DE980120C - Kathode fuer elektrische Entladungsroehren, welche mit einem Vorrat emittierender Verbindungen versehen ist - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathode für elektrische Entladungsröhren, welche mit einem Vorrat eines im Innern angebrachten Emissionsstoffes versehen ist.

Es ist bekannt, eine elektrische Entladungsröhre mit einer Kathode zu versehen, die durch Füllung eines Nickelröhrchens mit Emissionsmetallen, durch Ziehen des Röhrchens auf den erforderlichen Durchmesser und durch eine Formgebung hergestellt wird. Der Nachteil dieser Kathode ist, daß die Diffusion des Emissionsmetalls nach außen rein molekular ist, so daß die Wandstärke geringer gewählt werden muß, als es mit Rücksicht auf die mechanische Festigkeit zulässig ist.

Es ist auch bekannt, um, auf und in den Löchern eines durchlochten Nickelröhrchens Njckejpulver zu einer porösen Masse zu sintern und darauf im Innern dieses Röhrchens einen Vorrat von Emissionsverbindungen sowie einen Heizkörper anzubringen. Mit dieser Kathode ist aber eine hohe so spezifische Emission nicht erzielbar, da zu diesem Zweck die Temperatur derart gesteigert werden müßte, daß die poröse Nickelmasse dichtsintern würde, so daß kein Emissionsstoff mehr hinaustreten könnte und nach kurzer Zeit die Emission »5 nur von den Eigenschaften des Nickels abhängig wäre.

Ferner ist es bekannt, den Vorrat an Emissionsoxyden innerhalb eines Zylinders aus feiner Gaze anzubringen, die aber immerhin noch so grobe Maschen aufweist, daß bei den für eine hohe spezifische Emission erforderlichen Temperaturen die

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Emissionsverbindungen mit zu großer Geschwindigkeit austreten. Dabei wurde vorgeschlagen, die zylindrische Kathodenoberfläche aus einer Zahl von Ringen zu bilden, welche aufeinandergedrückt werden, wobei die Emissionsverbindungen in der zylindrischen Höhlung angebracht sind und das Ganze durch Isolierendplatten verschlossen wird. Für die Diffusion des Emissionsstoffes nach außen stehen hier nur eine bechränkte Anzahl Wege offen, ίο nämlich zwischen den Ringen, deren Breite von vielerlei zufälligen Faktoren abhängig ist, die sich auch noch während des Betriebs ändern können.

Ferner ist es bekannt, eine Kathode dadurch herzustellen, daß auf einen isolierenden oder metallischen Träger eine Legierung, wie Barium-Aluminium, gespritzt, auf diese Legierung gleichfalls durch ein Spritzverfahren eine poröse Schicht eines Metalls der Eisengruppe oder ein hochschmelzendes Metall aufgebracht und letztere Schicht oberrlächlieh oxydiert oder mit einem Erdalkalioxyd überzogen wird. Auf diese Weise wird aber keine Kathode erhalten, welche mit einem im Inneren angebrachten Vorrat Emissionsmetall oder einer Verbindung desselben versehen ist, da das Barium direkt und vollständig aus dem Barium-Aluminium freikommt und durch die poröse Oberflächenschicht hindurch austritt. Folglich eignet sich diese Kathode auch nicht für Vakuumröhren, da infolge der großen Liefergeschwindigkeit des Bariums ein Bariumbogen entstehen kann.

Für Gasentladungsröhren ist es bekannt, innerhalb eines porösen, gesinterten Wolfranikörpers einen Vorrat von Emissionsoxyden anzubringen und zur Erleichterung der Bewegung der Emissionsverbindungen an die Kathodenoberfläche beim Zünden der Röhre mit kalter Kathode ein oder mehrere feine Löcher in diesen porösen Körper zu bohren. Es hat sich aber ergeben, daß solche Kathoden zur Verwendung in Hochvakuumentladungsröhren nicht geeignet sind, da infolge der hohen Spannung zwischen der Kathode, und der nächsten Elektrode zwischen dieser Elektrode und den in den porösen Körper gebohrten Löchern leicht ein Bogen des ionisierten Metalls entsteht, dessen Verbindungen in der Kathode vorhanden sind. Auch ist der Vorrat an Emissionsverbindungen rasch erschöpft. Die Erfindung sucht eine Kathode der in der Einleitung beschriebenen Art für kontinuierlich hohe spezifische Emission zu schaffen, bei- der trotzdem eine längere Lebensdauer erhalten wird. ■ " Eihe derartige Kathode für elektrische Entladungsröhren mit einem verschlossehen und einen Emissionsstoffvorrat aus Erdalkalimetallverbindungen enthaltenden Hohlkörper, dessen Wandung teilweise aus einem Emissionskörper aus homogenen, porösen, gesinterten Metallen, wie Wolfram, Molybdän, Tantal, Hafnium oder Niob, besteht, ist nach der ,Erfindung dadurch ,gekennzeichnet, daß die übrigen.Teile der Wandung aus Molybdän bestehen und mit. dem Emissionskörper derart dicht ' verbunden sind, daß die Emissionsverbindungen mit dem "durch Reduktion gebildeten freien Metall ausschließlich durch den Emissionskörper, dessen Poren die größten öffnungen der Wandungen des Hohlkörpers bilden, in geringen Mengen zur freien Oberfläche des Emissionskörpers hindurchtreten und diesen nur mit einer sehr dünnen Schicht bedecken.

Es sind bereits Kathoden bekannt, welche mit in einer Vorratskammer aufgenommenem Vorrat Alkalimetall oder Erdalkalimetall versehen sind, welches bei Inbetriebnahme der Kathode von dieser Kammer aus in die Poren des aus vorzugsweise oxydiertem Wolfram bestehenden Kathodengebildes hineindampft. Eine derartige Kathode ist für den Betrieb in Vakuumröhren ziemlich ungeeignet, insbesondere weil sie sich verhältnismäßig rasch erschöpft.

Es sind auch Kathoden bekannt, bei denen in einer Vorratskammer Erdalkalimetallverbindungen, z. B-. Oxyde, vorhanden sind. Das frei werdende Metall kann während des Betriebes der Kathode durch eine poröse Wolfram- oder Molybdänscheibe zur Kathodenoberfläche wandern. Die Vorratskammer besteht aus Metallen, die keine hohe Arbeitstemperatur der Kathode zulassen, so daß die spezifische Emission ziemlich niedrig bleibt. Die Vorratskammer ist aus losen Teilen zusammengesetzt. Die ,Kathode einer Entladungsröhre nach der Erfindung kann unbedenklich .mit höheren Temperaturen betrieben werden (1200 bis 1400⁰C), da durch den porösen Körper doch nur eine geringe Menge Emissionsverbindungen mit freiem Metall zur- Oberfläche zugelassen wird.so daß sie nur mit einer sehr dünnen Schicht bedeckt ist. Die Porosität des Wandteils, der die Emissionsverbindung durchlassen muß, ist von der Betriebstemperatur der Kathode, von der Art der Emissionsverbindungen und von der Art des porösen Körpers selbst abhängig. Auf 1800⁰ C gesintertes Wolfram mit einer Dichte, welche 60% des Höchstwertes beträgt, und bei dem die Innenfläche der Poren 8000 bis 10 000 cm² je cm³ beträgt (gemäß den Durchströmungsverfahren bestimmt), ergibt sehr günstige Resultate. Insbesondere für Vakuumröhren ist es sehr wichtig, daß nicht zu viel freies Metall austritt, da alsdann keine Bariumentladung aufreten kann. Infolge der zulässigen höheren Temperaturen kann die spezifische Emission sehr hoch werden, und infolge der regelmäßigen Bedeckung ier Kathodenoberfläche kann die Kathode unbedenklich auf 80 °/o und mehr der Sättigungsemission betrieben werden. Bei der normalen Karbonatkathode liegt dieser Wert höchstens zwischen 5 und io'/o.

Dies bietet für vielerlei Anwendungen besondere Vorteile, z. B. für Kathodenstrahlröhren für Projektionszwecke und für mit Impulsen betriebene Kurzwellenröhren. Für diese Rühren entstellt noch ein weiterer Vorteil, nämlich daß· die Kathodenoberfläche so bearbeitet werden kann, daß sie glatt iao und ihre Lage genau festgelegt ist.

Die Erfindung wird an Hand folgender Ausführungsbeispiele und einiger durch Versuche erhaltener Daten, beschrieben. ·

In Fig. ι ist mit 1 eine poröse Wolf ramkäppe be- 1*5 zeichnet, die durch Sinterung pulverförmigen Wolf-

rams bei einer Temperatur von 1800 bis 2200⁰ C zu einem langen Stab hergestellt ist, von 'dem eine Zylinderkappe mit einer Wandstärke von 0,5 mm ausgedreht wurde. Die Kappe hat eintn Durchmesser von 5 mm und wird teilweise mit Barium-Strontium-Karbonat 2 gefüllt.

Hinter dem Barium-Strontium-Karbonat ist eine Molybdänscheibe 3 angebracht, welche gut in die Kappe ι paßt. Die Kappe 1 wird in der vorderen Zylinderhöhlung des aus einem Stuck gedrehten Molybdänkörpers 4 angebracht, in der Weise, daß möglichst wenig Spalte verbleiben, wozu sie fest gegen die Trennungswand S gedruckt wird. In der hinteren Höhlung des Körpers ist ein Glühfaden 6 untergebracht.

In Fig. 2 sind die mit Fig. 1 übereinstimmenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Der VorratvonBarium-Strontium-Karbonatwirdhier in der porösen Wolfrainkappe mittels einer stufenartig ausgebildeten Molybdänplatte 7 eingeschlossen und gemeinsam mit letzterer in die Molybdänbuchse S geschoben. In dem Raum zwischen 7 und 8 ist ein Glühkörper angebracht. Der Durchmesser beträgt 10 mm.

In Fig. 3 ist eine für ein Resonatormagnetron zur Erzeugung von Zentimeterwellen geeignete Zylinderkathode dargestellt. Die Wandstärke des porösen Wolframkörpers beträgt hier gleichfalls 0,5 mm und der Durchmesser 5 mm. Der Vorrat von Barium-Strontium-Karbonat wird zwischen den Wolfrainzylinder 1 und zwei Zylinderbuchsen 9 eingeschlossen, welche ineinanderpassen und mit Flanschen versehen sind. Die Flansche werden von um die Enden von 1 geflanschten Ringen 10 festgehalten, so daß es keine Spalte gibt. Der Glühkörper 6 wird von zwei Keramikplatten ti gehalten.

Werden bei den oben beschriebenen Kathoden die Karbonate in der üblichen Weise zersetzt, nachdem die Kathode in einer elektrischen Entladungsröhre angebracht ist, so kann kurze Zeit nach Erhitzung der Kathode auf eine Temperatur von etwa 1200⁰ C ein großer Strom aus der von der Vorderfläche von ι gebildeten Kathodenoberfläche erhalten werden.

Eine Dauerbelastung von 1 A/cm² ergibt keine Änderung in der Stromspannungskurve, im Gegensatz zu den üblichen Kathoden. Vorläufige Versuche, bei denen die Entladungsröhren aus anderen Gründen (durchgebrannter Glühkörper, Kurzschluß zwischen den Elektroden) außer Betrieb gesetzt werden müssen, ergaben eine Lebensdauer ohne Änderung der Kennlinie von 600 Stunden bei 5 A/cm^ä und von Stunden bei 20 A/cm².

Bei Impulsbetrieb lassen sich Impulse von A/cm* und höher erhalten.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kathode für elektrische Entladungsröhren mit einem verschlossenen und einen Emissionsstoffvorrat aus Erdalkalimetallverbindungen enthaltenden Hohlkörper, dessen Wandung teilweise aus einem Emissionskörper aus homogenen, porösen, gesinterten Metallen, wie Wolfram, Molybdän, Tantal, Hafnium oder Niob, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die übrigen Teile (3, 7, 9) der Wandung aus Molybdän bestehen und mit dem Emissionskörper (1) derart dicht verbunden sind, daß die Emissionsverbindungen (2) mit dem durch Reduktion ge- bildeten freien Metall ausschließlich durch den Emissionskörper (1), dessen Poren die größten öffnungen der Wandungen des Hohlkörpers bilden, in geringen Mengen zur freien Oberfläche des Emissionskörpers hindurchtreten und diesen nur mit einer sehr dünnen Schicht bedecken.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer zylindrischen Kappe aus porösem, gesintertem Wolfram mit einer Wandstärke von o,i bis 2 ljesteht, die teilweise mit Bariuni-Strontiuinoxyd gefüllt und durch eine gut p.-ssende, in der Wolframkappe angebiv.dite iicJybdänplatte abgedeckt ist, wobei die Kappe mit der offenen Seite genau passend in einen zylindrischen Molybdänkörper geschoben und an der anderen Seite einer im zylindrischen Molybdänkörper vorgesehenen Trennungswand ein Glühkörper angebracht ist.

3. Kathode nacli den Ansprüchen 1 oder 2. da- yo durch gekennzeichnet, daß das Wolfram i-ine Dichte aufweist, die 6o°/o des Höchstwertes beträgt, und die innere Oberfläche der Poren 8000 bis 10 000 cm² je cm^a l>eträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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