DE941627C

DE941627C - Caesium-Adsorptionskathode mit Wolframunterlage und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE941627C
Application number: DEK19137A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Walter Daellenbach
Original assignee: FKG AG
Current assignee: FKG AG
Priority date: 1952-12-20
Filing date: 1953-08-12
Publication date: 1956-04-12

Description

Cäsium-Adsorptionskathode mit Wolframunterlage und Verfahren zu deren Herstellung Es ist bekannt, als Kathode einer Gasentladung in Cäsiumdampf eine aufgerauhte, insbesondere oxydierte Wolframoberfläche beispielsweise eines Drahtes oder eines Bleches anzuwenden, an welcher eine die Elektronenaustrittsarbeit herabsetzende Schicht von Cäsium adsorbiert wird. Derartige Kathoden haben zwei wesentliche Nachteile.
Einerseits ist Wolfram, insbesondere Wolframblech, ein schwer zu verarbeitendes Material. Es läßt sich weder ziehen noch drücken. Sowohl das Schweißen als auch das Löten von Wolfram sind schwierig. Bei der wirtschaftlichen Herstellung größerer, indirekt beheizter Äquipotentialkathoden wäre man daher durch die Verwendung von Wolfram äußerst behindert.
Geht man anderseits bei der Herstellung einer aufgerauhten, insbesondere oxydierten Wolframoberfläche als Kathode von einem Wolframhalbfabrikat, wie z. B.. Draht oder Blech, aus, so ist das Korn der aufgerauhten Oberfläche insofern durch das Korn des Ausgangsmaterials bestimmt, als durch. die für die Aufrauhung erforderlichen Operationen, wie Oxydieren, Reduzieren und Tempern, das Korn wohl rekristallisiert, also vergröbert, nicht aber verfeinert werden kann. Da für die Emission der Kathode ein feines Korn günstig ist und die Wolframhalbfabrikate dieser Bedingung oft nicht genügen, ist es ein Nachteil, an Wolframdraht oder -.blech als Ausgangsmaterial gebunden zu sein.
Diese beiden Nachteile sind bei der den Gegenstand vorliegender Erfindung bildenden Cäsium-Adsorptionskathode mit Wolframunterlage vermieden, bei der erfindungsgemäß eine Metallunter-Lage eine emittierende Schicht von Wolframschwamm trägt, in welcher Cäsium eingelagert ist.
Das .erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer derartigen Kathode besteht darin, daß auf die zur Emission bestimmte Oberfläche der Kathode eine Schicht von mindestens einer Wolframverbindung aufgebracht und diese Schicht hierauf zu Wolfram reduziert wird. .
'Die Kathode kann aus irgendeinem Metall hergestellt werden, beispielsweise aus Wolfram oder Molybdän, vorzugsweise aber aus einem tiefziehfähigen, leicht schweißbaren Metall, wie Nickel oder Eisen, oder aus einer der in der Vakuum= technik zu verschiedenen Zwecken angewendeten Legierungen.
Auf -die zur Emission bestimmte Oberfläche der mehr oder weniger verarbeiteten Kathode kann nun eine Schicht eines Wolframoxydes, beispielsweise eine Schicht von Wolframtrioxyd WO, aufgebracht werden. An Stelle von Wolframtrioxyd eignen sich auch die schwerer -erhältlichen, aber ebenfalls stabilen Suboxyde W02 und W4 O11.
Besonders praktisch ist, eine wasserunlösliche Wolframverbindüng, z. B. Wolframtrioxyd, in einer Lösung einer wasserlöslichen -Wolframverbindung, z. B. Ammoniumwolframat (NH4)2W041 zu suspendieren und die Oberfläche der Kathode in diese Suspension zu tauchen oder mit. derselben zu bespritzen. Beim 'Eintrocknen der Suspension durch gelindes Erwärmen der. Oberfläche der Kathode bildet sich zunächst eine-Sthicht von Wolframtrioxydkörnern; die durch Brücken dies auskristallisierten Ammoniumwolframats etwas zusammengehalten werden. Erhitzt man höher, etwa auf q.00° C, so dissoziiert das Wolframat zu 2 NH3 --f- H20 '.-I-- WO.. Dieses letztere Zerfallsprodukt bewirkt in statu nascendi eine -chemische Sinterung zwischen den Wolframtrioxyd" körnern der- Suspension, so d@aß eine wischfeste keramische chicht von reinem WO, entsteht, vorausgesetzt allerdings, daß das Mischungsverhältnis von WO, : (NH4)2W04 günstig gewählt wird. Mit einem Mischungsverhältnis von 5 : i können gute Resultate erzielt werden.
Eine derartige wischfeste Schicht hat, wie ohne weiteres einleuchtet, große. Vorteile bei .der Endmontage und beim Einbau der Kathode in das Entladungsgefäß, das z. B. ein Cäjsiumdampfgleichrichter sein kann. Nach der Endmontage des Entladungsgefäßes, vorzugsweise nach dem Aufsetzen auf die Pumpe, wird sodann die Wolframtrioxydschicht zu Wolfram reduziert. Dies kann durch Erhitzen in einer Alkal.imetalld'ampf-Atmosphäre odereinfach durch Erhitzen in Wasserstoff geschehen. _ Auf diese Weise erhält man auf der Metallunterlage eine Schicht von Wolframschwamm, die sich in ausgezeichneter Weise für die Adsorption von Cäsium - und insbesondere als Glühkathode in einer Atmosphäre von Cäsiumdampf eignet, und zwar um so besser, je feinkörniger die Schicht ist. Um eine möglichst feinkörnige Schicht zu erhalten, genügt es, die in der Literatur über die Darstellung von feinkörnigem Wolframpulver aus Wolframtrioxyd angegebenen Regeln zu beachten, nämlich: 'Bereits das suspendierte Wolframtrioxyd: niuß möglichst feinkörnig, also in der Kugelmühle möglichst fein gemahlen sein. Korngrößen von io,y und weniger bis unter i ,u geben gute Resultate.
Die Reduktion ist mittels trockenen Wasserstoffs vorzunehmen. Irgendwie vorhandener Wasserdampf würde. bei der Reduktion das Kornwachstum begünstigen und somit schädlich wirken.
Die- Reduktion ist bei niedriger Temperatur durchzuführen. Bereits bei einer Reduktionstemperatur von iooo° C lassen sich durchaus befriedigende Resultate erzielen. Ein besonders feines Korn ohne praktisch unzulässig lange Behandlungszeit ist erreichbar, wenn bei einer Temperatur unterhalb iöoo° C, insbesondere unterhalb 8oö°' C, reduziert wird. Bei einer derart niedrigen Reduktionstemperatur kann ein Wolframschwamm mit einer Korngröße von etwa o,5,u erhalten werden.
Das Verfahren zur Herstellung der wischfesten keramischen Schicht aus Wolframtrioxyd ist ähnlich demjenigen zur Herstellung von Barium-Paste-Kathoden, die für die Endmontage, also vor der letzten Formation, ebenfalls wischfest sein müssen. Das Herstellungsprinzip bestehst darin, ein hitzebeständiges Magerungsmittel, hier W 02, mit einem Stoff, hier (NH4)2W04,' im richtigen Verhältnis zu mischen, -der beim Erhitzen dissoziiert und ein Produkt in statu nascendi liefert, welches durch chemische Sinterung das Magerungsmittel zu einem keramischen Körper bindet.
Es ist somit klar, daß an Stelle des Wolframtrioxydes, vor allem aber an Stelle des Ammoniumwolframateis auch andere Wolframverbindungen, beispielsweise das Wolframazetat oder Wolframformiat, gewählt werden könnten, obschon mit den oben angegebenen Stoffen sehr-günstige Resultate erzielt werden- können.
Die Adsortion des Cäsiums am Wolframschwamm wird verbessert durch die Anwendung von Sauerstoff. Zu diesem Zweck genügt es, vor dem Einführen des. Cäsiums'denWolframschwamm kurze Zeit und ohne. ihn zu erwärmen Luft .oder Sauerstoff auszusetzen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Cäsium-Adsorptionskathode auf Wolframunterlage, dadurch gekennzeichnet, daß eine Metallunterlage eine emittierende Schicht von '- Wolframschwamm trägt, in welchem Cäsium eingelagert ist.
2. Verfahren zur Herstellung einer Cäsium-Adsorptiornskathode -mit Wolframunterlage nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zur Emission bestimmte Oberfläche der Kathode eine Schicht von mindestens einer Wolframverbindung aufgebracht und diese Schicht hierauf zu Wolfram reduziert wird:
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dafr die emittierende Schicht auf eine Oberfläche von Molybdän aufgebracht wird.
4. Verfahren- nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, -daß die emittierende Schicht auf eine Oberfläche von Nickel aufgebracht wird.
5. Verfahren nach Anspruch?" dadurch gekennzeichnet, daß auf die zur Emission bestimmte Oberfläche eine Schicht von Wolframtrioxyd aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die zur Emission hestimmte Oberfläche eine Suspension einer wasserunlöslichen Wolframverbindung in der Lösung einer wasserlöslichen Wolframverbindung aufgebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche in die Suspension getaucht wird. B.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension auf die Oberfläche aufgespritzt wird. g.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet; daß als wasserunlösliche Verbindung Wolframtrioxyd und als wasserlösliche Verbindung Ammoniumwolframat verwendet werdet,. ro.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um eine feinkörnige Suspension 'handelt. i i.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, -d-aß mit Wasserstoff reduziert wird.
12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Alkalimetall reduziert wird. 13. .
Verfahren nach Anspruch 2; dadurch gekennzeichnet, .daß bei einer Temperatur unter rooo° C reduziert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur unter 8oo° C reduziert wird. Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 489 891, 2 6oo 2q.6.