EP0282040A1 - Vorratskathode, insbesondere Metall-Kapillar-Kathode, für elektrische Entladungsgefässe - Google Patents

Vorratskathode, insbesondere Metall-Kapillar-Kathode, für elektrische Entladungsgefässe Download PDF

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EP0282040A1
EP0282040A1 EP88103733A EP88103733A EP0282040A1 EP 0282040 A1 EP0282040 A1 EP 0282040A1 EP 88103733 A EP88103733 A EP 88103733A EP 88103733 A EP88103733 A EP 88103733A EP 0282040 A1 EP0282040 A1 EP 0282040A1
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EP
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emission
tungsten
cathode
dispenser
barium
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EP88103733A
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English (en)
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Hinrich Dr. Heynisch
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/13—Solid thermionic cathodes
    • H01J1/20—Cathodes heated indirectly by an electric current; Cathodes heated by electron or ion bombardment
    • H01J1/28—Dispenser-type cathodes, e.g. L-cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/04—Manufacture of electrodes or electrode systems of thermionic cathodes
    • H01J9/042—Manufacture, activation of the emissive part

Definitions

  • the invention relates to a supply cathode according to the preamble of claim 1.
  • Such a supply cathode is known from DE-PS 20 10 479.
  • the problem with these cathodes in particular is that the barium oxide supply, for example in the form of tablets, has a relatively high sensitivity to moisture. This sensitivity to moisture inter alia affects the shelf life of such cathodes is negative.
  • the cathode quality is reduced by the sensitivity to moisture of the barium oxide formed, in particular with regard to the lowering of the electron work function and thus the current density.
  • the invention has for its object to provide a storage cathode, in particular MK cathode, for a high current density and to give its emission stock such a nature that it is largely sensitive to atmospheric humidity by preventing and remaining the formation of barium hydroxide.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that the emission inventory of the cathode is largely insensitive to atmospheric moisture by avoiding the formation of barium hydroxide and the porous tungsten body filled with the storage mass also acts as a reducing agent.
  • the supply according to the invention consists of a barium oxide-tungsten matrix body, preferably barium oxide-tungsten-osmium or. Rhenium or. Iridium matrix body in easy-to-use tablet form.
  • the production process is preferably carried out in the following manner: Tungsten powder with a particle size of approximately 2 to 50 ⁇ m, osmium powder with the corresponding particle size and barium carbonate are mixed uniformly, preferably in a volume ratio of approximately 4: 1: 5. This mixture is then pressed in an appropriate form, preferably tablet form, under high pressure to give a shaped body. Thereupon the pressed molded body is annealed in a high vacuum, a conversion of the BaCO3 into BaO taking place and a sintering taking place.
  • the storage tablet obtained in this way is practically largely insensitive to atmospheric moisture, so that the handling of the cathode during the manufacture of electrical discharge vessels (for example electron tubes) is significantly better and thus leads to a more uniform cathode quality.
  • Another advantage is that there is no tungsten wadding in the cathode storage space, which is used as a reducing agent in known designs, because the pressed storage body itself now guarantees the reduction of BaO to Ba because of its tungsten content.
  • the storage body is also achieved if a porous tungsten compact is produced, which is subsequently impregnated with conventional processes using BaO or Ba-Ca aluminate.
  • the matrix storage body is distinguished by a reduced evaporation rate of the cathode.
  • the metal capillary cathode shown in the figure consists essentially of a metal sleeve 4, expediently made of molybdenum, which preferably encloses a metal pot composed of two parts, namely an inner part 6 and an outer part 5, advantageously consisting of molybdenum.
  • a heater 7 is preferably cemented into the hollow cylindrical space formed by the inner part 6 and the outer part 5 of the metal pot, the connections 8 of which lead to the outside on the cathode bottom. With the heater 7, the interior, which is formed by the inner part 6 of the metal pot, can be heated.
  • the emission-promoting supply 1 is accommodated in this interior, preferably in the form of a tablet-shaped sintered barium oxide-tungsten or barium oxide-tungsten-osmium matrix body.
  • the emission-promoting supply 1 is covered by the emission carrier 2, which consists of tungsten and is attached to the end face of the metal sleeve 4.
  • the emission carrier 2, which expediently has the shape of a biconcave disk, is provided with a coating 3 of osmium on its active surface in order to keep the electron work function as low as possible.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorratskathode, insbesondere Metall-Kapillar-Kathode, für elektrische Entladungsgefäße, bei der der emissionsfördernde Vorrat (1) aus Erdalkaliverbindungen wie Bariumoxid oder Bariumkarbonat besteht und der den Vorrat (1) überdeckende, porös gesinterte Emissionsstoffträger (2) aus Wolfram insbesondere einen zusätzlichen Überzug (3) aus Osmium auf seiner aktiven Oberfläche aufweist. Diese Vorratskathode soll eine hohe Stromdichte haben und deren Emissionsvorrat so beschaffen sein, daß er für Luftfeuchtigkeit weitgehend unempfindlich ist, indem eine Bariumhydroxidbildung unterbunden wird und bleibt. Die Erfindung sieht hierzu vor, daß der emissionsfördernde Vorrat (1) aus einem gesinterten Bariumoxid-Wolfram-Matrixkörper besteht. Die erfindungsgemäße Vorratskathode findet insbesondere als Metall-Kapillar-Kathode für hohe Stromdichten bei Wanderfeldröhren Anwendung.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorratskathode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Eine derartige Vorratskathode geht aus der DE-PS 20 10 479 als bekannt hervor. Bei diesen Kathoden tritt insbesondere das Prob­lem auf, daß der beispielsweise in Form von Tabletten vorliegen-­de Vorrat aus Bariumoxid eine relativ hohe Feuchtigkeitsempfind­lichkeit besitzt. Diese Feuchtigkeitsempfindlichkeit beeinträch­tigt u.a. die Lagerbeständigkeit derartiger Kathoden negativ. Allgemein wird auch bei der Verwendung von anderen Erdalkaliver­bindungen, beispielsweise von Bariumkarbonat, die Kathodenquali­tät durch die Feuchtigkeitsempfindlichkeit des gebildeten Ba­riumoxids verringt, insbesondere hinsichtlich der Erniedrigung der Elektronenaustrittsarbeit und damit der Stromdichte. Bestrebungen zur Beseitigung dieser Nachteile führten bei der aus der DE-PS 20 10 479 bekannten Vorratskathode zu der bedingt tauglichen Maßnahme der Verwendung eines dichten, für Feuchtig­keit undurchlässigen Schutzüberzuges aus einer in einem orga­nischen Lösungsmittel löslichen hydrophoben Substanz, mit dem der scheibenförmige Wolfram-Emissionsstoffträger versehen ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorratskathode, insbesondere MK-Kathode, für eine hohe Stromdichte zu schaffen und deren Emissionsvorrat eine solche Beschaffenheit zu verlei­hen, daß er für Luftfeuchtigkeit weitgehend umempfindlich ist, indem eine Bariumhydroxidbildung unterbunden wird und bleibt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorratskathode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand zusätzlicher Ansprüche.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Emissionsvorrat der Kathode für Luftfeuchtigkeit weitgehend unempfindlich ist, indem eine Bariumhydroxidbildung vermieden wird und der mit Vorratsmasse gefüllte, poröse Wolfram-­Körper gleichzeitig als Reduktonsmittel wirkt. Anstatt der als Vorrat für die Kathoden bekannten Bariumoxid-Vorratstabletten besteht der Vorrat erfindungsgemäß aus einem Bariumoxid-Wolfram-­Matrixkörper, vorzugsweise Bariumoxid-Wolfram-Osmium-bzw. Rhenium-bzw. Iridium-Matrixkörper in leicht zu handhabender Tablettenform. Vorzugsweise wird bei dessen Herstellung in fol­gender Weise vorgegangen: Es werden Wolframpulver mit einer Korn­größe von etwa 2 bis 50 µm, Osmiumpulver mit entsprechender Korn­größe und Bariumkarbonat gleichmäßig vermischt, vorzugsweise in einem Volumenverhältnis von ca. 4:1:5. Anschließend wird diese Mischung in einer entsprechenden Form, vorzugsweise Tabletten­form unter hohem Druck zu einem Formkörper gepreßt. Daraufhin wird der gepreßte Formkörper im Hochvakuum geglüht, wobei eine Umsetzung des BaCO₃ in BaO stattfindet sowie eine Sinterung er­folgt.
    Die so gewonnene Vorratstablette ist praktisch weitgehend un­empfindlich gegen Luftfeuchtigkeit, so daß die Handhabung der Kathode während der Fertigung von elektrischen Entladungsge­fäßen (z. B. Elektronenröhren) wesentlich besser ist und somit zu einer gleichmäßigeren Kathodenqualität führt.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß Wolfram-Watte im Vor­ratsraum der Kathode, die bei bekannten Ausführungen als Reduk­tionsmittel verwendet wird, entfällt, weil der Preß-Vorrats-­Körper jetzt wegen seines Wolframgehaltes selbst die Reduktion von BaO zu Ba gewährleistet.
  • Noch bessere Ergebnisse bezüglich der Reduktion lassen sich mit einem geringen Zusatz von Zirkon zum Wolframpulver im Vorrats­korper erzielen.
  • Die Realisierung des Vorratskörpers erreicht man gemäß einer Weiterbildung der Erfindung auch, wenn ein poröser Wolfram-­Preßkörper hergestellt wird, den man anschließend mit üblichen Verfahren mit BaO oder Ba-Ca-Aluminat imprägniert.
  • Neben der Verringerung der Gefahr der Bariumhydroxidbildung zeichnet sich der Matrix-Vorratskörper durch eine verringerte Abdampfrate der Kathode aus. Hinzu kommt der Vorteil der Unter­stützung der niedrigen Austrittsarbeit der Kathode auch durch einen Osmium-Anteil im Vorratskörper, und zwar zusätzlich zu der gegebenenfalls vorgesehenen Osmiumbeschichtung der Emis­sionsfläche des aus Wolfram bestehenden Emissionsstoffträgers.
  • Anhand eines in der Figur der Zeichnung dargestellten, bevorzug­ten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung weiter erläutert.
  • Die in der Figur dargestellte Metall-Kapillar-Kathode besteht im wesentlichen aus einer Metallhülse 4, zweckmäßig aus Molybdän, die einen vorzugsweise aus zwei Teilen, nämlich einem Innenteil 6 und einem Außenteil 5, zusammengesetzten, zweckmäßig aus Molybdän bestehenden Metalltopf umschließt. In den von dem In­nenteil 6 und dem Außenteil 5 des Metalltopfes gebildeten hohl­zylinderförmigen Zwischenraum ist ein Heizer 7 vorzugsweise ein­gekittet, dessen Anschlüsse 8 am Kathodenboden nach außen füh­ren. Mit dem Heizer 7 ist der Innenraum, der von dem Innenteil 6 des Metalltopfes gebildet wird, beheizbar. In diesem Innen­raum ist der emissionsfördernde Vorrat 1 untergebracht, und zwar vorzugsweise in Gestalt eines tablettenförmigen gesinter­ten Bariumoxid-Wolfram- bzw. Bariumoxid-Wolfram-Osmium-Matrix­körpers. Der emissionsfördernde Vorrat 1 ist von dem Emissions­stoffträger 2 überdeckt, der aus Wolfram besteht und an der Stirnseite der Metallhülse 4 befestigt ist. Der Emissionsstoff­träger 2, der zweckmäßig die Form einer bikonkaven Scheibe hat, ist in diesem Ausführungsbeispiel auf seiner aktiven Oberfläche mit einem Überzug 3 aus Osmium versehen, um die Elektronenaus­trittsarbeit möglichst niedrig zu halten.

Claims (6)

1. Vorratskathode, insbesondere Metall-Kapillar-Kathode, für elektrische Entladungsgefäße, bei der der emisionsfördernde Vorrat aus Erdalkaliverbindungen wie Bariumoxid oder Bariumkar­bonat besteht und der den Vorrat überdeckende, porös gesinterte Emissionsstoffträger aus Wolfram insbesondere einen zusätzlichen Überzug aus Osmium auf seiner aktiven Oberfläche aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der emissions fördernde Vorrat (1) aus einem gesinterten Ba­riumoxid-Wolfram-Matrixkörper besteht.
2 Vorratskathode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der emissionsfördernde Vorrat (1) aus einem gesinterten Ba­riumoxid-Wolfram-Osmium, Rhenium oder Iridium-Matrixkörper be­steht.
3. Vorratskathode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der emissionsfördernde Vorrat (1) aus einem gesinterten Bariumoxid-Wolfram-Osmium, Rhenium und Iridium-Matrixkörper besteht.
4. Vorratskathode nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der emissionsfördernde Vorrat (1) aus einem mit Bariumoxid oder Barium-Kalzium-Aluminat imprägnierten Wolfram-Preßkörper besteht.
5. Verfahren zum Herstellen einer Vorratskathode nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als emissionsfördernder Vorrat (1) Wolframpulver und Osmium­pulver mit einer Korngröße bis zu 50 µm sowie Bariumkarbonat gleichmäßig vermischt und anschließend in einer entsprechenden Form unter hohem Druck zu einem Formkörper gepreßt werden, und daß danach der Formkörper im Hochvakuum geglüht wird, wobei eine Umsetzung des Bariumkarbonats in Bariumoxid erfolgt und der Formkörper zu einem Matrixkörper (1) gesintert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis der Mischungsanteile von Wolframpulver, Osmiumpulver und Bariumkarbonat 4:1:5 beträgt.
EP88103733A 1987-03-10 1988-03-09 Vorratskathode, insbesondere Metall-Kapillar-Kathode, für elektrische Entladungsgefässe Withdrawn EP0282040A1 (de)

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