelten Draht aus Wolfram oder einer Wolframlegierung gefertigt ist. Diese sogenannte Kehrdoppelwendel wird mit Hilfe zweier Dorndrähte hergestellt, die nach der Sinterung der Isolierschicht durch geeignete Säuren wieder herausgelöst werden. Als Dorndraht dient meistens Molybdändraht, der sich beispielsweise mittels Salpetersäure leicht herausätzen läßt. Für die Isolierschicht wird ein Werkstoff benutzt, der bei der Betriebstemperatur des Heizelementes eine hohe Isolation zwischen Heizdraht und Kathodenschicht gewährleistet. Dazu dient bei modernen Kathoden meistens Aluminiumoxyd in reiner Form oder mit geringen Zusätzen, z. B. von Berylliumoxyd. Diese Masse wird in geeigneter Form auf die Heizdrahtwendel aufgespritzt oder etwa kataphoretisch aufgetragen und dann gesintert.
Von der Isolierschicht des Heizelementes sind im wesentlichen gute Isolation und gute Haftfestigkeit auf dem Heizdraht zu fordern; dabei darf der Wolframdraht selbst nicht angegriffen werden und etwa-seine Duktilität einbüßen. Für die Güte der Isolation ist neben der Reinheit erfahrungsgemäß auch die Korngröße des Aluminiumoxyds wichtig: Es hat sich nämlich gezeigt, daß - reines Aluminiumoxyd mit guten Isolationseigenschaften vorausgesetzt - die Forderungen nach guter Haftfestigkeit der Isolierschicht einerseits und guter Duktilität des Wolframdrahtes andererseits praktisch nicht zu vereinigen sind. Aluminiumoxyd großer Korngröße ergibt wohl weiche Schichten, die nachgeben, wenn der Draht gebogen wird oder sonstwie während des Betriebes seine Form ändert, die sich aber leicht abschaben und somit zu Kurzschlüssen mit dem Emissionsschichtträger führen. Kleine Korngrößen. andererseits ergeben wohl fest haftende Schichten, die aber so hart sind, daß der Heizdraht nicht mehr duktil bleibt und etwa beim Arbeiten während der Temperaturbeanspruchung direkt abgeschert wird; abgesehen davon besteht bei sehr fest haftenden Schichten und bei den hohen Betriebstemperaturen die Gefahr eines chemischen Angriffs auf den Draht. Irgendwelche Zusätze zur Isolierpaste, die den Zweck haben, etwa ihre Haftfestigkeit zu verbessern, bringen daneben meist eine Verschlechterung der Isolation mit sich. Im Hinblick auf den Isolationswiderstand allein wäre also reines Aluminiumoxyd mit großem Porenvolumen am günstigsten.
Um nun ein frei wählbares, insbesondere ein großes Porenvolumen der Sintermasse bzw. eine günstige Abstandshalterung der Isolierschicht von der Heizwendel zu erhalten, ohne daß Isolierfähigkeit, Haftfestigkeit und Duktilität des Heizdrahtes gefährdet werden, wird gemäß der Erfindung vor dem Sintern der Sintermasse ein Material beigemischt bzw. auf die Heizwendel ein Material aufgebracht, das eine beim Sintern gute thermische Beständigkeit besitzt und das nach dem Sintern ohne Angriff der Sintermasse selbst oder des Heizdrahtes durch chemisches Lösen oder auf andere geeignete Weise wieder entfernt wird. Als geeignetes Abstandsmaterial wird beispielsweise feines Molybdänpulver benutzt, dasselbe Material also, das auch als Dorndraht dient und das sich etwa durch Salpetersäure leicht wieder entfernen läßt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich nun bei der Fertigung von Heizelementen für indirekt geheizte Kathoden auf verschiedene Weise anwenden. Man kann z. B. vor dem Aufbringen der Isolierpaste auf die Wolframwendel, die zunächst ihren Dorndraht noch enthält, eine dünne Schicht von Molybdänpulver aufbringen. Nach Odem Sintern wird dann das Molybdän herausgelöst, so daß sich der Heizdraht völlig frei beweglich in einem Isolierkörper aus beispielsweise sehr festem, dichtem Aluminiumoxyd befindet. Es besteht somit keine Gefahr mehr, daß während des Betriebes, da Wolfram und Aluminiumoxyd verschiedene .Ausdehnungskoeffizienten besitzen, der Wolframdraht beim Arbeiten durch die harte Isolierschicht zerrissen oder sonstwie beschädigt werden kann. Es besteht aber auch nicht mehr die Gefahr, däß sich diese Isolierschicht leicht vom Heizelement der Kathode abschabt. Dieses Verfahren zur Abstandshalterung kann etwa auch in folgender Weise ausgebildet werden: Mit dem Wolframdraht zusammen wird gleichlaufend ein Molybdändraht auf den Dorndraht aufgewendelt. Nach dem Sintern der Isolierschicht wird das Molybdän herausgelöst, so daß innerhalb der Isoliermasse kleine Rippen verbleiben, die die Wolframwendel in ihrer Lage fixieren und trotzdem nur kleine, ungefährliche Berührungsflächen bieten.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird das Molybdänpulver in bestimmtem Verhältnis der Sintermasse beigemischt, so daß nach dem Herauslösen des Molybdäns eine Sinterschicht mit beliebig wählbarem Porenvolumen verbleibt. Es wird damit auf einfache Weise erreicht, was früher schlecht möglich war, nämlich eine poröse Sinterschicht aus sehr feinkörnigem Material, d. h., die Vorteile eines großen Porenvolumens hinsichtlich des Isolierwiderstandes sind mit denen eines feinkörnigen Materials hinsichtlich der Haftfestigkeit vereinigt. Die Beimischung von Molybdänpulver kann auch in der Weise vorgenommen werden, daß auf den Heizdraht nacheinander mehrere dünne Schichten von Isolierpaste mit verschieden starken Molybdänpulver-Beimengungen aufgebracht werden, so daß nach dem Sintern und Herauslösen Schichten mit verschieden großem Porenvolumen verbleiben. Insbesondere wird es zweckmäßig sein, das Porenvolumen von innen nach außen abnehmen zu lassen, um- den Vorteil guter Isolation mit dem guter Festigkeit der Isolierschicht zu vereinigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die Verwendung von Molybdän als Abstands- oder Beimischungsmaterial beschränkt, sondern es können alle chemischen Stoffe benutzt werden, die beim Sintern thermisch beständig sind und sich nachträglich mittels entsprechender chemischer Lösungsmittel herauslösen lassen. Ebensowenig ist die Anwendung des Verfahrens auf die Fertigung von Kathoden für Elektronenröhren beschränkt, sondern es läßt sich sinngemäß überall da anwenden, wo Isolierformteile, Überzüge oder- andere Sinterstoffe mit bestimmten Porenvolumen, guter elektrischer Isolation und mechanischer Festigkeit aus feinkörnigem Ausgangsmaterial allein oder in Verbindung mit Metall benötigt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zum Herstellen von nichtmetallischen Sintermassen beliebigen Porenvolumens und/oder zum Aufbringen von nichtmetallischen Sintermassen auf ein Trägermetall, insbesondere zur Verwendung bei der Fertigung von Heizelementen für indirekt geheizte Kathoden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung eines gewünschten Porenvolumens innerhalb der Sintermasse und/oder zur Abstandshalterung der Sintermasse von einem Trägermetall ein Material von beim Sintern guter thermischer Beständigkeit benutzt wird, das vor dem Sintern der Masse beigemischt und/oder auf den Träger aufgetragen und nach dem Sintern ohne Angriff der Sintermasse und des Trägermetalls durch chemisches Lösen oder auf andere geeignete Weise entfernt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsmaterial vor dem Aufbringen der Isolierschicht pulverförmig in dünner Schicht auf die Heizdrahtwendel aufgebracht und nach dem Sintern der Isolierschicht zusammen mit dem Dorndraht herausgelöst wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandsmaterial in Drahtform zusammen und gleichlaufend mit dem Heizdraht auf den Dorndraht aufgewendelt und mit diesem zusammen nach dem Sintern der Isolierschicht herausgelöst wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Isolierschicht eine sinterfähige Masse mit schichtweise von innen nach außen abnehmendem Gehalt an Abstandsmaterial benutzt wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandsmaterial Molybdän dient. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 56:1457 und 737 7i3; USA.-Patentschrift 2 q.62 o45.