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Verfahren zur Schwärzung von Elektroden Um bei Elektronenröhren die
Verlustleistung zu erhöhen, bedient man sich häufig des Mittels der Schwärzung der
Elektrodenoberfläche. Insbesondere bei Anoden wird häufig von diesem Mittel Gebrauch
gemacht. Eine an ihrer freien Oberfläche geschwärzte Elektrode kann die Wärme besser
nach außen abstrahlen und daher bei gleicher Dimension bedeutend höher belastet
werden als eine ungeschwärzte Elektrode.
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Die Herstellung festhaftender und dauerhafter schwarzer Elektrodenbeläge
macht jedoch große Schwierigkeiten, und man hat daher eine ganze Reihe von Verfahren
entwickelt, welche zu diesem Zweck dienen. Allen den bekannten Verfahren haften
jedoch gewisse Nachteile an. So ist es beispielsweise bekannt, die Oberfläche der
Elektrode mit einem dünnen Belag aus Kohlenstoff zu überziehen, etwa indem man Ruß
aus einer Flamme auf die Elektrode niederschlägt, Kohlenwasserstoff oder organische
Substanzen thermisch zersetzt bzw. Kohle mechanisch aufträgt. Die in dieser Art
hergestellten Überzüge besitzen jedoch eine verhältnismäßig geringe Haftfestigkeit.
Für Hochspannungsröhren empfiehlt sich die Schwärzung durch Kohle nicht, da infolge
der hier auftretenden hohen Elektronengeschwindigkeit beachtliche lokale Überhitzungen
auftreten, durch die die letzten Spuren einer adsorbierten Gashaut frei gemacht
werden und das Vakuum verschlechtern. Bekanntlich neigt außerdem Kohlenstoff in
besonderem Maße dazu,
dünne Gasschichten äußerst fest zu adsorbieren.
Zur Beseitigung solcher, in mehr oder minder starkem Maße auch an anderen Stoffen
auftretenden Adsorptionsschichten wäre eine Vorentgasung der geschwärzten Elektroden
'im Wasserstoffstrom zweckmäßig. Bei bekohlten Elektroden ist eine solche jedoch
nicht zulässig, da der Kohlenstoff als Kohlenwasserstoff flüchtig geht. Auf alle
Fälle muß die Bildung von Kohlenwasserstoffen streng vermieden werden, weshalb die
Vorentgasung der Elektrode nicht im Wasserstoffofen, sondern im Hochvakuumofen stattfinden
muß. Bei Bildung von Überzügen durch Zersetzung müssen bestimmte Bedingungen eingehalten
werden, so eine bestimmte Temperatur wie auch eine bestimmte Form der Oberfläche,
da sonst Glanzkohlenstoff von geringer Abstrahlfäh:igkeit entsteht, wenn die Temperatur
zu hoch ist. Ist sie zu niedrig, entstehen schlecht haftende Niederschläge.
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Ein anderes bekanntes Verfahren, welches in der Bildung eines Karbids
an der Oberfläche der Elektrode besteht, besitzt den Nachteil, daß die Karbidisierung
bei den in Frage kommenden Temperaturen oft sehr schnell verläuft, so daß das Verfahren
nur sehr kurze Zeit angewendet werden darf, da sonst die Gefahr einer Schwächung
der Elektrode durch die Bildung einer zu dicken Schicht von geringerer Festigkeit
besteht. Die Durchführung des bekannten Verfahrens kann in der Weise geschehen,
daß elementarer Kohlenstoff oder vorzugsweise Kohlenstoffverbindungen gemeinsam
mit Tantalmetall auf die Oberfläche der betreffenden Elektrode aufgebracht, in einem
Sintervorgang in Tantalkarbid übergeführt und als solches an der Elektrodenoberfläche
festgesintert werden. Bei der elektrochemischen Erzeugung von Metallschwamm, welche
ebenfalls angewendet wird, kann es leicht vorkommen, daß bei höheren Temperaturen,
insbesondere im Hochvakuum die Schichten zusammensintern und aufhellen. Auch das
Auftragen von Metalloxyden auf die Elektrode ist nicht sehr günstig, da Oxyde in
Röhren unerwünscht sind.
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Die Erfindung betrifft nun eine neue Methode zur Bildung von schwarzen
Überzügen auf Metalloberflächen, welcher die beschriebenen Nachteile der bekannten
Verfahren nicht anhaften. Dies wird bei einem Verfahren zur Schwärzung von Elektroden
für Elektronenröhren dadurch erreicht, daß nach der Erfindung auf die Elektrodenoberfläche
ein Metallpulver sowie ein schwärzendes Karbid aufgebracht wird und daß das Karbid
durch Sintern des Metallpulvers fest mit der Elektrodenoberfläche verbunden wird,
wobei die beiden Stoffe entweder einzeln oder zusammen auf der Elektrodenoberfläche
festgesintert werden. Auf diese Weise gelingt es, auch solche Stoffe zu verwenden,
die sonst auf keine andere Weise festhaftend auf ein Elektrodenmaterial aufgebracht
werden können. Schwarze Metallkarbide (z. B. Wolframkarbid, Borkarbid, Tantalkarbid
usw.) zeigen selbst bei kleinen Teilchendurchmessern Sinterpunkte, die oberhalb
der Schmelztemperatur des Elektrodenmaterials (z. B. Fe, Ni) liegen. Das Auftragen
des schwärzenden Mittels kann auf folgende Weise erfolgen a) Man trägt zunächst
das Sintermaterial auf die Elektrode auf, das mit einem Binder (z. B. organischem
Lack) versetzt ist. Auf diese noch ungesinterte Schicht wird alsdann das schwärzende
Material (Karbid) in dünner, gerade lückenlos bedeckender Schicht gegeben.
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b) Weiterhin kann man das Haftmaterial zunächst fest aufsintern -
was für sich werfende Materialien von Bedeutung ist- und dann in einem zweiten Sintergang
das Schwärzungsmittel (Karbid) einbetten.
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c) Man kann andererseits auch das Sintermaterial dem schwärzenden
Karbid beigeben und beides als Gemenge auftragen. Auf diese Weise entstehen äußerst
temperaturbeständige und festhaftende schwarze Überzüge auf den Oberflächen, welche
sich durch eine gute Abstrahlfähigkeit auszeichnen. Das ungewöhnlich feste Haften
der Schicht ist offenbar besonders auf die Anwesenheit des fest auf die Oberfläche
aufgesinterten Metallpulvers zurückzuführen.
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Das als Sintermaterial dienende Metallpulver kann aus verschiedenen
Stoffen bestehen, beispielsweise kann man Eisenpulver verwenden, welches vorzugsweise
aus Karbonyleisen gebildet wird. Mit gleichem Erfolg läßt sich pulverisiertes, beispielsweise
nach dem Karbonylverfahren hergestelltes Nickel verwenden. Als schwärzende Karbide,
welche auf die Metallpulverschicht aufgetragen werden oder mit dem Metallpulver
vermischt werden, eignen sich, wie bereits erwähnt, besonders gut Wolframkarbide
und Borkarbide.
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Das Verfahren nach der Erfindung soll an Hand eines Beispiels eingehender
beschrieben werden. Auf der Oberfläche der Elektrode wird eine Aufschlämmung von
Eisenpulver aufgebracht, welche etwa 9o Volumprozent pulverisiertes Eisen, g Volumprozent
Alkohol und z'°/u Schellack (Bindemittel) enthält. Die durch diesen Auftrag gebildete
Schicht wird getrocknet und alsdann bis auf den Sinterpunkt erhitzt. Die Sinterungstemperatur
ist hauptsächlich davon abhängig, wie die Korngröße des Metallpulvers gewählt wird.
Bei größerer Korngröße liegt die Sinterungstemperatur höher, bei geringerer Korngröße
tiefer. Beim Vorerhitzen verflüchtigt sich der Alkohol, die sonstigen unerwünschten
Bestandteile des Auftrages zersetzen sich, und es bleibt ein festhaftender Überzug
des Metallpulvers (Eisenpulvers) auf der Elektrodenoberfläche. Sodann wird ein Gemenge
von Borkarbid mit einem zersetzlichen Binder aufgetragen und die ganze Schicht nochmals
einem Sinterungsprozeß unterworfen, durch welchen die schwarze Schicht festhaftend
eingebrannt wird. Das Ansintern wird zweckmäßig in einer Atmosphäre vorgenommen,
die mit den Komponenten des Karbids bei höherer Temperatur nicht reagiert. Natürlich
kann man das Sintern auch im Vakuum vornehmen.
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Das beschriebene Verfahren eignet sich für Elektroden aus verschiedensten
Metallen. Von besonderem Vorteil ist es für Eisenelektroden, bei
welchen
es bisher nur schwer gelang, festhaftende schwarze Überzüge herzustellen. Der technische
Fortschritt des Verfahrens nach der Erfindung besteht gegenüber anderen bekannten
Verfahren darin, daß der insbesondere bei Tantal sehr heikle Prozeß der Karbidbildung
nicht erst auf der zu schwärzenden Elektrode, sondern bereits vorher in einem gesonderten
Arbeitsgang vorgenommen wird, so daß keine Karburierungsgefahr des Grundmetalls
besteht und außerdem bei der Durchführung des Verfahrens eine gewisse Variationsmöglichkeit
hinsichtlich Temperatur und Operationsdauer erreicht wird.