Glühkathode für Entladeröhren. Die Erfindung bezieht sich auf Glüh- kathoden für elektrische Entladeröhren, wie Gleichrichter mit oder ohne Gasfüllung, Empfangs- oder Sendelampen für drahtlose Telegraphie, Telephonie oder ähnliche Zwecke mit drei oder mehr Elektroden und mit oder ohne Gasfüllung, Röntgenröhren usw.
Zweck der Erfindung ist, einen solchen Stoff für Glühkathoden zu wählen, dass die Elektronenemission mit weniger Energie er hältlich ist, als es bei dem für solche Elek troden in der Praxis am meisten verwendeten Stoff, nämlich Wolfram, der Fall ist.
Gemäss der Erfindung enthält die Glüh- kathode an ihrer Oberfläche ein Nitrid min destens eines der Metalle der ersten Unter gruppe der vierten Spalte des periodischen Systems. Diese Verbindungen haben eine grössere Elektronenemission als Wolfram, was schon merklich ist, wenn sie nur einen Teil der Oberfläche der Elektroden bilden. Am meisten tritt diese Eigenschaft in den Vordergrund, wenn die Oberfläche der Elek troden ganz aus mindestens einer der erwähn ten Verbindungen besteht.
Für die Elektronenemission ist es nur wesentlich, dass die vorerwähnten Verbin dungen sich auf der Oberfläche der Elektrode befinden; es ist nicht notwendig, dass die ganze Elektrode aus diesen Verbindungen besteht; im Gegenteil wirb es für die Praxis häufig vorzuziehen sein, einen Überzug aus wenigstens einer der erwähnten Verbindun gen auf einem aus einem andern -geeigneten Stoffe bestehenden Körper aufzubringen.
Für diesen Körper kann man irgend einen schwer schmelzbaren, die Elektrizität gut leitenden Stoff, zweckmässig ein schwer schmelzbares Metall, wie Platin, Molybdän oder Wolfram oder eine schwer schmelzbare Metallegierung verwenden.
In einigen Fällen kann es zweckmässig sein, als gern einen metallischen Körper zu verwenden, der einen dem aufgebrachten Überzug entsprechenden Ausdehnungskoeffi zienten hat, zum Beispiel Platinrhodium mit zum Beispiel 10 bis 20 % Rhodium im Falle des Zirkonnitrides.
Der Schmelzpunkt des fraglichen Stoffes muss in erster Linie über derjenigen Tem- peratur liegen, bei welcher die Elektronen emission des verwendeten Nitrids oder Nitrid- gemisches praktisch brauchbare Werte an nimmt; diese Temperatur liegt im Falle des Zirkonnitrides annähernd bei l000 C; ausser dem kann aber für bestimmte Verfahren zur Herstellung der Glühkathode nach der Er findung ein hoher Schmelzpunkt für das Ma terial des Kernes erforderlich sein.
Besonders günstige Ergebnisse werden in der Praxis mit einer Glühkathode erzielt, die aus einem mit einer Zirkonnitridschicht über zogenen Kern aus schwer schmelzbarem Me tall bestehen, weil Zirkonnitrid eine hohe Elektronenemission hat und sich auf sehr hohe Temperatur erhitzen lässt.
Zur Herstellung der Glühkathode nach der Erfindung sind mancherlei Methoden geeig net. Sehr gute Ergebnisse sind erhalten mit einem Verfahren nach dem in einer Atmo sphäre, die einen reduzierenden Stoff, Stick stoff und eine discozierende Verbindung eines der Metalle der ersten Untergruppe der vierten Spalte des periodischen Systems in dampfförmigem Zustande enthält, ein Kör per auf solche Temperatur erhitzt, dass sich auf dessen Oberfläche ein Nitridniederschlag eines der betreffenden Metalle bildet.
Als dissozierbare und flüchtige Verbin dung kommen die Halogenide dieser Ele mente, und zwar zweckmässig die Chloride in Frage.
Der reduzierende Stoff besteht zweck mässigerweise aus sorgfaltig getrocknetem Wasserstoff; es könnten auch zum Beispiel Alkalidä.mpfe verwendet werden.
Ein Beispiel der Ausübung des Verfah rens gemäss der Erfindung ist anhand der Zeichnung erläutert, welche eine zu diesem Zweck geeignete Vorrichtung schematisch darstellt.
Durch die Glasröhre 1 wird ein Gemenge von Stickstoff und Wasserstoff zugeführt. Der Gehalt an Stickstoff kann zum Beispiel zwischen 30 und 50 % wechseln, obwohl die gewünschte Reaktion auch schon, wenn auch mit geringerer Geschwindigkeit, stattfindet, wenn der Gehalt in Stickstoff weit geringer, etwa 1 'n ist.
Das Gasgemenge durchströmt das Gefäss 2, wo es dadurch stark. abgekühlt wird, dass das Gefäss ? mit einem mit flüssiger Luft versehenen Gefäss 3 umgeben ist. Das auf diese Weise von Wasserdampf und andern Verunreinigungen befreite Gemenge strömt; nun durch die Röhre .l nach dem Gefäss 5, in dem sich der .Stoff F> befindet.
Will man Zirkonnitri.d niederschlagen, so nimmt man für diesen Stoff zum Beispiel Zirkonehlorid und muss das Gefäss 5 auf sol cher Temperatur gehalten werden, dass das Chlorid in genügendem Masse verdampft.
Von dem Gefäss 5 strömt das Zirkon- chloriddampf enthaltende Gasgemenge durch die Röhre 7 nach dem Gefäss 8, innerhalb welchem -die Röhre 7 mit einer Anzahl von Löchern versehen ist, so dass das Gasgemenge aus der Röhre 7, längs des Drahtes 12 und nach den Offnungen der Röhre 13 strömt.
Sowohl die Röhre 7, als auch das Gefäss 8 müssen auf solcher Temperatur gehalten werden, dass (las Zirkonehlorid dampfförmig bleibt. Die Gefässe 5 und 8 und die Röhre 7 können zum Beispiel auf eine Temperatur von annähernd 150 bis<B>300</B> C erhitzt wer den.
Das Gefäss 8 wird oben durch einen Stop fen 9, zum Beispiel aus Glas, in den die Stromzuführungsdr < i.hte 10 und 11 einge schmolzen sind, luftdicht abgeschlossen. Der Draht 12 ist mittelst Schraubenklemmen mit den Drähten 10 und 11 elektrisch leitend verbunden und kann daher durch einen elek trischen Strom auf die geeignete Temperatur gebracht werden.
Für praktische Zwecke kann diese Tem peratur annähernd 1800 C. betragen. Je- doch bildet sich eine Zirkonnitridschicht schon bei 1000 " C auf dem Draht, wenn gleich in einem viel langsameren Tempo als hei höherer Temperatur. Überhaupt findet man, dass die Geschwindigkeit der Reaktion mit steigender Temperatur zunimmt. Zu hoch darf man letztere nicht steigern, da das Anwachsen des Nitrides auf dem Drahte sonst einen so schnellen Verlauf nimmt, dass keine gut zusammenhängende Schicht erhal ten wird. Es scheint nicht zweckmässig, die Temperatur über 2000' C zu erhöhen.
Welchen Stoff man für den Draht 12 wählt, hängt, ausser von der späteren Bestim mung des präpia_rierten Drahtes, von der Temperatur ab, die man für die Reaktion aufrecht erhalten will. Hält man<B>1000'</B> C für genügend, so kann zum Beispiel Nickel angewendet werden. Zweckmässiger ist es, Zum Beispiel Wolfram, Molybdän oder Platin zu benutzen.
Im Gefäss 8 verbindet sich, infolge der hohen Temperatur des Drahtes 12, der Was serstoff des Gasgemenges mit dem Chlor des Zirkonehlorids zu Salzsäure, während der vorhandene Stinkstoff sich mit dem Zir- koniu,m zu Zirkonitrid verbindet, das sich auf dem Drahte absetzt. Das durch Salzsäure verunreinigte Gasgemenge strömt durch die Röhre 13 nach dem Gefäss 14, wo es dadurch stark abgekühlt wird, dass das Gefäss 14 von einem Gefäss 15 mit flüssiger Luft umgeben ist.
Das rückständige Zirkonchlorid und die Salzsäure setzen sich im Gefäss 14 ab, und der zuriickblebende .Stickstoff und Wasser stoff verlässt die Vorrichtung durch die Röhre 16. Das in 1.1 angesammelte Zirkon- chlorid kann, nachdem es von der Salzsäure befreit worden ist, wieder von neuem be nutzt werden.
Die Reaktion wird so lange fortgesetzt, bis der Niederschlag auf dem Drahte 12 die gewünschte Dicke erhalten hat, was man leicht dadurch feststellen kann, dass man zum Beispiel die Widerstandsveränderung des Drahtes 12 misst.
Der behandelte Draht 12, der also zum Beispiel aus einem Wolframkern mit einem Zirkonnitridniederschlag besteht, ist nun mehr zur Verwendung als Glühkathode in einer Entladungsröhre geeignet.
Die so erhaltene Glühkathode bietet we sentliche Vorteile. Die Elektronenemission ist sehr hoch. Bei annähernd 900 bis 1000 C ist die Emission zum Beispiel für Empfän gerlampen für drahtlose Telegraphie schon durchaus hinreichend, während die Dampf spannung noch unmerklich ist. Man kann zum Beispiel einen Elektronenstrom von fünf Miniampere erhalten, wenn dem<B>Glüh-</B> draht nur eine Energie von einem Watt zu geführt wird.
Wenn die Elektrode einmal durch Altern vorbereitet worden ist, so bleibt die Elek tronenemission lange Zeit konstant, Es ist zum Beispiel festgestellt worden, da.ss nach 1000 Brennstunden die Emission noch prak tisch die gleiche war wie im Anfang. Die Zirkonnitridschicht haftet gut an dem Kerne und bröckelt nicht ab.
Wichtig ist es auch, dass die gebildete Zirkonnitridschiclit eine sehr gute Leitfähig keit hat, damit die Schicht durch den hin durchfliessenden elektrischen Strom selber er hitzt wird. Weiter ist es wichtig, dass die überzogenen Drähte ohne weiteres an Nickel oder ein anderes geeignetes Metall geschweisst werden können. Es ist einleuchtend, dass dies für die Befestigung des Glühfadens an den Stützdrähten von grosser Bequemlichkeit ist.
In ganz ähnlicher Weise wie für Zirkon- nitrid beschrieben wurde, kann eine Glüh- kathode hergestellt werden, deren Oberfläche mit einer Titannitridschicht überzogen ist. Für die dissozierbare Verbindung verwendet man in diesem Falle Titanchlorid (TiCl"), das bereits bei 140 C siedet, so dass der Dampfdruck bei Zimmertemperatur hoch genug ist, um die Reaktion vor sich gehen zu lassen, und es somit überflüssig ist, die Gefässe 5 und 8 zu erwärmen.
Der Draht 12 muss auf eine Temperatur erhitzt werden, die 'zwischen<B>1000'</B> C und 2000 C liegen kann. Das TiC14 wird durch den Wasserstoff teil weise zu TiC13 reduziert, das wenig flüchtig ist und sich auf der Wand des Gefässes 8 absetzt. Der Schmelzpunkt des erhaltenen Titannitrids ist sehr hoch, jedenfalls höher als<B>2600'</B> C. Die Elektronenemission dieses Nitrids ist nicht so stark wie die des Zirkon- nitrids, aber bedeutend besser als diejenige von Wolfram.
Festgestellt wurde, dass bei einer Temperatur von annähernd 1600 C. die Emission annähernd denselben Wert hat wie die Emission einer Wolframkathode bei Itn- gefähr ?.?00 C.
Cz'lülikathoden nach der Erfindung, ins besondere solche mit Zirkonnitrid, können zum Beispiel mit Vorteil für kleinere Emp- fä,ngerlampen mit drei oder mehr Eleklroden, wie sie von Amateuren für radiotelegra- phische Zwecke verwendet werden, Anwen- dung finden.
Die Glühkathode verbraucht nur ein Viertel bis ein Fünftel der für eine, Wolframkathode erforderlichen Energie, was insbesondere für den Amateur wichtig ist:, Auch in Röntgenröhren, insbesondere in solchen mit: Hochvakuum, kann die Glüh- katliode nach der Erfindung gute Dienste leisten.
In Bogenlampen mit eingeschlossener Bo- benentladuirb kann man eine Gliilrhatliode nach der Erfindung tetenü@ber einer Anode zum Beispiel aus Wolfram anordnen Eine . solche Botenlampe kann mit Neongas gefüllt sein. Die Lichta.usstrahlunt erfolgt liaupt- sä.chlich durch die Wolfrainanode,welche in folge des hohen Schmel.zpunkt.es des Wol frams wenig verdampft.