DE973336C - Kathode fuer elektrische Entladungsroehren mit einem Vorrat an Erdalkalimetallverbindungen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 28. JANUAR 1960

N 6998 VIII c 12ig

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathode für elektrische Entladungsröhren, die mit einer abgeschlossenen Höhlung versehen ist, welche einen Vorrat an Erdalkalimetallverbindungen enthält und bei der wenigstens ein Teil der Wand der Höhlung aus einem porösen, auf hoher Temperatur gesinterten oder unter hohem Druck gepreßten Körper aus einem der hochschmelzenden Metalle Wolfram, Molybdän, Tantal oder Niob besteht.

Bei den bekannten Röhren besteht der Vorrat an Erdalkalimetallverbindungeni aus Bariumoacyd oder BariumSitrontiumoxydi. Diese Oxyde sind' durch Zersetzung der betreffenden Karbonate erhalten.

Die Erzeugung von Oxyden aus Karbonaten hat den Nachteil, daß bei der Herstellung der Röhre die Zersetzung der Karbonate und somit die Entgasung der Kathode eine verhältnismäßig lange Zeit beansprucht. Dies trifft insbesondere zu, wenn

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die Porosität des hochschmelzenden Metalls gering gewählt ist, um die Verdampfung des Erdalkalimetalls zu beschränken. Das erzeugte Kohlendioxyd ist diesem Falle schwer aus der Höhlung abzuführen. Erhöhung der Temperatur, bei der die Karbonate zersetzt werden, ist nicht möglich, da in diesem Fall das Kohlendioxyd das hochschmelzende Metall oxydieren kann. Auf diese Weise wird die Brauchbarkeit der Kathode verringert. ίο Bei den bekannten Anordnungen mit Vorräten in der Höhlung vergeht außerdem nach der Entgasung der Kathode verhältnismäßig viel Zeit, bevor die Emission ihren üblichen hohen Wert erreicht hat, wobei aus anderen. Einzelteilen, frei werdendes Gas is in der Röhre die Emission während des Pumpvorgangs leicht verringern kann, wonach die Wiederherstellung nur verhältnismäßig langsam vor sich gehen kann.

Kathoden vorerwähnter Art sollen mit einer derartigen Füllung der verschlossenen Höhlung versehen werden, daß nur noch wenig Gas frei wird und innerhalb möglichst kurzer Zeit, ohne daß dabei das poröse Metall angegriffen wird, wobei die Emission der Kathode schnell einen hohen Wert erreicht. Es soll auch keine unerwünschte Verdampfung von Erdalkalimetall auftreten. Die Kathoden eignen sich dann für Verwendung in Röhren, die in Pump- und Abschmelzmaschinen hergestellt werden.

Die Erfindung bezweckt, eine Röhre zu schaffen:, deren Kathode die vorerwähnten Anforderungen erfüllt.

Bei einer Kathode für elektrische Entladungsröhren, die mit einer abgeschlossenen Höhlung versehen ist, welche einen Vorrat von Erdalkalimetallverbindungen enthält und bei der wenigstens ein Teil der Wand der Höhlung aus einem porösen, auf hoher Temperatur gesinterten oder unter hohem Druck gepreßten Körper aus einem der hochschmelzenden Metalle Wolfram, Molybdän, Tantal oder Niob besteht, besteht gemäß der Erfindung der Vorrat an Erdalkalimetallverbindungen aus mindestens einem Erdalkalimetalloxyd zusammen mit säurebildenden Oxyden, wie Berylliumoxyd, Zirkonoxyd, Titanoxyd, Siliciumoxyd, Aluminiumoxyd und Zinkoxyd, jedoch in geringerer Menge in bezug auf diese säurebildenden Oxyde und in einem solchen Verhältnis, daß auch bei der höchsten Temperatur kein Schmelzen auftritt, wobei außerdem eine kleine Menge Bor, Borcarbid, Kohlenstoff, Siliciumcarbid, ein Metallcarbid oder ein Metallborid vorhanden ist.

Die zugefügten Oxyde verhindern, daß das Bariumoxyd durch die Atmosphäre angegriffen wird; man kann so auf die Verwendung von Karbonaten verzichten, die relativ viel Gas abgeben.

Vorzugsweise ist der nichtoxydische Zusatz in Form loser, grober Körner neben der Masse der oxydischen Verbindungen vorhanden. Die beiden Arten in der Höhlung vorhandener Verbindungen oder Elemente können jedoch auch innig gemischt werden.

Letzteres ist vollkommen abhängig von der bestimmten Kombination oxydischer und nichtoxydischer Verbindungen oder Elemente und. von dem Maße, in dem sie unter Bildung freien Bariums miteinander reagieren. Sogar dann, wenn der nichtoxydische Zusatz aus Bor oder einem Metallborid besteht, ist es möglich, ihn in einer — von der Emissionsfläche der Kathode her gesehen — unterhalb des Vorrats oxydischer Verbindungen liegenden Höhlung unterzubringen, die nur durch eine poröse, hochschmelzende Metallwand mit der die Oxydverbindungen enthaltenden verschlossenen Höhlung verbunden ist.

Es ist empfehlenswert, die Oxyde, insbesondere wenn der nichtoxydische Zusatz lose zugesetzt wird, derart zu präparieren, daß die Masse körnig ist. Die Verbindung der Erdalkalioxyde mit den säurebildenden Oxyden darf auch nicht während des Präparierens oder während des Betriebs der Kathode schmelzen oder schädliche Verdampfungsprodukte entwickeln.

Wenn das Erdalkalimetalloxyd in einer Menge vorhanden ist, die größer ist als erforderlich, um mit dem säurebildenden Oxyd eine bestimmte Verbindung zu bilden, wird auch freies Barium erzeugt durch die Reaktion der Wand der Höhlung mit dem überschüssigen Erdalkalioxyd; diese _go Reaktion soll jedoch hier vermieden werden.

Kathoden, die in der abgeschlossenen Höhlung mit einer Füllung nach der Erfindung versehen sind, haben die vorteilhafte Eigenschaft, daß, wenn die Emission infolge Ionenbombardement beim Entlüften und Entgasen der Röhre verringert ist. diese sehr schnell den ursprünglichen Wert erreicht.

Auf diese Weise konnte bei einer bestimmten Röhre die Entlüftungszeit von 5 auf 2 Stunden herabgesetzt werden.

Röhren, die nur einfache, leicht entgasbare Elektroden enthalten, können auf ähnliche schnelle Weise behandelt werden wie Röhren mit einer Oxydkathode, da das Entgasen der Kathode maximal 2 Minuten beansprucht, wonach auch innerhalb 2 Minuten eine angemessene Emission erzielt wird.

Die Erfindung wird an Hand folgender Beispiele näher erläutert.

Bor selbst als Zusatz zu einer Füllung von Erdalkalioxyden und säurebildenden Oxyden wirkt sich, vorzüglich, aus, und die Verdampfung von: Erdalkalimetall aus einer solchen Kathode ist meist geringer, als wenn die Höhlung ausschließlich mit n₅ Erdalkilametalloxyden gefüllt ist. Reines Bor, das z. B. aus gasförmigen Borhalogenverbindungen erzielt werden kann, ergibt sehr gute Resultate, wenn ¹U mg dieses Stoffes zu 2 mg eines Gemisches aus ι Teil BaO mit 3 bis 4 BeO zugesetzt wird. Wird zu wenig BeO verwendet, so tritt Schmelzung auf.

Wenn anstatt des Bariumberyllats Bariumzinkat mit 1 oder 2 Teilen Zinkoxyd zu 1 Teil Bariumoxyd verwendet wird, so ergeben sich auch gute Resultate. 1 Teil Bariumoxyd zu 3 Teilen

Zinkoxyd ergibt Zinkverdampfung. Auch mit Bariumtitanat und Bariumaluminat waren die Resultate zufriedenstellend. Auch Bariumzirkonat und Bariumsilikat mit reinem Bor ergeben annähernd gleiche Resultate.

Bei einer Füllung aus Bariumberyllat der vorgenannten Zusammensetzung ergaben sich noch Resultate mit den folgenden Metallboriden:

Titanborid Ti B₂; nach einer anfangs sehr hohen ίο Emission sinkt sie herab, aber bleibt weiter gut konstant auf einem angemessenen Wert;

UranboridUB₄ hat eine weniger gute Wirkung als Titanborid, hat aber eine brauchbare Emission;

Manganborid, MnB₂ ist brauchbar; Magnesiumborid Mg₃ B₄ hat eine angemessene Emission, aber eine verhältnismäßig starke Metallverdampfung, d. h. des Magnesiums;

Bariumborid BaB₆ ergibt eine starke Bariumverdampfung aus dem Borid selbst; ao Magnesium- und Bariumborid sind also bei hohen Kathodentemperaturen weniger brauchbar;

Cerborid CeB₆ ist gut brauchbar, sowohl hinsichtlich der Emission als audh in bezug auf die B ar i um verdampf ung;

Aluminiumborid AlB₁₂ ergibt brauchbare Resultate;

Ghromborid Cr₃ B₂ ergibt verhältnismäßig mäßige Resultate;

Thoriumborid ThB₆ und Strontiumbor id SrB₆ ergeben gute Resultate, wenn auch die Bariumverdampfung beim ersteren auf die Dauer verhältnismäßig stark ist;

Zirkonborid Zr₃B₄ weist anfangs eine Verringerung der Emission auf; diese ist weiter aber konstan.t;

Lanthanborid LaB₆ ergibt gute Resultate;

Borcarbid B₄ C ergibt sehr gute Resultate infolge geringer Bariumverdampfung, hoher Emission und langer Lebensdauer.

Wird zu Bariumberyllat der vorerwähnten'Zusammensetzung und. in einer Menge von 2 mg 0,3 mg Kohlenpulver zugesetzt, so ergibt sich eine gute Emission, die jedoch verhältnismäßig schnell herabsinkt, jedoch ohne wesentliche Bariumverdampfung.

Siliciumcarbid SiC ergibt eine gute Emission und, geringe Bari um verdampf ung.

Die Metallcarbide von Titan, Calcium, Lanthan, Wolfram, Tantal, Nickel, Mangan, Thorium und Chrom ergaben alle gute Ergebnisse.

Zum Erzielen schneller Resultate sind¹ die Versuche bei Temperaturen von 1050 bis 1100⁰ C angestellt werden. Beim Normalbetrieb sind die Temperaturen gewöhnlich niedriger, so daß die Lebensdauer vergrößert und die Metallverdampfung geringer wird.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Kathode für elektrische Entladungsröhren, die mit einer abgeschlossenen Höhlung versehen ist, welche einen Vorrat an Erdalkalimetallverbindungen enthält und bei der wenigstens ein Teil der Wand der Höhlung aus einem porösen, auf hoher Temperatur gesinterten oder unter hohem Druck gepreßten Körper aus einem der hochschmelzenden Metalle Wolfram, Molybdän, Tantal oder Niob besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrat an Erdalkalimetallverbindungen aus mindestens einem ErdalkalimetaUoxyd besteht zusammen mit säurebildenden Oxyden, wie Berylliumo<xyd, Zirkon,-oxyd, Titanoxyd, SiHciumoxyd, Aluminiumoxyd und Zinkoxyd, jedoch in geringerer Menge in bezug auf diese säurebildenden Oxyde und in einem solchen Verhältnis, daß auch bei der höchsten Temperatur kein Schmelzen auftritt, und daß außerdem eine kleine Menge Bor, Borcarbid, Kohlenstoff, Siliciumcarbid, ein Metallcarbid oder ein Metallborid vorhanden ist.
2. 2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtoxydische Zusatz in Form grober, loser Körner neben der Masse oxydischer Verbindungen vorhanden ist.
3. 3. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bor oder das Metallborid in einer gesonderten, abgeschlossenen Höhlung vorhanden ist, die nur durch eine poröse Metallwand mit· der die Oxyde enthaltenden verschlossenen Höhlung verbunden ist und die, von der Emissionsfläche her gesehen, unterhalb der go letztgenannten Höhlung liegt.
4. 4. Kathode nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zugesetzte nichtoxydische Stoff aus Cerborid oder Lanthanborid besteht.
5. 5. Kathode nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydgemisch aus ι Teil BaO zu 3 bis 4 Teilen BeO besteht.

   100 In Betracht gezogene Druckschriften:

   Deutsche Patentanmeldung I 3955 VIIIc/2ig (bekanntgemacht am 14. 2. 1952);

   österreichische Patentschrift Nr. 156720;

   Techn.-wiss. Abhandlungen der Osram-Gesellschaft, Bd. 5, Berlin 1943, S. 316;

   Journal of applied physics, Vol. 22, 1951, S. 299 bis 309;

   Entwicklungsber. Siemens u. Halske, Bd. 14, 1951, S. 126;

   Remy, »Lehrbuch der anorganischen Chemie«, Bd. ι, 1931, S. 270/271.

   © 609 659/382 10.56 (909 701/6 1.60)