PL6388B1 - Katoda zarowa do naczyn wyladowawczych i sposób jej wyrobu. - Google Patents

Description

Katoda zarowa, w szczególnosci do elektrycznych naczyn wyladowawczych o czystem wyladowaniu elektronowem, np. do prostowania, wykrywania i wzmacniania zmiennych pradów elektrycznych o malej lub wielkiej czestotliwosci, wyrabia sie badz ze zwyklego wlókna lamp zarowych (ciagnione wlókno wolframowe), badz ze specjalnego materj alu katodowego. W tym ostatnim wypadku katoda moze byc sporzadzona rozmaitemi sposobami. Kato¬ da najdawniejsza, dotychczas uzywana i stopniowo ulepszana jest katoda tlenkowa Wehnelta, w której jest wyzyskana wla¬ snosc tlenków metali ziem rzadkich pote¬ gowania emisji elektronów. Katoda taka tworzy sie przez powleczenia powierzchni przewodnika elektrycznego warstwa tlen¬ ków metali ziem rzadkich, która nagrzewa przewodnik wskutek przeplywajacego w nim pradu; powodujac emisje elektronów.Sporzadzenie i nakladanie warstwy kompli¬ kuje fabrykacje, która jest znacznie prost¬ sza przy wytwarzaniu zwyklego wlókna lamp zarowych. Nastepnie przy umieszcza¬ niu katody w naczyniu wyladowawczem, podczas transportu, a takze podczas pracy sa mozliwe uszkodzenia powierzchni tlen¬ kowej.W nowym sposobie tworzenia katody jest zachowany wzór zewnetrzny katody Wehnelta w tym sensie, ze zastosowana jest czynna warstwa zewnetrzna na po¬ wierzchni przewodnika podstawowegojprzyczem materjalem czynnym jest metal ziem rzadkich, a mianowicie tor w stanie chemicznie czystym, lub jego tlenek. Zmie¬ niona jest natomiast metoda wykonania: tlenek toru jest dodany do wolframu jako do materjalu wyjsciowego i oba razem sa przerobione na drut. Tor, zawarty w wol¬ framie drutu, moze byc przeprowadzony przez dyfuzje na powierzchnie drutu dzieki specjalnemu nagrzewaniu go w próz¬ ni, i tworzy wtedy czysta metaliczna po¬ wloke zewnetrzna, otaczajaca jadro wol¬ framowe. Wskutek energicznego dzialania toru w temperaturach niskich w porówna¬ niu z temperatura bialego zaru wolframu, otrzymuje sie katode zarowa, która po¬ chlania znacznie mniej energji niz czysta katoda wolframowa przy takiej samej emi¬ sji elektronów na jednostke powierzchni.Ujemna strona tej katody jest to, ze fabrykowanie zawierajacego tor wlókna jest znacznie trudniejsze, niz wyrób drutu z czystego /wolframu, tego, jak wiadomo, najbardziej trudnego do obróbki metalu; nastepnie tworzenie wierzchniej warstwy na wlóknie, umieszczonem w naczyniu wy- ladowawczem, zapomoca ogrzewania w prózni pochlania sporo czasu i jest kosztow¬ ne; prócz tego nadzwyczaj cienka wierzch¬ nia warstwa jest bardzo czula na najlzej¬ sze dzialanie wilgoci i tlenu, jak równiez na mechaniczne wstrzasy.Niniejszy wynalazek opiera jsie na na¬ stepujacych rozwazaniach. Wlókno z czy¬ stego wolframu wymaga, wskutek swej wysokiej temperatury zarzenia, pradu o znacztnem natezeniu celem osiagniecia za¬ danej emisji elektronów. Najbardziej zbli¬ zony do wolframu molibden, mniej ko¬ sztowny jako dajacy sie latwo odrabiac, nie moze tutaj znalezc zastosowania, bo przy bialym zarze latwo sie rozpyla i predko sie zuzywa. Bylby on i z tego powodu nieod¬ powiedni, ze jego temperatura bialego za¬ ru jest znacznie nizsza od odpowiedniej temperatury wolframu, a emisja elektro¬ nów jest funkcja temperatury, przeto wlókno molibdenowe wymagaloby wiek¬ szej powierzchni niz wlókno wolframowe.Wieksze powierzchnie wymagaja jednak wiekszych przekrojów i wiekszych pradów do ogrzewania. Wlókna zewnatrz puste bylyby przy stosowanych w danym razie wymiarach prawie nie do wykonania. Wlók¬ no wolframowe, zawierajace tor, jest od- dawna stosowane przy fabrykacji lamp za¬ rowych; wlókno molibdenowe zawierajace tor, natomiast nie bylo dotychczas wytwa- rzanet, gdyz nie nadawalo sie do fabryka¬ cji lamp zarowych, jako latwo rozpylaja¬ ce sie, i nigdy równiez nie bylo stosowane w praktyce jako wlókno katody zarowej.Wynalazcy wytworzyli wlókno wolfra¬ mowe, zawierajace tor, i wlókno molibde¬ nowe, zawierajace tor, przez dodanie tlen¬ ku toru do odpowiednich kwasów i doszli do nastepujacych zadziwiajacych rezulta¬ tów. We wlóknie wolframowem, zawiera- jacem tor, okazaly sie, jak tego mozna by¬ lo sie spodziewac i o czem oddawna wia¬ domo, stosunkowo bardzo male krysztaly w porównaniu z niezawierajacem toru czy- stem wlóknem wolframowem. Wedlug zina- nego objasnienia tego zjawiska, tlenek to¬ ru nie rozpuszcza sie w wolframie, tkwi natomiast jako cialo obce miedzy kryszta¬ lami wolframu i przeciwdziala rozrastaniu sie lub zrastaniu sie krysztalów przy o- grzewaniu ich podczas fabrykacji wlókien.W gotowem wlóknie, zawierajacem tor, znajduje sie wiec tylko tlenek toru i to w nieznacznych ilosciach (ulamki procentu) wskutek znacznych trudnosci, jakie przed¬ stawia obróbka wolframu z wieksza przy¬ mieszka tlenku toru. Z tego równiez powo¬ du wierzchnia warstwa wlókna zawiera nie¬ zmiernie mala ilosc nieczynnego tlenku to¬ ru, tak ze celem osiagniecia czynnej war¬ stwy wierzchniej jest konieczna dalsza ob¬ róbka wlókna w wysokiej temperaturze i duzej prózni wedlug znanej metody dyfu¬ zji. - 2 -\ Wlókno molibdenowe, zawierajace tor, wykazalo niespodziewanie zupelnie inna strukture. Wiadomo, ze wolfram i molib¬ den uwazano za materjaly, posiadajace jednakowe wlasnosci, i to, co stwierdzono dla wolframu, przyjmowano równiez jako wlasnosc molibdenu, a to z tego powodu, ze tylko wolfram jako nadajacy sie do fa¬ brykacji lamp zarowych byl badany. Wiec tez przypuszczano, ze domieszka toru u- trudnia przekrystalizowanie molibdenu, podobnie jak wolframu. Totez tern bardziej niespodziewany byl fakt, ze krysztaly molib¬ denu, zawierajacego tor, byly prawie tej samej wielkosci, co krysztaly czystego mo¬ libdenu, przyczem nie wykryto wcale wkro- pionego tlenku toru. To doprowadzilo do wniosku, ze tor, wzglednie jego zwiazki, w szczególnosci tlenek toru, nie rozpuszczaja sie w wolframie, ale doskonale sie rozpu¬ szczaja w molibdenie, i ze najprawdopo¬ dobniej tlenek toru redukuje sie przez mo¬ libden juz przy wytwarzaniu drutu w wy¬ sokiej temperaturze na czysty tor metalicz¬ ny, który laczy sie z molibdenem.Wedlug wynalazku niniejszego za ka¬ toda zarowa uzywa sie wlasnie wlókna, któ¬ re równiez na powierzchni zawiera tor cal¬ kowicie lub przewaznie metaliczny, rozpu¬ szczony w molibdenie. Celem wytworzenia czynnej warstwy wierzchniej nie potrzeba zadnej dalszej obróbki. Wskutek rozpu¬ szczenia sie toru w molibdenie oraz zupel¬ nego polaczenia i wzajemnego przenikania sie obu metali powierzchnia drutu dziala dosc energicznie i nawet w niskich tempe¬ raturach, w których torowane wlókno mo¬ libdenowe zaledwie sie zarzy i w kazdym badz razie pozostaje ponizej temperatury rozpylania, wystepuje emisja wielokrotnie wieksza, niz przy czystym molibdenie w tej samej lub wyzszej temperaturze. Dzie¬ ki temu wystarcza tu prad o malem nateze¬ niu, jak w przypadku torowanego wlókna wolframowego o wyjatkowo czynnej war¬ stwie 'wierzchniej. Dodatnie strony katody, wytworzonej wedlug wynalazku niniejsze¬ go, polegaja nietylko na tern, ze staje sie zbednem poddawanie torowanego wlókna dzialaniu wysokiej temperatury i prózni, dzieki czemu wytwarzanie wlókna katody zarowej jest latwiejsze i tansze. Wbrew wiadomosciom, spotykanym w literaturze patentowej, nie mozna zawartosci tlenku toru w ciagnionem wlóknie wolframowem podniesc do kilku procentów, jezeli nie ohce sie fabrykacji wlókna nadzwyczaj u- trudnic lub zupelnie uniemozliwic. Toro¬ wane wlókno molibdenowe natomiast moze byc latwo wytworzone z duza zawartoscia toru, i to jest równiez dowodem, ze tlenek toru nie gromadzi sie na sciankach kryszta¬ lów molibdenowych, a najprawdopodob¬ niej redukuije sie na tor metaliczny oraz jako tlenek lub zredukowany tor metalicz¬ ny rozpuszcza sie w molibdenie. Dlatego gdy podczas uzycia katody tor z wierzch¬ niej warstwy sie ulatnia, nastepuje dyfuzja ku powierzchni toru obficie zawartego we wnetrzu i katoda trwale zachowuje swe wlasnosci.Przy wiekszej zawartosci procentowej toru stop na powierzchni jest tak bogaty w czynny tor, ze jest zbedne tworzenie spe¬ cjalnej warstwy wierzchniej. Oczywiscie, mozna i takie warstwy wytwarzac i to przy znacznie nizszych temperaturach (1200— 1400°C), niz przy obróbce torowanego wlókna wolframowego.Katoda zarowa moze byc wytworzona wedlug wynalazku niniejszego w sposób nastepujacy.Kwas molibdenowy miesza sie w spo¬ sób znany z tlenkiem toru, wzglednie azo¬ tanem toru, i otrzymana mieszanine redu¬ kuje sie w wodorze, co znów daje mie¬ szanine metalicznego zredukowanego mo¬ libdenu z niezredukowanym tlenkiem toru.Otrzymana proszkowa mieszanine prasuje sie w sztaby i wedlug znanej metody swie¬ zenia przerabia sie na sztabe, dajaca sie obrabiac mechanicznie. Przy swiezeniu 3 —najprawdopodobniej domieszany tlenek to¬ ru redukuje sie co najmniej czesciowo przez molibden na tor metaliczny, który sie rozpuszcza w oddzielnych krysztalach molibdenu. W ten sposób wytworzona sztabe, jako produkt poczatkowy, przera¬ bia sie w sposób znany przez kucie i cia¬ gnienie (obróbka mechaniczna), tak samo jak czysty molibden, na katode zarowa w formie wlókna o zadanej grubosci.Metalograficzne badania pólproduktu (sztab o przekroju 13 mm x 13 mm przed mechaniczna obróbka), podczas których porównywano trawione i nietrawione ze- spoje sztab o róznej zawartosci tlenku to^ ru z takiemi samemi zespojami sztab z czy¬ stego molibdenu metalicznego, doprowadzi¬ ly do nastepujacych wyników. Badaniu podlegaly w szczególnosci sztaby molibde¬ nowe, które zawieraly 0,75%, 1,5%, 3% i 6% tlenku toru (w stosunku do czystego molibdenu). Przy domieszce 0,75% i 1,5% tlenku toru nie widac na sztabach nietra- wionych zadnych pobocznych zawartosci, na trawionych zas zaledwie godne zazna¬ czenia zmniejszenie ziarna w porównaniu z czystym molibdenem. Przy domieszce 3% i 6% okazuje sie, ze bardzo mala czesc dodanego tlenku toru pozostaje je¬ szcze w stanie wtraconym na granicy kry¬ sztalów. Tutaj równiez rozpoczyna sie, w porównaniu z czystym molibdenem, wpraw¬ dzie nieznaczne, ale widoczne zmniejsze¬ nie ziarna. Przy domieszce 3% i 6% tlen¬ ku toru prawdopodobnie badz przekroczo¬ no granice rozpuszczalnosci tlenku toru, badz proces swiezenia trwal niedostatecz¬ nie dlugo, zeby zadana redukcja tlenku to¬ ru na tor metaliczny mogla sie odbyc.Temperatura swiezenia dla molibdenu wynosi okolo 2000°C.Dla porównania z wolframem sporza¬ dzono sztaby wolframowe z domieszka tlen¬ ku toru. Kwas wolframowy zmieszano w zupelnie taki sam sposób, jak kwas mo¬ libdenowy, z azotanem toru, zredukowano go, otrzymana proszkowa mieszanine spra¬ sowano i sztaby nastepnie poddano swie¬ zeniu. Zespoje otrzymanych sztab wykaza¬ ly przy badaniu co nastepuje: juz przy do¬ mieszce 0,375% tlenku toru (w stosunku do wolframu metalicznego) sztaby nietra¬ wione posiadaja obfite zawartosci tlenku tera, i mozna twierdzic prawie z pewnoscia, ze wieksza czesc tlenku toru pomimo wyz¬ szej temperatury procesu swiezenia (okolo 3000° C) pozostala niezmieniona na po¬ wierzchni ziaren. Sztaby trawione pokazu¬ ja bardzo znaczne zmniejszenie krysztalów w porównaniu z czystym wolframem i po¬ wierzchnia krysztalu wynosi prawie piata czesc powierzchni krysztalu czystego wol¬ framu. Przy domieszce 0,75% tlenku toru, znacznie sie powieksza ilosc wtraconego tlenku toru; wielkosc ziarna w trawionych sztabach jest 12 razy mniejsza w porówna¬ niu z czystym wolframem. Wynalazcom nie udalo sie wytworzyc sztab wolframo¬ wych, nadajacych sie sie do obróbki me¬ chanicznej, o wiekszej domieszce od wyzej podanych, a nawet mechaniczna obróbka sztab wolframowych o zawartosci 0,375% i 0,75% tlenku toru mogla byc dokonana dopiero po przezwyciezeniu znacznych trudnosci, natomiast zawartosc tlenku toru w molibdenie moze byc powiekszona poza 6%,np. do 8% i 10%.Wynalazek nie ogranicza sie do wytwa¬ rzania ciagnionych torowanych wlókien mo¬ libdenowych, a obejmuje równiez wytwa¬ rzanie katod zarowych z torowanego mo¬ libdenu w jakibadz inny sposób, np. przez wstrzykiwanie, zapomoca którego równiez osiaga sie cialo molibdenowe o wlasno¬ sciach wyzej podanych, nadajace sie na katody zarowe. PL PL

Claims (5)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. Katoda zarowa do rur wyladowaw- czych o zarzeniu przycmionem, znamienna tern, ze jest wykonana z molibdenu, zawie-rajacego pewna ilosc czystego metaliczne¬ go toru,

2. Katoda wedlug zastrz. 1, znamienna tern, ze jest wykonana z materjalu, beda¬ cego roztworem toru albo toru i jego zwiaz¬ ków w molibdenie.

3. , Katoda wedlug zastrz. 1 lub 2, zna¬ mienna tern, ze ilosc toru w materjale ka¬ tody wynosi od 0,75% do 10%.

4. , Katoda wedlug zastrz. 1, znamienna tern, ze jest wykonana ze stopu czystego toru metalicznego i molibdenu.

5. Sposób wytwarzania katody wedlug zastrz. 1, znamienny tern, ze proszkowa mieszanina molibdenu z tlenkiem toru po sprasowaniu poddaje sie swiezeniu, przy- czem molibden podczas swiezenia sluzy jako czynnik redukujacy, a nastepnie pod¬ daje sie obróbce mechanicznej. Deutsche Gluhfadenfabrik Rich. Kurtz & Dr. Ing. Paul Schwarzkopf G. m. b. H. Zastepca: L Myszczynski, rzecznik patentowy. bruk L. Boguslawskiego, Warszawa. PL PL