Verfahren zur Herstellung von Ogydkathoden für Entladungsröhren und. gemäss diesem Verfahren hergestellte Ogydkathode. Die Erfindung betrifft die Herstellung der unter dem Namen "Ogydkathode" bekannten Elektroden für Entladungsröhren, wie z. B. Sende- oder Empfangslampen für drahtlose Telegraphie, Telephonie und ähnliche Zwecke, Röntgenröhren und Gleichrichter. Die bisher bekannten Elektroden dieser Gattung bestehen aus einem Körper, z.
B. aus Platin, der mit einer Metalloxydschicht überzogen ist, die bei Erhöhung der Temperatur eine sehr starke Elektronenemission zeigt, wie z. B. die Erd- alkalioxyde.
Es hat sich herausgestellt, dass die Her stellung dieser Elektroden, die zuerst von \Vehnelt beschrieben worden sind, verschie dene Schwierigkeiten mit sich bringt. So störten z. B. das Abfallen der Oxydschicht und die ungleichmässige Erhitzung der Schicht während der Verwendung als Elektroden; was eine unbeständige Wirkung zur Folge hat.
Zum Verbessern der Eigenschaften von Oxydkathoden hat man schon viele Vorschläge gemacht. So hat man z. B. vorgeschlagen, die wirksame Schicht in der Form eines Kar- Kern aus Platin und Nickel anzubringen. Bei Erhitzung entsteht erst Nickeloxyd und Erd- alkalioxyd und dann eine Nickel und das Erdalkalioxyd enthaltende Verbindung, die später wieder in Nickel und das Oxyd zer fällt.
Auch hat man schon vorgeschlagen, einen Metallkörper an der Oberfläche ein wenig zu oxydieren, um ihm eine muhe Oberfläche zu geben und ihn darauf in ein Bad von ge schmolzenen Erdalkalihydroxyden zu bringen.
Bei den bekannten Verfahren besteht die Schwierigkeit, dass häufig die Schicht des wirksamen Stoffes ungleichmässig verteilt wird und aus den bisher verwendeten Erdalkali- verbindungen werden häufig Stoffe frei, die den Metallkern angreifen oder die Entladung in anderer Weise nachteilig beeinflussen kön nen. Bei der Verwendung von unedlen b'Ie- tallen als Kern ist z. B. bei Vorhandensein eines Übermasses von Sauerstoff die Gefahr .nicht ausgeschlossen, dass der Metallkern-von dem Sauerstoff derart angegriffen wird, dass er bald durchbrennt.
Eine weitere Schwie- in den manchen Stadien der Bearbeitung, welche die Oxydkathode zu durchlaufen hat, was zugleich mit sich bringt, dass die Mög lichkeit einer Beschädigung der wirksamen Schicht und des Abfallens derselben vergrössert wird. Auch kann bei der Verwendung von unedlen Metallen für den Kern eine stabile Verbindung zwischen dem Erdalkalioxy d und dem Stoffe des Kernes gebildet werden, wel che Verbindung bei Erhitzung nicht wieder zerfällt.
Wo in dieser Beschreibung von einem Kern die Rede ist, ist darunter sowohl ein Kern draht, auf dem das wirksame Oxyd ange bracht wird, wie ein zur Unterstützung des wirksamen Oxyds dienender Körper jeder andern Form zu verstehen.
Die Erfindung hat den Zweck, die erwähn ten Schwierigkeiten zu beheben, die lferstel- lung von Oxydkathoden zu vereinfachen und ein gutes Anhaften der wirksamen Oxyd schiebt zu erzielen. Die Erfindung hat zugleich den Zweck, die Verwendung von unedeln Metallen als Unterstützung für die Oxydschicht zu ermög lichen, ohne dass diese Unterstützung durch schädliche Bestandteile der aufgebrachten Schicht geschwächt wird.
Gemäss der Erfindung wird ein Metall körper an der Oberfläche wenigstens teilweise oxydiert und es wird darauf mindestens ein Edelalkalimetall mit dem Körper derart in Berührung gebracht, dass an der Oberfläche des Körpers Erdalkalioxyd entsteht.
Es hat sich herausgestellt, dass das Erdalkalimetall, wenn es mit dem oxydierten Metallkörper in Berührung gebracht wird, wenigstens grossen teils in das Oxyd des Erdalkalimetalles ver wandelt wird, wozu die Oxydschicht des ssle- tallkörpers wahrscheinlich in hohem Masse mitwirkt, obwohl möglicherweise die Oxyda tion auch zum Teil mittelst in der Umgebung des Metallkörpers vorhandenen Sauerstoffes erzielt werden kann.
Es hat sich herausge stellt, dass die in dieser Weise angebrachte Oxydschicht fest mit dem Kern verbunden ist, was die Folge einer Reduktion der Oxyd- schiebt des Metallkörpers sein kann, wodurch die Oberfläche dieses Körpers porös wird und das wirksame Oxyd sich in den Poren ab setzt.
Zweckmässig wird als Kern ein unedles Metall verwendet, das einen nicht zu nied rigen Schmelzpunkt hat, wie z. B. Wolfram, Molybdän, Nickel oder dergleichen, oder Le gierungen solcher Metalle. Wolfram hat sich als sehr geeignet erwiesen. Wolframdraht wird in der Industrie in mancherlei Stärken, ins besondere mit sehr kleinen Durchmessern, verwendet. Es hat eine grofje Zugfestigkeit, was insbesondere bei dünnen Drähten wichtig ist. Auch wenn die Unterstützung nicht in Drahtform verwendet wird, bietet das Wolfram Vorteile. So lässt es sich z. B. leicht oxy dieren und das gebildete Oxyd verdampft nicht leicht.
Auch ist Wolfram durch seinen hohen Schmelzpunkt bei der Temperatur, bei der die Oxydkathode betrieben wird, noch wenig in Gefahr, von der bedeckenden Schicht angegriffen zu werden.
Die Erdalkalimetalle kömien auf verschie dene Weisen mit dem oxydierten Körper in Berührung gebracht werden. Es kann z. B. eine leicht zersetzbare Erdalkaliverbindung, die keinen Sauerstoff enthält und aus der bei Erhitzung das Erdalkalimetall frei wird, auf der Oberfläche angebracht werden. So kann z.
B. eine Stickstoffverbindung der Erdalkali- metalle,wie Bariumazid (BaN,s), auf dem Kern angebracht werden, welche Verbindung bei Erhitzung in Bariumnitrid, Barium und Stick stoff zerfällt. Das in dieser Weise frei wer dende Barium wird wahrscheinlich von der Oxydschicht des Kernes oxydiert und fest gehalten.
Man hat aber gefunden, dass es vorteil haft ist, den Metallkörper, nachdem er oxy diert worden ist, mit einem Erdalkalimetall- dampf zu umgeben. Bei Anwendung dieser letzteren Form des Verfahrens hat es sich herausgestellt, dass das Metall in Darnpfforrn so wirksam ist, dass es sehr leicht von dem Kern aufgenommen und auf diesem als Erd- alkalioxyd abgesetzt wird. Ein weiterer Vor- <I>teil</I> dieser Form des Verfahrens ist die mit diesem erzielte Gleichmässigkeit und Reinheit der wirksamen Schicht, welche für eine gute Wirkung der Oxydkathode von besonderer Bedeutung sind.
Es empfiehlt sich in vielen Fällen, das Erdalkalimetall während der Entlüftung der Entladungsröhre mit dem oxydierten Körper in Berührung zu bringen, was den Vorzug hat, dass beim Entlüften frei werdende Un- reinigkeiten sofort weggepumpt werden und dass, falls das Edelalkalimetall in Dampfform mit dem Kern in Berührung gebracht wird, dies in der Entladungsröhre selbst geschehen kann, ohne dass dafür ein besonderer entlüf teter Raum nötig ist.
Das Erdalkalimetall kann in der Form einer leicht zersetzbaren Erdalkaliverbindung in der Entladungsröhre angebracht werden und diese Verbindung kann während der Entlüf tung der Röhre derart erhitzt werden, dass sie zersetzt und dass das freiwerdende Erd- alkalimetall durch Verdampfung zum oxy dierten Körper geführt wird. Zu diesem Zwecke kann der zu zersetzende Stoff z. B. auf einer oder mehreren der Elektroden auf gebracht werden, und es können die Zerset zung und Verdampfung durch die Erhitzung dieser Elektroden während der Entgasung ge schehen.
Obwohl es sich herausgestellt hat, dass eine besondere Erhitzung der zur Unterstüt zung dienenden Körper nicht unentbehrlich ist, so ist dennoch eine, jedoch nicht zu hohe Erhitzung des Kernes erwünscht. Wahrschein lich wird dadurch die Reaktion zwischen dem Erdalkalimetall und dem Oxyd des Kernes gefördert.
Die gemäss dem Verfahren nach der Er findung hergestellte Oxydkathode bietet man che Vorteile. Da das Erdalkalimetall selber mit der Unterschicht in Berührung gebracht wird, wird dadurch vermieden, dass die Unter schicht der Einwirkung etwaiger schädlicher Stoffe aus der Oberschicht, wie z. B. eines Übermasses von Sauerstoff, ausgesetzt wird.
EMI0003.0016
gut an der Oberfläche und Emissionsvermögen und Lebensdauer der erfindungsgemässen Oxyd kathode genügen hohen Anforderungen.
Um eine gute Wirkung der Oxydkathode zu erzielen, empfiehlt es sich, den Draht zu ;,altern". Dies geschieht z. B. dadurch, dass der Draht allmählich auf eine hohe Tempe ratur gebracht und einige Zeit auf dieser Temperatur gehalten wird. Das Emissions vermögen wird durch diese Bearbeitung we sentlich erhöht.
Falls die wirksame Schicht dadurch auf dem Kern der Kathode aufgebracht wird, dass Erdalkalimetalldampf während des Entlüf tungsverfahrens mit dem Kern in Berührung gebracht wird, so wird sich das Erdafkali- metall in der Röhre ausser auf dem Kern, auch auf andern Teilen innerhalb der Röhre, z. B. auf Poldrähten und auf der Röhren wand, absetzen. Es hat sich aber heraus gestellt, dass diese Absetzung in den meisten Fällen keine Schwierigkeiten zur Folge hat; es kann sogar das abgesetzte Metall als rei nigender Stoff für eine etwaige Gasfüllung, bezw. für das Vakuum günstig wirken.
Das folgende Beispiel diene zur Verdeut lichung der Erfindung, welche jedoch, wie aus dem Vorausgehenden hervorgeht, nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
In einer Entladungsröhre wird als Kern für die Kathode ein Wolframdraht angebracht, der an der Luft. auf eine Temperatur von etwa 600 C erhitzt und dadurch oxydiert worden ist, welche Oxydation aber auch auf andere Weise stattfinden kann. Eine andere Elektrode, z. B. die Anode, wird auf der der Kathode zugekehrten Seite mit einer geringen Menge von Erdalkaliverbindungen, wie z. B. von Bariumazid, versehen. Die Röhre wird darauf entlüftet, wobei die Anode auf eine Temperatur von etwa 1100 bis 1200 C er hitzt wird, um die in ihr aufgenommenen Gase auszutreiben. Die auf dieser Elektrode angebrachte Erdalkalimetallverbindung wird durch diese Erhitzung zersetzt werden. Ba riumazid z.
B. zerfällt schon bei ungefähr 150
EMI0003.0027
schon das freiwerdende Barium. Durch die Erhitzung während der Entlüftung wird der zur Unterstützung der wirksamen Katho denschicht dienende Draht schon dermassen erhitzt (ungefähr auf 450-5001' C bei zen traler Anordnung der Kathode innerhalb der Anode), dass eine besondere Erhitzung des Kerns überflüssig wird. Das Barium wird auf dem Kern niedergeschlagen und in das Oxyd verwandelt, wobei wahrscheinlich grossenteils Reduktion des oxydierten Metalles stattfindet. Der Bariumdampf wird sich auch z. B. auf der Wand, auf den Poldrähten und wahr scheinlich auch auf der wirksamen Schicht der Kathode niederschlagen.
Beim Betrieb der Entladungsröhre wird gegebenenfalls auf der Kathode vorhandenes metallisches Barium verdampfen oder mit Hilfe der Oxydsehicht des Metallkörpers bald in Bariumoxyd umge- wandelt werden.
Eine andere Methode zum Aufbringen des Erdalkalioxyds auf die Kathode besteht darin, dass die auf einem sogenannten Fül>chen einer Entladungsröhre aufgestellten Elektroden in die leicht zersetzbare Verbindung, wie Ba riumazid, eingetaucht werden. Nachdem das Füsschen in die Entladungsröhre eingeschmol zen ist, wird nun während des Entlüftungs verfahrens das Barium sowohl durch Zerset zung des auf der Kathode vorhandenen Ba riumazids, wie auch durch Verdampfung von einer odermehreren der andern Elektroden hin weg mit der Kathode in Berührung gebracht.
In der Zeichnung ist beispielsweise eine Drei-Elektrodenröhre für drahtlose Telephonie dargestellt, in der 1 die Kathode mit aus olfram bestehendem Kern bezeichnet, der gegebenenfalls noch einen Wolframoxydüber- zug aufweist und an der Oberfläche mit Erd- alkalioxyd bedeckt ist, und in welcher Zeich nung 2 die Anode und 3 das Gitter bezeich nen. Die Elektroden sind in bekannter Weise auf einem in einer entlüfteten Glas röhre 4 eingeschmolzenen Füsschen aufgestellt.