NL8200903A - Werkwijze voor het boreren van een naleveringskathode. - Google Patents

Description

5 * EHN 10.288 1 N.V. HULIPS' GIOEILAMPENFABRIEKEN TE EINDHOVEN.

"Werkwijze voor het hor eren van een nalever ingskathode"

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het boreren van een naleveringskathode bevattende een bij hoge temperatuur smeltend basismateriaal waarin zich het emitter-materiaal in de vorm van een oxyde bevindt, welk 0x7de gedurende de levensduur van de kathode 5 gereduceerd wordt en het daarbij gevormde metaal een dunne laag op het kathodeoppervlak vormt.

Dergelijke kathodes worden bijvoorbeeld toegepast in trilholte magnetrons, zendbuizen en röntgenbuizen.

De dunne metaallaag verlaagt de uittree-potentiaal van de 10 kathode. Voorbeelden van dergelijke kathodes zijn de gethoreerde gecar-boniseerde wolframkathode (Th-fw] ) en de gecarboniseerde lathaan-molybdeen kathode (La- (M^ ). Ook zijn dergelijke kathodes met andere zeldzame aardmetalen en aardalkalimetalen ais emitter bekend. Een verbetering van de emissie-eigenschappen wordt door het carboniseren verkre-15 gen. Dit Carboniseren geschiedt bij een thorium-wolfram kathode bijvoorbeeld in een organische damp (bijvoorbeeld een H2-benzol mengsel) bij 1600 tot 2000° C. Het aktiveringsproces is bij een dergelijké gecarboniseerde kathode minder kritisch, de levensduur van de kathode wordt verlengd en er worden hogere emissiestroomdichtheden bij continu bedrijf 20 verkregen. Ook zijn dergelijke kathodes minder gevoelig voor ionen bombardement en is de afdanping van de emitter geringer dan bij een niet gecarboniseerde kathode.

Een werkwijze voor het boteren van een naleveringskathode is bekend uit Izvestiya Akademii Nauk S.S.S.R., Neorganieheskie Materialy, 25 Vol. 15, No. 1, pp. 64-67, januari 1979. Het vervangen van de bij het carbureren ontstane carbidelaag door een boride (WB, W2B) verbetert de emissie-eigenschappen van gethoreerd wolfram. In de in dit artikel beschreven werkwijze wordt borium in een gethoreerde wolfram draad gebracht « door deze te branden in een poedermengsel dat borium bevat. Het is ook 30 mogelijk borium aan te brengen door een boriumcarbidesuspensie met een borstel op de kathode aan te brengen en deze vervolgens te verhitten.

Het boreren van kathodes in een poedermengsel of met behulp van een suspensie vergt een aantal extra handelingen in het produktieproces.

8200903 Λ . Λ % * ΡΗΝ 10.288 2 # ---------- De uitvinding beoogt een werkwijze voor het borer en van nalever ingskathodes aan te geven, welke kan worden uitgevoerd net de inrichting die tot nu toe gébruikt wordt voor het carboniseren van deze kathodes. ' 5 Een werkwijze'voor het borer en van een nalever ingskatbode van * de in de eerste alinea beschreven soort wordt volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat de werkwijze de volgende stappen omvat: a. het reinigen van de kathode door verhitting in een waterstof bevattende omgeving, 10 b. het verhitten van de kathode in een ruimte welke een gas vormige boriumverbinding bevat bij een zodanige temperatuur dat borium qp de kathode neerslaat, c. het in vacuum verhitten Van de kathode tot de bedr ij fs tempe ratuur van de kathode en het gedurende enkele minuten op die temperatuur 15 houden zodat boride gevormd wordt. De waterstof bevattende omgeving bevat bijvoorbeeld zuivere waterstof of een menggas bevattend een edelgas, stikstof en waterstof.

De gasvormige boriumverbinding bestaat bij voorkeur uit diboraan (B2Hg) . Deze verbinding is goedkoop en in voldoende mate ver-20 krijgbaar. Het is echter ook mogelijk B^H^, (voor T groter of gelijk 16° C) of een van de gassen BP^, BCL^, BÈr^ gemengd met- H^.te^ gebruiken.

Ook kunnen vaste of vloeibare boriumverbindingen in dampvorm en gemengd met een draaggas toegepast worden. Zo ia decaboraan (B^H^), met een 25 smeltpunt bij 99,5°C en een kookpunt bij 213°C, zeer goed in dampvorm te brengen.

Cmdat borium minder vast aan het basismateriaal (wolfram, molybdeen etc.) gebonden is dan koolstof, kan het borium meer bijdragen tot het reduceren van het emittermateriaal (c«yde).

30 Toepassing van de uitvinding heeft een groot aantal voordelen.

Uit experimenten is gebleken, dat de verzadigingsemissie van geboreerde kathodes ongeveer 1,5 maal zo groot als de verzadigingsemissie van gecarboniseerde kathodes is.

Het reaktieprodukt van het metaaloxyde bij gecar boniseerde 35 kathodes is koolmonooxyde (CO) en bij geboreerde kathodes boriumoxyde. (B203) CO heeft een dampdruk van 1 atm. bij 191° C en B2Q3 een dampdruk van 1 atm. bij 1860° C. Bij buizen met een gecar boniseerde kathode 8200903 EHN, 10.288 3 ^ 'J2 t ——- kcrat daardoor een belangrijke hoeveelheid gas uit de kathode in de . ---------- vorm CO. Bij buizen net geboreerde kathodes is de dampdruk van het B2Q2 zo laag, dat alleen nog maar rekening gehouden hoeft te worden met het ontgassen van de rest van de buisonderdelen. in magnetrons geeft 5 een betere emissie een verlaging van de gloeispanning waarbij de buis nog normaal werkt en dus een stabieler gedrag van het magnetron.

In zendbuizen leidt een hogere emissie gecombineerd met een kleinere kathode-rooster afstand tot een groter produkt van gain en bandbreedte. Bovendien is het mogelijk bij geboreerde kathodes in zendbuizen de ka-10 thcdetemperatuur te verlagen, waardoor buizen met een langere levensduur worden verkregen.

Het borer en kan met de inrichting gebeuren waarmee tot nu toe werd gecarboniseerd.

Door de kathode voor het boreren te ruwen door deze bijvoor-15 beeld te zandstralen met wolframcarbide of door een etsproces, ontstaat een ruw oppervlak, waardoor een betere hechting van de boriumlaag op de kathode wordt verkregen.

Uit het Britse octrooischrift 7655 is het bekend de elektrische weerstand van gloeidraden van lampen te laten toenemen 20 door deze met borium te behandelen. Dit geschiedt bij een zeer hoge temperatuur (white heat) on te voorkomen dat er een laag borium of koolstof wordt gevormd. Bij de werkwijze volgens de uitvinding worden veel lagere temperaturen toegepast bij het borer en en wordt er wel een boriumlaag gevormd. Een werkwijze zoals beschreven in het Britse oc-25 trooischrift zou vorming van borium-clusters in het gas tot gevolg hebben en er zou geen boriumlaag op de wolfram-thoriumkathode neerslaan.

De uitvinding kan worden toegepast voor het boreren van direkb-en indirekt verhitte naleveringskathodes (draden, geperste matrix etc.).

De uitvinding wordt nu toegelicht aan de hand van enkele 30 voorbeelden van de werkwijze volgens de uitvinding en aan de hand van een tekening waarin:

Figuur 1 een spiraalvormige direkt verhitte magnetronkathode in aanzicht toont en

Figuur 2 een maaskathode voor een zendbuis in een aanzicht 35 toont.

Voorbeeld 1:

Een spiraalvormige direkt verhitte magnetronkathode uit © 8200903 PHN 10.288 4 ff ---------- thoriumoxyde bevattend wolfram, zoals getoond in figuur 1 bestaande uit acht windingen 1 met een draaddikte van 0,6 mm een diameter van 5 rrm en welke spiraal een lengte van 10 nra heeft, wordt gezandstraald met wolframcarbide en vervolgens verhit in een waterstof omgeving. Vervol-5 gens wordt kathode op een temperatuur van «ongeveer 600° C gebracht door er een stroom van 7,5 A door te laten lopen en wordt de kathode in een mengsel van diboraan en argon geplaatst.

Vervolgens wordt na vijf minuten het diboraan-argon mengsel weggepampt en de stroom door de kathode, welke zich nu in vacuum bevindt, op-10 gevoerd tot 19 A en gedurende vijf minuten qp 19 A gehouden. De kathode heeft daarbij een temperatuur van 1600° C. De kathodespïraal is voorzien van een naar binnen gebogen boveneinde 2 en een tangentieel verlopend ondereinde 3. Dit einde 3 is door middel van een las 4 verbonden net een molybdeen eindplaat 5 en een steunstaaf 6. Het einde 2 is door middel, 15 van een las 7 verbonden met de centrale steunstaaf 8 en de eindplaat 9. De steunstaven 6 en 8 zijn met behulp van de koperen buisjes 10 en de ringen 11 in een alundumplaat 12 bevestigd die in de bodemplaat 13 is bevestigd.

Voorbeeld 2: 20 In figuur 2 is de schematisch weergegeven maaskathode 20 opgetouwd uit 30 volgens een linkse-schroef en 30 volgens een rechtse schroef verlopende, op de kruisingen aan elkaar gelaste draden van molybdeen met daarin lanthaanoxyde. De kathodedraden hebben een dikte van 0,45 mm en vormen een kathode net een lengte van 257 mm en een dia-25 meter van 78,8 mm. Aan één einde is de kathode 20 qp de buitenring van een cirkelvormige rechthoekige metalen goot 21 gelast, en aan het andere einde op een cirkelvormige ring 22, welke ring een einde vormt van de holle metalen steuncilinder 23. Binnen de holle cilinder 23 en de kathode 20, loop coaxiaal de holle metalen cilinder 24, welke deel uit-30 maakt van het gloeistroamcircuit van de kathode en welke via een schotelvormig verloopstuk 25 overgaat in een holle cilinder 26 van kleinere diameter. De in de cilinder 24 aanwezige gaten 27 geven toegang tot enicp zich achter deze gaten bevindende, niet verdampende gasbinders. Op het vrije einde van de cilinder 24 zijn de dunne molybdeenbandjes 28 beves-35 tigd, en ingeklemd tussen de cilinderwand en de eveneens uit molybdeen bestaande band 29. Vanuit deze bevestiging verlopen de bandjes 28 aanvankelijk in axiale richting, beschrijven vervolgens een bij benadering 8200903 ΕΗΝ 10.288 5 6 -----halfcirkelvormige boog en eindigen tenslotte weer in axiale richting tussen de rrolybdeenband 30 en de binnenring van de kathodegoot 21. De kathode wordt verhit in zuivere waterstof en vervolgens bij 700° C in een mengsel van B^H^q en argon geplaatst. Daarna wordt na vijf minuten 5 het B4H1Q mengsel weggepcupt en de kathode gedurende vijf minuten tot 1400° C verhit. Dit verhitten kan bij voorkeur in de dichtgelaste zend-buis op de pcmp bij het evacueren geschieden. Er is nu een La - (kó]B / kathode gevormd, welke een 1½ maal zo goede emissie heeft als de gecar-boniseerde lanthaan-molybdeen kathodes.

10 Voorbeeld 3:

Een kathode van de vorm zoals weergegeven in figuur 2 be-. staat uit draden van wolfram met daarin yttriumoxyde. Deze kathode wordt verhit in een menggas van helium, stikstof en waterstof en vervolgens bij 800° C in een mengsel van BF^ en geplaatst. Vervolgens 15 wordt na vijf minuten het mengsel weggepcnpt en de kathode gedu rende vijf minuten tot ongeveer 1400° C verhit. Er is nu een Y-£w)B kathode gevormd.

Voorbeeld 4:

Een kathode van de vorm volgens figuur 1 bestaat uit een 20 spiraal van wolfram met daarin scandium-oxyde. Deze kathode wordt verhit in zuivere waterstof en vervolgens tot 600° C verhit en in een mengsel van BCl^ en geplaatst, welk mengsel na vijf minuten wordt weggepcnpt. De kathode wordt vervolgens gedurende vijf minuten op een temperatuur van 1600° C gehouden waarbij een Sc - JjQg kathode ont-25 staat.

30 35 8200903

Claims (5)

1. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gas vormige boriumverbinding diboraan (B2Hg) is.
2. 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, net het kenmerk, dat de kathode voor het boreren geruwd wordt.
3. 4. Kathode geboreerd met een van de werkwijzen volgens een der 20 conclusies 1 tot en met 3.
4. 5. Zendbuis bevattende een kathode volgens conclusie 4.
5. 6. Magnetron bevattende een kathode volgens conclusie 4. 25 30 35 8200903