NL8701739A - Oxydekathode. - Google Patents

Description

*1 % PHN 12.200 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven Oxydekathode.

De uitvinding heeft betrekking op een kathode met een dragerlichaam dat in hoofdzaak uit nikkel bestaat en bedekt is met een laag elektronenemitterend materiaal bevattende aardalkalimetaaloxyden en tenminste bevattende barium.

5 Dergelijke kathoden zijn algemeen bekend en worden bijvoorbeeld beschreven in "Advances in Electronics and Electron Physics 25,211-275 (1968). De emissie van dergelijke kathoden berust op het vrijmaken van barium uit bariumoxyde. Naast het bariumoxyde bevat het elektronenemitterend materiaal doorgaans strontiumoxyde en soms 10 calciumoxyde.

De eigenlijke emissie wordt in hoofdzaak verzorgd door kleine gebiedjes (zogenaamde "sites") met de laagste effectieve uittreepotentiaal voor elektronen, die verspreid zijn over het elektronenemitterend materiaal. In de praktijk zullen gebiedjes met een 15 iets hogere uittreepotentiaal nauwelijks tot de door de kathode gegenereerde elektronenstroom bijdragen.

Voor een hoge effectieve elektronenemissie is het dan ook gunstig het aantal gebiedjes met een zo laag mogelijke uittreepotentiaal in de totale verdeling van "sites" zoveel mogelijk te verhogen.

20 Een kathode volgens de uitvinding heeft hiertoe het kenmerk dat het elektronenemitterend materiaal 0,1-20 gewichtsprocent europiumoxyde of ytterbiumoxyde bevat.

In een voorkeursuitvoering bevat het elektronenemitterend materiaal 0,2-25 gewichtsprocent europiumoxyde.

25 De uitvinding berust op het inzicht dat europium en in iets mindere mate ytterbium wat betreft een aantal chemisch-fysische eigenschappen sterke verwantschap vertonen met enkele aaralkalimetalen, in het bijzonder strontium terwijl juist de combinatie van bariumoxyde en strontiumoxyde en eventueel calciumoxyde in bestaande kathoden als 30 verklaring voor het optreden van de gebiedjes met lage uittreepotentiaal wordt gezien.

De betreffende fysisch-chemische eigenschappen zijn onder ?70173? PHN 12.200 2 F / andere atoomstraal, ionstraal, bindingsenergie met zuurstof en een neiging tot 2-waardige valentie. Hoewel dit laatste ook, zij het in veel mindere mate, geldt voor samarium en thulium tonen deze elementen wat betreft de andere eigenschappen geen verwantschap.

5 Ook bij experimenten bleek de emissie van een kathode van de in de aanhef genoemde soort door toevoeging van met name europiumoxyde aanzienlijk verbeterd te kunnen worden terwijl bij toevoeging van samariumoxyde en/of thuliumoxyde niet of nauwelijks van verbetering sprake was. Een kathode waaraan europiumoxyde was toegevoegd 10 gaf een verhoging van de verzadigingsstroom met 28 % en ook een verbetering in een aantal andere nul-uur emissieeigenschappen.

Hierbij wordt opgemerkt dat het toevoegen van samariumoxyde, en thuliumoxyde en oxyden van enkele andere zeldzame aardmetalen op zichzelf al wordt voorgesteld in de Europese 15 Octrooiaanvrage EP 0.21C.805 ten behoeve van levensduurverbeteringen, waarbij de voorkeur met name uitgaat naar scandiumoxyde of yttriumoxyde.

De daar genoemde toevoegingen blijken echter niet de genoemde nul-uur verbeteringen te geven; eerder kan dit ten koste gaan van een zekere achteruitgang in de initiële emissie (zie ook 20 bijvoorbeeld figuur 3 in EP 0.204.477)

De uitvinding zal thans nader worden verklaard aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld en de tekening, die schematisch in dwarsdoornede .in figuur 1 een kathode volgens de uitvinding toont.

De kathode 1 in figuur 1, bevat in dit voorbeeld een 25 cylinder vormige nichrome kat.hodeschacht 3, voorzien van een kap 7. De kap 7 bestaat hoofdzakelijk uit nikkel en kan reducerende middelen zoals bijv. silicium, magnesium, mangaan aluminium en wolfraam bevatten. In de kathodeschacht 3 bevindt zich een spiraalvormige gloeidraad 4 welke uit een metalen spiraalvormig gewonden kern 5 en een elektrisch isolerende 30 aluminiumoxydelaag 6 bestaat.

Op de kap 7 bevindt zich een ca 70 pm dikke laag emitterend materiaal 2, die bijvoorbeeld door middel van spuiten is opgebracht. of met behulp van de methode beschreven in USF 4.197.152. De laag 2 bevat bijvoorbeeld een mengsel van bariumoxyde en strontiumoxyde, 35 verkregen door bariumstrontiumcarbonaat aan te brengen en vervolgens te ontleden of een mengsel van bariumoxyde, strontiumoxyde en calciumoxyde.

Volgens de uitvinding bevat, de laag 2 bovendien ca 2 ö 7 o m s FHN 12.200 3 gewichtsprocent europiumoxyde (berekend als percentage van de hoeveelheid bariumstrontiumcarbonaat), dat in het geval van spuiten als poeder aan de spuitsuspensie kan zijn toegevoegd. Dit levert een kathode met verbeterde emissieeigenschappen.

5 De verkregen verbetering valt mogelijk te verklaren doordat europium (en ook ytterbium) fysisch-chemisch sterke verwantschap tonen met m.n. strontium en calcium, waarvan de oxyden om hun goede eigenschappen bekend zijn. In de volgende tabel worden ter illustratie hiervan een aantal eigenschappen van barium, strontium, calcium, 10 europium, ytterbium en enkele nabijgelegen zeldzame aarden weergegeven.

__(J± (2)__(3) (4)______

Ba 4,48 Ba24 1,35 714 Kubisch b.c.

Sr 4,2?- Sr2 1,13 768 Kubisch f.c.

15 Cdj 3,93 Ca24 0,99 838 Kubisch f.c.

Smj 3,60 Sm0’ 1,11 1072 Rhombohedrisch ! Sm34 0,96 ï

Eu 4,08 Eu2" 1,09 j 826 Kubisch b.c.

Eu34 0,95 | 0Λ 02 3,5¾ Cd34 0,94 ! 1312 Hexagonaal O 4 "V· C Λ Λ m <- Λ £/ * r ΛΓ II.- v * ♦· -· Λ a·» * I *jV» lift v f .7‘i I *·*;* nt-'Actyi

Tm3+ Λ.87

Yb 3,87 Yb2+ 0,93 824 Kubisch f.c.

1 >+ Y!C 0,86 2l Lu 3,47 La34 0,85 1652 Hexagonaal_ . -1 (1): atoomdiameter m 10 nm _ Λ (2.): ionstraal in 10 nm (3): smeltpunt (°C) 30 (4): kristalstructuur

Bronnen: Comprehensive Inorganic Chemistry, Vol 4 Lanthanides and Transition Metal Compounds A. Trotma Dictenson (exec, ed)

Pergamon Press r*

Key to the Periodic Chart of the Atoms, 1969 Edition Sargent-Welch Scientific Company.

8701738 r r * PHN 12.200 4

Ook in de oxyden van europium en ytterbium bleek de berekende Gibssenergie per gebonden zuurstofatoom, vergelijkbaar met die van strontiumoxyde resp. calciumoxyde en bijvoorbeeld veel lager dan die voor de oxyden van de overige (pseudo) lanthaniden 5 Zoals reeds vermeld werd aan kathoden volgens de uitvinding (met europiumoxide) een verzadigingsstroom gemeten die ca.

28 hoger was dan zonder toevoeging van europiumoxyde. Ook in het zogeheten ruimteladingsgebied werd een verbetering van de emissie geconstateerd bij meting direct na vervaardiging en activeren (zogen. .

10 nul-uur-metingen). Zo werden bij overigens identieke instelling emissiestromen gemeten die 2-4 % hoger lagen dan voor overigens identieke kathoden zonder toevoeging van europiumoxyde.

Ook het punt waar de emissiestroom in een kathode-straalbuis bij verlagen van de gloeispanning over de verwarmingsdraad 10 15 % gedaald is omdat deze emissiestroom verder vrijwel uitsluitend thermisch bepaald is (zogen, roll-off-punt) lag 0,2 V lager dan bij de kathoden zonder europiumoxyde.

De kathoden volgens de uitvinding kunnen derhalve voor gelijkblijvende emissie worden bedreven met een kathodespanning die 20 tenminste 0,2 V lager ligt. Dit houdt in dat de kathodetemperatuur ca 25VC lager gekozen worden, hetgeen in praktische toepassingen overeenkomt met ongeveer een verdubbeling van de levensduur.

Uiteraard is de uitvinding niet. beperkt tot het hier getoonde voorbeeld maar zijn voor de vakman binnen het kader van de 25 uitvinding diverse variaties mogelijk. Zo kunnen naast europiumoxyde of ytterbiumoxyde oxyden van andere zeldzame aardmetalen (bijvoorbeeld van lutetium of terbium) worden toegevoegd, terwijl ook in de vormgeving van de kathode diverse variaties mogelijk zijn (cylindervormig, hol, bol, enz) Ook kan europiumoxyde (of europium in een andere vorm gebonden) 30 tijdens een eerdere bereidingsstap, bijv. bij het neerslaan van het carbonaat worden toegevoegd.

8701738

Claims (6)

1. Kathode met een dragerlichaam dat in hoofdzaak uit nikkel bestaat en bedekt is met een laag elektronenemitterend materiaal bevattende aardkalimetaalcxyden en tenminste bevattende barium met het kenmerk dat het elektronenemitterend materiaal europiumoxyde of 5 ytterbiumoxyde bevat.

2. Kathode volgens conclusie 1 met het kenmerk dat het elektronenemitterend materiaal 0,2 - 25 gewichtsprocent europiumoxyde bevat.

3. Kathode volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk dat het 10 elektronenemitterend materiaal in hoofdzaak bariumoxyde en strontiumoxyde bevat.

4. Kathode volgens een der conclusies 1 t/m 3 met het kenmerk dat het dragerlichaam reductiemiddelen bevat.

5. Kathode volgens een der vorige conclusies met het kenmerk :r .dat het elektronenemitterend materiaal tevens lutetiumoxyde of terbiumoxyde bevat.

6. Elektronenstraalbtus voorzien van een kathode volgens een der conclusies 1 t/m 5. 8701739