-
Hochbelastbare Elektrode, insbesondere Anode, für elektrische Entladungsgefäße
Die Erfindung betrifft eine hochbelastbare Elektrode, insbesondere Anode, für elektrische
Entladungsgefäße, welche .aus einem Grundmetallblech mit einer Barüberliegenden,
beim Entgasungsglühen mit dem Grundmetall intermetallisch verbundenen Aluminiumschicht
besteht.
-
Es ist bekannt, Elektroden, die nicht zur EQektronenemission dienen
und während des Betriebes thermisch hoch belastet werden, ein großes Wärmeabstrahlungsvermögen
dadurch-zu verleihen, daß ihre Oberfläche oder zumindest ihre der Kathode abgekehrte
Seite mit möglichst guter Annäherung mit den Strahlungseigenschaften des schwarzen
Körpers ausgestattet wiwd. Wie ebenfalls bekannt ist, erreicht man diese Strahlungseigenschaften
in ausgezeichneter Weise dadurch, daß solche Elektroden aus. einem mit Aluminium
plattierten Essen- oder Nickelblech hergestellt und nach dem Einbann in das Vakuumgefäß
auf etwa 8oo° C erhitzt werden. Durch eine exotherme Reaktion zwischen denn Aluminium
und dem Unterlagemetall entsteht bei der Erhitzung eine inermetalsische Verbindung
von so feinkörnigem Gefüge, daß ihre Oberfläche etwa 8o oder mehr Prozent des Strahlungsvermögens
des schwarzen Körpers aufweist. Wenn diese Reaktion, das sogenannte Alttieren, im
Vakuum
durchgeführt wird, bewirkt sie außerdem eine gute Entgasung der Werkstoffoberfläche.
Das Plattieren der Eisen- oder Nickelbleche wird nach bekannten Warm- oder Kaltwalzverfahren.
vorgenommen. Beim Kaltwalzverfahnen wird die durch die Deformation des Bles hervorgerufene
Erhitzung für die Herstellung der innigen Verbindung zwischen den beiden Metallen
ausgenutzt. In jedem Fahle ist das Walzgut nach dem Walzschweißplattieren hart und
ruß weichgeglüht werden, weil das harte Blech sich nicht zu Elektroden. verarbeiten
läßt. Das Weicjhglüihen niuß aber in solcher Weise durchgeführt werden., daß sich
nicht dabei schon die intermetallische Verbindung bildet. Diese soll vielmehr erst
im Vakuumgefäß hergestellt werdenum den vorhin, erwähnten Vorteil der besseren Entgasung
wahrzunehmen und weil alitierte Oberflächen sich schlecht verschweißen lassen. Eine
vorzeitige Allitierung während des Weichglühens läßt sich, mwas ebenfalls als bekannt
vorausgesetzt wird, vermeiden, wenn man ein besonders sauerstoffreiches Eisen verwendet,
das aber wiederum in vakuumtechnischer Innsicht unerwünscht ist.
-
Zur Beseitigung dieser Schwierigkeiten wird eine hochbelastbare Elektrode,
insbesondereAnode, für elektrische Entladungsgefäße, hergestellt aus einem Gründmetallblech
mit einer darüberliegenden, beim Entgasungsglühen mit dem Grundmetall intermetallisch
verbundenen Aluminiumschicht, angegeben, welche gemäß der Erfindung gekennzeichnet
ist durch die Verwendung eines doppelt mit Aluminium plattierten Grundmetalls, bei
welchem das zuerst aufgebrachte Aluminium durch Wärmebehandlung mit dem Grundmetall
intermetallisch verbunden ist; danach ist die zweite Aluminiumschicht aufgebracht
und der Verbundwerkstoff hierbei oder danach schwach, insbesondere kritisch, verformt.
-
Aus den bekanntgemachten Unterlagen der deutschen Patentschrift 886
o88 ist bekannt, zum Herstellen von alitizrten Glühdrähten und ähnlichen Gegenständen,
die zunderfest sein. sollen, walzschweißplattierte Stahlbleche zu verwenden, deren
Auflageschicht unter einer Aluminiumschicht eine FeA13 Schicht aufweist. Die Herstellung
erfolgte in der Weise, daß ein Stahlblech mit Aluminium vorplattiert, darauf alitiert
und dann nochmals mit einer Aluminiumschicht überplattiert wurde.
-
Die Zunderfestigkeit spielt bei Elektroden für elektrische Entladungsgefäße
keine Rolle. Es kommt dagegen bei ihnen auf gute vakuumtechnische Eigenschaften,
insbesondere auf die leichte und weitgehende -Entgasung an. Diese wird aber dem
Verbundwerkstoff erst durch die schwache, insbesondere kritische Verformung beim
Aufbringen der zweiten Alumliniumschieht verliehen. Durch die kritische Verformung
wird nämlich der Werkstoff 3n einen Zustand übergeführt, in welchem das spätere
Glühen der Elektroden ein rasches und starkes hervorruft. Wenn diese Glühbehandlung
zum Zwecke der Entgasung der Elektroden im Vakuum vorgenommen wird, entweichen die
Gaseinschlüsse sehr schnell, und man erreicht eine bessere Entgasung auch des Kernes
in einem Bruchteil der für nicht kritisch verformte Werkstoffe erforderilichen Entgasungszeit.
Der Vorteil der kritischen Verformung von Elektrodenwerkstoffen ist an ,sich bekannt,
jedoch nur für homogene Werkstoffe und nicht auch für Verbundwerkstoffe. Bei Verbundwerkstoffen,
bei denen das Grundmetall, beispielsweise Eisen oder Nickel, nur mit einer einfachen
Aluminiumauflage plattiert ist, ruß nämlich.ein so hoher Walzdruck angewendet werden,
um eine innige Verbindung der Aluminiumauflage mit dar Unterlage herbeizuführen.,
daß eine bei weitem überkritische - Verformung von mindestens 2o % stattfindet,
während die kritische Verformung von Eisen nur etwa 8% beträgt. Eine so weitgehende
Verformung ruß insbesondere dann angewendet werden, wenn nach einem früheren Vorschlag
der mit .Aluminium zu plattierende Grundwerkstoff ein Eisenblech ist, das neben.einem
Kohlen.stoffgAalt von o,oi bis o,5% einem Gehalt von o,oi bis i % metallisches Aluminium
als Beruhigungszusatz zur Schmelze aufweist und dadurch besonders sauerstofffrei
ist. Letzteres ist günstig aus vakuumtechnischen Gründen.
-
Wie bereits erwähnt, ruß bei Verbundblech :en mit einfacher Aluminiumauflage
das Weichglühen im s@dlcher Weise durchgeführt werden, daß während desselben keine
Alitieru ng stattfindet. Diese Vorschrift legt Beschränkungen hinsichtlich des beim
Wei,chglü_,h.en zulässigen Temperaturbereichs auf und hat außerdem eine Verlängerung
der Weichglühzeit zur Folge, da nur verhältnismäßig niedrige Temperaturen von weniger
als 6oo° C zulässig sind, damit man von der Temperatur, bei welcher die Bildung
der intermetallischen Verbindung FeAls bzw. Ni:A13 spontan stattfindet, genügend
weit entfernt bleibt.
-
Dieser Schwierigkeiten entledigt man sich, wenn man, nach der vorhin
gekennzeichneten Erfindung verfährt. Das Weichglühen erfolgt in diesen- Falle bei
der üblichen. Temperatur von etwa 675° C, bei der die Aluminiumauflage bereits .vollständig
in eine snte:rmetallische Verbindung übergeführt wird, und geltet infolgedessen
rascher vor sieh. Es ist außerdem nicht mehr notwendig, eine bestimmte Weichglühtemperatur
genau einzuhalten. Auf diese vollständig ailitierte Oberfläche wird nun eine zweite
Aluminiumauflage aufgewalzt. Es hat sich gezeigt, daß diese auch dann fest auf der
Unterlage haftet, wenn dübei ein erheblich geringerer Walzdruck angewendet wird
als bei der ersten Plattierung. Es ist infolgedessen möglich, den Walzdruck so einzustellen,
daß die kritische Verformung des Grundwerkstoffes eintritt, die das schnellste Kornwachstum
gewährleistet und bei Eisen nur etwa 8%, bei Nickel noch weniger beträgt.
-
Durch die geringe Verformung des Grundwerkstoffes während der zweiten
Plattierung wird außerdem erreicht, d:aß er nicht mehr so hart wird wie bei der
ersten Plattierung mit überkritischer Verformung. Der Verbundwerkstoff läßt sich
daher nach der zweiten Plattierung ohne weiteres zu
Elektroden verformen,
wodurch der vorhin erwähnte Vorteil des starken Kornwachstums. beire Entgasungsglühe:n
der Elektroden in der Röhre gesichert wird. Aber selbst dann, wenn man auf di"es,en
Vorteil verzichten will und den größeren Wert auf einen noch weicheren Werkstoff
legt, ist die Doppelplattierung gemäß der Erfindung von Vorteil, weil sich jetzt
das endgültige Weichglühen leichter durchführen läßt, ohne daß die Gefahr einer
vorzeitigen Alitierung der zweiten Aluminiumauflage besteht. Dies hängt vermutlich
damit zusammen, daß die intermetallisebe Zwischenschicht die zu einer- Alitierung
führende Reaktion zwischen dem Grundwerkstoff und der zweiten Aluminiumauflage verlangsamt,
und daher kann man beim Weichglühen innerhalb eines weiteren Temperaturbereichs
und bei einer höheren Temperatur arbeiten, als es bei nur einfach plattierten VerbundwerIkkstoffen
zulässig ist.
-
Trotzdem läßt sich -auch die Oberfläche eines solchen Verbundwerkstoffes
beim Entgasungsglühen vollständig in eine intermetafliscbe Verbindung überführen,
welche ein genau so gutes Strahlungsvermögen aufweist, wie es die einfach plattierten
Verbundbleche auszeichnet. Da die Umsetzung der zweiten Aluminiumauflage jedoch
nicht mehr explosionsartig, sondern allmählich vor sich gebt, hat man es durch geeignete
Führung des Erwärmungsvorganges beim Entgasungsglühen besser in der Hand; beim Entgasen
an der Pumpe ist es erwünscht, daß der die Alitierung begleitende Gasdruckanstieg
langsam vor sich geht.
-
Es soll nunmehr noch ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung angegeben
werden. Ein Blech von beispielsweise 3 mm Dicke aus Nickel oder aus einem sauerstoffarmen
Eisen (Kolhlenstoffge ,alt etwa ö,oi bis o,50%, metallischer Aluminiumzusatz von
.etwa o,oi bis, i % zur Sohm@elze) wird zunächst nach dem WaIzschweißverfähre.n
mit einer Alumliniumfolie von etwa o, i mm Dicke auf einer Seite oder beiderseitig
plattiert und auf eine Blechstärke von etwa o,i5 mm heruntergewalzt, wodurch auc'if
die Aluminiumauflage entsprechend dünner wird. Anschließend wird das so erhaltene
Verbundblech bei einer Temperatur von beispielsweise 675° C weichgeglüht, wobei
die Aluminiumauflage vollständig in eine intermetalli.sc'he Verbindung mit dem Grundwerkstoff
umgesetzt wind. Die Dicke der nach dem Walzen vorhandenen Aluminiumschicht kann
auch kleiner oder größer gewählt werden (z. B. 3 bis io Mikron) und verlangsamt
dann in geringerem oder 'höherem Maße die Alifierung der zweiten Aluminiumauflage
von z. B. 15 Mikron, die nach dem Weichglühen auf den Verbundwerkstoff durch Aufwalzen
mit kleinerem, insbesondere kritischem Verformungsgrad aufgebracht wird. Der kritische
Verformungsgrad bei reinem Eisen liegt in der Gegend von 8%, jedoch ist der Bereich,
in welchem die kritische Verformung eintritt, breit und in seinen Grenzen nicht
mit allgemein für alle Metalle und ihre Legierungen gültigen Zahlen genau festzulegen.
Während es bei Verwendung von praktisch sauerstofffreiem Eisen, auf das nur eine
einfache Aluminium:scJhicht aufgewalzt wird, im allgemeinen notwendig ist, die Blechoberfläche
vor .dem Aufwalzen zu mattieren, um eine hinreichend innige Verbindung zwischen
dem Blech und der Aluminiumfolie sicherzustellen, kann der Mattierungsvorgang entfallen,
wenn auf die a1itierte Oberfläche noch eine zweite Aluminiumfolie aufgewalzt wird.
Diese Erscheinung läßt sieh vielleicht damit erklären, daß der Alitierungsvorgang
eine innige Verbindung der ersten Plattierungsauflage mit dem Grundwerkstoff hervorbringt
und andererseits eine rarahe Oberfläche erzeugt, an welcher die zweite Aluminiumfolie
bereits bei Anwendung eines verhältnnsmäßiggeringen Walzdruckes gut haftet. Aus
dem so erhaltenen, doppelt plattierten Verbundwerkstoff werden nun die Elektroden
beispielsweise durch Stanzen und Biegen geformt und in das Elektrodensy.stem eingefügt.
Bei dem Entgasungsglüben, das an dem fertigen, in das Vakuumgefäß eingebauten Elektrodensystem
vorgenommen eird, findet die Alitierung der zweiten Aluminiumauflage statt, die
von einem starken Kornwachstum des Eisens begleitet wird.
-
Die doppelte Plattierung kann auf beiden Seiten oder auch nur auf
einer Seite der Bleche vorgenommen werden. Im zweiten Fall'le ist es möglich, die
nicht mit Aluminium plattierte Blechseite entweder blank zu lassen oder aus vakuumtechnischen
Gründen, mit einem anderen Werkstoff, z. B. Nickel, zu überzielhen. Der mit Aluminium
doppelt zu plattierende Grundwerkstoff kann übrigens selbst bereits ein Verbundblech
sein, z. B. Nickel mit einer Eisenauflage. Voraussetzung dafür ist, daß das mit
der ersten Aluminiumauflage in Berührung kommende Unterlagemetall mit ihr bei Erwärmung
eine inte.rmetaIlische Verbindung eingeht.