Cathode émettrice d'électrons et procédé pour sa fabrication. L'invention se rapporte à une cathode émettrice d'électrons, telles que celles utili sées dans les tubes à vide dits tubes ther- mioniques, comprenant un corps bon conduc teur recouvert d'une couche d'une substance émettant des électrons dans une mesure re lativement élevée, à une température relati vement basse.
Suivant l'invention ledit corps comprend un métal difficilement oxydable, qui ne fond qu'à de très hautes températures et ne présente qu'une faible volatilité, et un autre métal pouvant pénétrer, à l'état d'oxyde, en quantité relativement grande dans la couche émettrice d'électrons, sa présence dans cette couche émettrice augmentant notable ment la mesure de l'émission.
Dans le procédé de fabrication d'une telle cathode, le corps de celle-ci est formé d'un alliage comprenant principalement un métal bon conducteur, difficilement oxydable et ne présentant qu'une faible volatilité, et une quantité relativement petite d'un second métal relativement facilement oxydable, et relativement volatil. Ce corps est d'abord recouvert au moyen de la substance émettrice d'électrons, puis est soumis à la cuisson. en présence de l'oxygène pour qu'une réaction chimique se produise entre le second métal faisant partie du corps métallique et la subs tance recouvrant ledit corps, cette cuisson étant suivie d'une seconde cuisson, mais cette fois en l'absence d'oxygène.
Le dessin ci-joint, donné à titre d'exemple, se rapporte à une forme d'exécution de l'ob jet de l'invention. La fig. 1 représente, en grand, un filament conducteur pouvant être utilisé comme cathode émettrice d'électrons quand il est constitué comme il est indiqué ci-dessous. La fig. 2 montre l'emploi d'un tel filament dans un tube à vide à trois élec trodes, du genre thermionique. Dans chacune de ces figures la cathode est indiquée en 2 sous la forme d'un fil plat torsadé ayant par exemple une largeur d'environ 0.3 de millimètre et une épaisseur d'environ 0.05 de millimètre.
Les filaments formés d'un corps métalli que recouvert d'oxydes de métaux du groupe alcalino-terreux sont bien connus, et l'on emploie souvent des filaments de platine re couvert de couches alternées d'hydroxyde de strontium et de résinate de baryum.
On a cependant découvert que l'on peut obtenii des filaments présentant une plus grande activité au point de vue de l'émission des électrons que ceux ordinairement utilisés, en constituant le corps de ces filaments d'un alliage de platine et de nickel. Si un tel corps, recouvert d'un carbonate d'un métal du groupe alcalino-terreux, est soumis à la cuisson à l'air libre, des oxydes de nickel et du métal alcalino-terreux se forment, pour constituer ensuite un composé contenant du nickel sous forme d'oxyde et l'oxyde du mé tal alcalino-terreux.
Si une nouvelle opéra tion de cuisson a lieu ensuite à l'intérieur d'un tube dans lequel on fait le vide durant cette opération, de l'oxygène est éliminé, et il ne reste qu'une couche d'oxyde alcalino- terreux en contact intime avec du nickel fi nement divisé.
On a constaté que pour un corps formé de cet alliage de nickel et de platine recouvert d'oxyde d'un métal alcalino- terreux et soumis à la cuisson à l'air libre, comme le nickel se volatilise et s'oxyde beaucoup plus rapidement que le platine, une réaction importante a lieu entre la -ma tière recouvrant le corps et le nickel, tandis que la réaction s'exerçant entre le platine et cette matière est très petite.
Quand le fila ment ainsi obtenu est utilisé comme cathode dans un tube vide d'air, et qu'il a été tra versé pendant environ seize heures par un courant le maintenant à la température nor male de travail, on observe une puissance émettrice d'électrons à peu prés double de celle offerte par un filament formé d'un corps en platine recouvert d'un oxyde de métaux alcalino-terreux en contact in4lime avec le platine finement divisé introduit dans ledit oxyde par les réactions mentionnées.
L'alliage donnant les résultats les plus satis- faisants comprend 95 % de platine et 5 % de nickel. Ces pourcentages ont été établis en tenant compte des conditions de malléabilité que doit présenter le corps pour être trans formé sous forme de fil, du degré d'activité qu'offre la cathode finie, et de la durée de service que l'on peut exiger d'elle.
Si l'on veut conserver ces divers avantages, les va riations permises dans les proportions de platine et de nickel entrant dans la compo sition du corps sont très faibles, et cela pro vient principalement du taux de volatilisa- tion de la cathode quand elle est en service dans le tube à vide. A température égale, un corps formé seulement de platine est beaucoup plus rapidement détruit par volati- lisation qu'un corps formé d'un alliage de platine et de nickel en quantité relativement petite.
Toutefois le nickel étant très volatil, si ce métal entre en trop grande quantité dans l'alliage, on constate une diminution de durée de la cathode. Quand la quantité de nickel dépasse les 10% de l'alliage, la durée de la cathode devient plus petite que si son corps était formé seulement de platine, et quand la quantité de nickel entrant dans l'alliage est inférieure à 2 %,
la cathode offre une durée ne différant pas sensiblement de celle d'une cathode à corps en platine pur. Il résulte donc que la quantité de nickel entrant dans l'alliage sera de préférence com- prise entre 10 % et 2 0/a. De plus,
un pour- centage supérieur à 2/o de nickel est dési rable afin que la couche recouvrant le corps de la cathode adhère fortement à celle-ci.
L'alliage mentionné précédemment et conte- nant 95 0% de platine et 5 % de nickel rem- plit ces conditions, ruais il n'est donné tou tefois qu'à titre d'exemple, car le but principal est d'obtenir une cathode émettant à un très haut degré des électrons. On va décrire maintenant, à titre d'exem ple, un procédé pour la fabrication de la cathode dont il a été question jusqu'ici.
Les éléments constitutifs de l'alliage sont très soigneusement mélangés dans les propor- tions voulues (par exemple 95 % de platine et 5% de nickel)
et sous la forme de parti- cules métalliques finement pulvérisées. Le mélange est soumis à la pression dans une matrice en acier, de manière à former un lingot uniforme présentant les dimensions et la forme désirée. Pour un lingot pesant 25 grammes, la forme la plus convenable consiste en un cylindre d'un diamètre d'environ 10 mm. La pression voulue pourrait être exercée sur le lingot à la main, mais il est préféra ble qu'elle atteigne plusieurs milliers de kilo grammes par centimètre carré, ce qui peut s'obtenir aisément par l'emploi d'une presse hydraulique.
Le lingot est ensuite fondu dans un récipient vide d'air ou rempli d'un gaz inerte. Cette fusion peut se faire en pla çant le lingot dans un petit creuset en matière réfractaire, telle que la magnésie ou autre substance analogue, et en renfermant ce creu set dans un fourneau vide d'air d'un type quelconque. Un genre de fourneau utilisé avec succès comprend un espace ou chambre dont l'air peut être évacué au moyen d'une bonne pompe à huile capable de pousser le vide jusqu'à ce que la pression ne soit plus que 0.001 mm. de mercure. Dans cette chambre se trouve une bobine hélicoïdale de chauffage formée de 'graphite, de tungstène ou autres substances convenables et qui entoure le creuset.
La bobine est chauffée par le pas sage d'un courant électrique de grande in tensité à bas voltage, provenant de l'enroule ment secondaire d'un transformateur dévol- teur. La partie supérieure de la chambre est disposée de manière telle que l'on peut ob server la température du lingot au moyen d'un pyromètre optique. Comme le point de fusion du nickel se trouve vers 14500 centi grades et que celui du platine est d'environ <B>17500</B> centigrades, la température nécessaire pour fondre le lingot est comprise entre 1500 et<B>1800".</B> La durée de l'opération doit être aussi courte que possible, afin que la quan tité de nickel qui s'évapore soit très faible.
Evidemment cette durée dépend des dimen sions du lingot, et par exemple dans le cas d'un lingot du poids de 25 grammes présen tant la forme d'un cylindre d'environ 10 mm de diamètre, l'opération de fusion dans le creuset ne doit durer quo quelques minutes.
On peut aussi réaliser la température voulue pour la fusion, en fixant le lingot entre deux électrodes dans un ballon en verre, duquel l'air est éliminé, et en faisant passer un-courant de chauffe à travers le lingot en l'accroissant continuellement jusqu'à ce que la température d'environ 1500 cen tigrades soit atteinte. Dés que l'on a constaté cette température, par exemple au moyen d'un pyromètre optique, le courant est coupé. De la sorte, la température de fusion n'est appliquée qu'un moment, et la durée de l'opération est d'environ un quarantième du temps nécessaire lorsque le lingot est traité de la manière précédente.
La pression maintenue par la pompe pen dant l'opération est de 0.01 à 0.001 de mil limètre de mercure, bien que probablement un vide de quelques millimètres suffirait. Cependant, en opérant dans un récipient pra tiquement vide d'air ou au milieu d'un gaz inerte, on a l'avantage que l'oxydation du nickel est empêchée.
Pour la, fusion du lingot on pourrait em ployer aussi un four à induction.
Après avoir subi cette opération de fusion, le lingot est forgé afin de lui donner la forme d'une tige, qui passe à l'état de fil et qui est étirée aux dimensions voulues à tra vers des coussinets' d'étirage, par exemple en diamant. Ces différentes opérations sont faites à froid,' car si l'alliage de platine et de nickel était travaillé à chaud il se pro duirait une oxydation du nickel et la matière deviendrait cassante.
L'alliage est d'ailleurs soumis au recuit à des fréquents intervalles de temps pendant les diverses opérations de forgeage et d'étirage, et l'on doit même avoir grand soin aux différentes étapes de la fabrication de ne point pousser le travail trop loin sans exercer le recuit, car alors la matière devient cassante et se fendille. La manière suivant laquelle se fait le recuit varie avec les différentes étapes de la fabri cation, c'est-à-dire avec les dimensions que présente le corps, et spécialement avec sa longueur. En général, plus grand est le dia mètre, plus haute doit être la température du recuit, qui doit varier entre 11001, centi grades et la température de fusion, qui est d'environ<B>17000</B> centigrades.
Au point de vue de la durée, il est seulement nécessaire d'amener le corps à la température choisie pour le recuit, puis de le laisser refroidir. Dans cette opération on doit surtout éviter l'oxydation du nickel. Lors de la première étape de la fabrication, c'est-à-dire quand le lingot présente les dimensions mentionnées ci-dessus, l'opération du recuit se fait de pré férence à la flamme du chalumeau oxhydri que et le refroidissement a lieu d'abord dans une flamme d'hydrogène réductrice, obtenue en supprimant la fourniture de gaz prove nant du réservoir d'oxygène, et cela jusqu'à ce que le lingot soit ramené à la chaleur du rouge, puis ensuite le lingot étant retiré de la flamme est plongé dans l'eau.
Quand le corps a augmenté considérablement de longueur, la manière qu'il est préférable d'utiliser consiste à le figer entre des électrodes dans un tube vide d'air, et de faire passer à travers lui un courant électrique afin de l'amener à la température voulue, laquelle doit se trouver parmi les premières valeurs de la série allant de<B>11000</B> à<B>16000</B> centigrades ainsi qu'il a été expliqué ci-dessus. Si par hasard, le corps s'oxydait pendant l'opération, on peut élimi ner l'oxyde ainsi formé en chauffant le corps dans un tube vide d'air pendant quelques minutes à la températures d'environ 1000 centigrades.
Le fil obtenu comme décrit, convient très bien pour former le corps des cathodes, après avoir été laminé à froid dans la forme d'un ruban ayant par exemple une largeur de 0.3 mm et une épaisseur de 0.05 mm, son aspect final étant celui d'un filament torsadé, de la forme que l'on utilise souvent pour les cathodes dans les tubes thermioniques. Pour donner à cette cathode une grande puissance au point de vue de l'émission des électrons, on recouvre le corps d'un oxyde d'un métal quelconque du groupe alcalino-terreux.
Cela se fait en appliquant une couche de carbonate ou de l'hydroxyde du métal envisagé, et en chauffant le corps ainsi recouvert à l'air libre à une température d'environ 1200 centigra des, pendant cinq à vingt minutes, au moyen d'un courant le traversant. Ce corps est en suite chauffé par un nouveau courant pendant quelques minutes à la température de<B>10000</B> centigrades, et cela dans un tube dans lequel on fait le vide pendant l'opération.
On peut aussi obtenir un filament offrant une plus grande durée et une émission d'élec trons uniforme pendant une beaucoup plus longue période, en appliquant sur le corps de platine et de nickel plusieurs couches, chacune étant de préférence formée de car bonate de strontium et de carbonate de ba ryum. On applique de préférence un total d'environ seize couches de ces carbonates. La matière devant recouvrir le corps est, de préférence, incorporée dans une substance solide ayant des propriétés analogues à celles de la paraffine, en agitant les quantités voulues de carbonate de strontium et de car bonate de baryum dans le même bain de ladite substance, à l'état de fusion, par exem ple dans un bain de paraffine fondue, jusqu'à ce que le mélange soit refroidi.
Le produit obtenu est ensuite disposé sous la forme de barreaux ou toutes autres formes convenables. On a trouvé que, de préférence, les divers éléments entrant dans le mélange doivent être dans le rapport suivant : 2 1/2 grammes de carbonate de baryum, 7'/2 grammes de carbonate de strontium, et 100 grammes de paraffine. Pour appliquer les différentes cou ches, le barreau contenant les carbonates est frotté tout le long du corps chauffé à l'aide d'un courant à une température suffisamment haute pour fondre la paraffine, de telle ma nière qu'une couche de la substance formant le barreau recouvre le corps.
Après l'applica tion de chacune des couches, on fait passer un courant à travers le ruban pour l'amener momentanément à la chaleur du rouge afin d'enlever la paraffine et réduire le composé alcalino-terreux en un oxyde qui adhère for tement au filament. Pendant toute cette opéra tion de recouvrement, le filament doit être main tenu sur des supports convenables quelcon ques. Après que la dernière couche a été appliquée, le filament est recuit à l'air libre pendant environ cinq à vingt minutes et à une température d'environ 1200 centigrades. Conformément à ce qui a été dit plus haut, le filament est plus tard chauffé dans un tube pendant plusieurs minutes à la tempé rature d'environ<B>10000</B> centigrades et cela pendant que le vide est réalisé dans ce tube.
Après que le filament a été traversé par son courant normal de travail dans un tube vide d'air, pendant environ seize heures, il pré sente une émission d'êlectrons presque double, à d'autres conditions égales, de celle d'un filament obtenu en recouvrant des mêmes matières un corps formé seulement de platine.
Un des avantages les plus importants de l'alliage décrit ici est qu'il est formé de mé taux purs tels que du platine et du nickel dont la composition peut être facilement con trôlée par l'analyse chimique, tandis que les filaments ordinairement utilisés jusqu'à pré sent contenaient du platine mélangé avec différentes quantités d'iridium et de rhodium, dont l'analyse offre plus de difficultés.
Le nickel produit un accroissement désirable de la résistance chimique du corps ainsi que le fait l'iridium et le rhodium dans les filaments ordinairement utilisés, mais il est évident que ces deux derniers métaux peuvent être, si on le désire, introduits dans le mélange pulvérisé de platine et de nickel servant à la construction du corps de la cathode afin d'accroitre encore cette résistance ohmique. Un autre avantage réside dans le fait que pour obtenir l'adhérence suffisante de la cou che d'oxyde sur le corps du filament, celui- ci doit être soumis à la cuisson pendant près de deux heures quand le corps est formé en platine, tandis que dans le cas où il est formé d'un alliage de platine et de nickel,
une cuisson de cinq à vingt minutes suffit. Cette différence provient probablement de ce que l'oxydation superficielle du corps du fi lament, qui doit se produire pour que la couche recouvrant le corps soit solidarisée avec celui-ci, a lieu beaucoup plus rapide ment si le corps contient du nickel, puisque ce dernier métal s'oxyde beaucoup plus vite que le platine.
On doit observer que, si dans cette description on a mentionné le platine et le nickel comme convenant pour former l'alliage envisagé, d'autres corps ayant des qualités équivalentes peuvent être évidemment utilisés, c'est-à-dire que le platine peut être remplacé par d'autres métaux bons conduc teurs, difficilement oxydables et ne présentant qu'une faible volatilité, comme par exemple le palladium, l'osmium, le rhodium, l'iridium, ou le ruthénium, tandis que le nickel peut être remplacé par d'autres métaux, tels que le cobalt, relativement facilement oxydables et qui soumis à la cuisson puissent être assimilés en quantité relativement grande, et à l'état d'oxyde, par la couche émettrice d'électrons.
Electron-emitting cathode and method for its manufacture. The invention relates to an electron emitting cathode, such as those used in vacuum tubes called thermionic tubes, comprising a good conductor body covered with a layer of a substance emitting electrons to an extent. relatively high, at a relatively low temperature.
According to the invention, said body comprises a metal which is difficult to oxidize, which melts only at very high temperatures and exhibits only low volatility, and another metal which can penetrate, in the oxide state, in a relatively large quantity. in the electron-emitting layer, its presence in this emitting layer significantly increasing the measurement of the emission.
In the method of manufacturing such a cathode, the body thereof is formed of an alloy mainly comprising a good conductive metal which is hardly oxidizable and exhibits only low volatility, and a relatively small amount of a second relatively easily oxidizable metal, and relatively volatile. This body is first covered with the electron-emitting substance and then subjected to firing. in the presence of oxygen for a chemical reaction to occur between the second metal forming part of the metallic body and the substance covering said body, this firing being followed by a second firing, but this time in the absence of oxygen.
The accompanying drawing, given by way of example, relates to an embodiment of the object of the invention. Fig. 1 shows, in large, a conductive filament which can be used as an electron emitting cathode when made as shown below. Fig. 2 shows the use of such a filament in a vacuum tube with three electrodes, of the thermionic type. In each of these figures, the cathode is indicated at 2 in the form of a twisted flat wire having for example a width of about 0.3 of a millimeter and a thickness of about 0.05 of a millimeter.
Filaments formed from a metallic body coated with oxides of metals of the alkaline earth group are well known, and platinum filaments coated with alternate layers of strontium hydroxide and barium resinate are often employed.
It has, however, been found that filaments exhibiting greater activity from the point of view of electron emission than those ordinarily used can be obtained by constituting the body of these filaments of an alloy of platinum and nickel. If such a body, covered with a carbonate of a metal of the alkaline earth group, is subjected to cooking in the open air, oxides of nickel and alkaline earth metal are formed, to subsequently constitute a compound containing nickel in the form of oxide and the oxide of alkaline earth metal.
If a new firing operation then takes place inside a tube in which a vacuum is made during this operation, oxygen is removed, and only a layer of alkaline earth oxide remains. intimate contact with finely divided nickel.
It has been found that for a body formed from this alloy of nickel and platinum covered with an oxide of an alkaline earth metal and subjected to cooking in the open air, as the nickel volatilizes and oxidizes much more quickly As with platinum, a large reaction takes place between the material covering the body and the nickel, while the reaction between the platinum and this material is very small.
When the filament thus obtained is used as a cathode in a tube empty of air, and it has been traversed for about sixteen hours by a current keeping it at the normal working temperature, an emitting power of electrons approximately double that offered by a filament formed of a platinum body covered with an oxide of alkaline earth metals in full contact with the finely divided platinum introduced into said oxide by the reactions mentioned.
The alloy giving the most satisfactory results consists of 95% platinum and 5% nickel. These percentages have been established taking into account the conditions of malleability that the body must present to be transformed into a wire, the degree of activity offered by the finished cathode, and the service life that may be required. of her.
If these various advantages are to be retained, the variations permitted in the proportions of platinum and nickel entering into the composition of the body are very low, and this comes mainly from the rate of volatilization of the cathode when it is in service in the vacuum tube. At equal temperature, a body formed only of platinum is much more rapidly destroyed by volatilization than a body formed of an alloy of platinum and nickel in relatively small quantities.
However, nickel being very volatile, if this metal enters too much of the alloy, there is a decrease in the duration of the cathode. When the amount of nickel exceeds 10% of the alloy, the life of the cathode becomes shorter than if its body was formed only of platinum, and when the amount of nickel entering the alloy is less than 2%,
the cathode offers a life not significantly different from that of a cathode with a pure platinum body. It follows therefore that the amount of nickel entering the alloy will preferably be between 10% and 20 / a. Furthermore,
a percentage of greater than 2% of nickel is desirable so that the layer covering the body of the cathode adheres strongly thereto.
The alloy mentioned above and containing 95 0% platinum and 5% nickel fulfills these conditions, but it is only given by way of example, since the main aim is to obtain a cathode emitting electrons to a very high degree. We will now describe, by way of example, a process for the manufacture of the cathode which has been discussed so far.
The constituent elements of the alloy are very carefully mixed in the desired proportions (eg 95% platinum and 5% nickel)
and in the form of finely pulverized metal particles. The mixture is subjected to pressure in a steel die, so as to form a uniform ingot of the desired size and shape. For an ingot weighing 25 grams, the most suitable shape is a cylinder with a diameter of about 10 mm. The desired pressure could be exerted on the ingot by hand, but it is preferable that it reach several thousand kilograms per square centimeter, which can be easily obtained by the use of a hydraulic press.
The ingot is then melted in a container empty of air or filled with an inert gas. This melting can be done by placing the ingot in a small crucible of refractory material, such as magnesia or the like, and by enclosing this hollow set in an empty furnace of some type. One kind of furnace that has been used successfully includes a space or chamber from which the air can be evacuated by means of a good oil pump capable of pushing the vacuum until the pressure is no more than 0.001 mm. of mercury. In this chamber is a helical heating coil formed of graphite, tungsten or other suitable substances and which surrounds the crucible.
The coil is heated by the passage of a high current low voltage electric current from the secondary winding of a step-down transformer. The upper part of the chamber is so arranged that the temperature of the ingot can be observed by means of an optical pyrometer. Since the melting point of nickel is around 14,500 centigrade and that of platinum is around <B> 17500 </B> centigrade, the temperature required to melt the ingot is between 1500 and <B> 1800 ". </B> The duration of the operation must be as short as possible, so that the quantity of nickel which evaporates is very low.
Obviously this time depends on the dimensions of the ingot, and for example in the case of an ingot weighing 25 grams in the shape of a cylinder of about 10 mm in diameter, the melting operation in the crucible does not should last a few minutes.
You can also achieve the desired temperature for melting, by fixing the ingot between two electrodes in a glass flask, from which the air is removed, and by passing a heating current through the ingot, continuously increasing it up to 'until the temperature of about 1500 cen tigrade is reached. As soon as this temperature has been observed, for example by means of an optical pyrometer, the current is cut off. In this way, the melting temperature is only applied for a moment, and the duration of the operation is about a fortieth of the time required when the ingot is processed in the above manner.
The pressure maintained by the pump during operation is 0.01 to 0.001 mil limeter of mercury, although probably a vacuum of a few millimeters would suffice. However, by operating in a vessel substantially empty of air or in the midst of an inert gas, one has the advantage that the oxidation of nickel is prevented.
For the smelting of the ingot one could also employ an induction furnace.
After having undergone this melting operation, the ingot is forged in order to give it the shape of a rod, which passes into the state of wire and which is stretched to the desired dimensions through drawing pads, for example. in diamond. These various operations are carried out cold, because if the alloy of platinum and nickel were hot worked, oxidation of the nickel would occur and the material would become brittle.
The alloy is moreover subjected to annealing at frequent intervals of time during the various forging and drawing operations, and one must even take great care at the various stages of the manufacture not to push the work too far. without performing annealing, because then the material becomes brittle and cracks. The manner in which the annealing is carried out varies with the different stages of manufacture, that is to say with the dimensions of the body, and especially with its length. In general, the larger the diameter, the higher the annealing temperature should be, which should vary between 11001.1 centigrade and the melting temperature, which is approximately <B> 17000 </B> centigrade.
From the point of view of duration, it is only necessary to bring the body to the temperature chosen for the annealing, then to let it cool. In this operation we must above all avoid the oxidation of nickel. During the first stage of manufacture, that is to say when the ingot has the dimensions mentioned above, the annealing operation is preferably carried out in the flame of the oxyhydrogen torch and cooling takes place. '' first in a reducing hydrogen flame, obtained by suppressing the supply of gas coming from the oxygen reservoir, and this until the ingot is brought back to the heat of the red, then afterwards the ingot being withdrawn from the flame is immersed in water.
When the body has grown considerably in length, the best way to use it is to freeze it between electrodes in an empty tube of air, and to pass an electric current through it to bring it to the desired temperature, which must be among the first values of the series going from <B> 11000 </B> to <B> 16000 </B> centigrade as explained above. If by any chance the body oxidizes during the operation, the oxide thus formed can be removed by heating the body in an empty tube of air for a few minutes at the temperature of about 1000 centigrade.
The wire obtained as described is very suitable for forming the body of the cathodes, after having been cold rolled in the form of a ribbon having for example a width of 0.3 mm and a thickness of 0.05 mm, its final appearance being that of 'a twisted filament, of the form often used for cathodes in thermionic tubes. In order to give this cathode great power from the point of view of the emission of electrons, the body is covered with an oxide of any metal of the alkaline-earth group.
This is done by applying a layer of carbonate or hydroxide of the metal envisaged, and heating the body thus covered in the open air at a temperature of about 1200 centigra des, for five to twenty minutes, by means of a current flowing through it. This body is then heated by a new current for a few minutes at a temperature of <B> 10,000 </B> centigrade, and this in a tube in which a vacuum is created during the operation.
A filament with longer life and uniform electron emission over a much longer period can also be obtained by applying several layers to the platinum and nickel body, each preferably formed of strontium carbonate and ba ryum carbonate. Preferably a total of about sixteen layers of these carbonates are applied. The material to cover the body is preferably incorporated into a solid substance having paraffin-like properties, stirring the desired amounts of strontium carbonate and barium carbonate in the same bath of said substance, at molten state, for example in a molten paraffin bath, until the mixture has cooled.
The product obtained is then placed in the form of bars or any other suitable form. It has been found that, preferably, the various elements entering into the mixture should be in the following ratio: 2 1/2 grams of barium carbonate, 7 '/ 2 grams of strontium carbonate, and 100 grams of paraffin. To apply the different layers, the bar containing the carbonates is rubbed all along the heated body with a current at a temperature high enough to melt the paraffin, such that a layer of the substance forming the bar covers the body.
After each of the layers has been applied, a current is passed through the ribbon to bring it momentarily to the heat of the red in order to remove the paraffin and reduce the alkaline earth compound to an oxide which adheres strongly to the material. filament. Throughout this covering operation, the filament must be held on any suitable supports. After the last coat has been applied, the filament is air annealed for about five to twenty minutes and at a temperature of about 1200 centigrade. In accordance with what has been said above, the filament is later heated in a tube for several minutes at a temperature of about <B> 10,000 </B> centigrade and this while the vacuum is created in this tube.
After the filament has been passed through its normal working current in an empty tube, for about sixteen hours, it exhibits almost double the electron emission, at other conditions equal, of that of a filament. obtained by covering with the same materials a body formed only of platinum.
One of the most important advantages of the alloy described here is that it is formed from pure metals such as platinum and nickel, the composition of which can be easily checked by chemical analysis, while the filaments ordinarily used up to 'presently contained platinum mixed with different amounts of iridium and rhodium, the analysis of which presents more difficulty.
Nickel produces a desirable increase in chemical resistance of the body as does iridium and rhodium in commonly used filaments, but it is evident that these latter two metals can be, if desired, introduced into the pulverized mixture. platinum and nickel used in the construction of the body of the cathode in order to further increase this ohmic resistance. Another advantage lies in the fact that in order to obtain sufficient adhesion of the oxide layer to the body of the filament, the latter must be subjected to baking for almost two hours when the body is formed of platinum, while that in the case where it is formed from an alloy of platinum and nickel,
cooking for five to twenty minutes is sufficient. This difference is probably due to the fact that the superficial oxidation of the body of the filament, which must occur so that the layer covering the body is solidarized with it, takes place much more quickly if the body contains nickel, since this latter metal oxidizes much faster than platinum.
It should be observed that, if in this description platinum and nickel have been mentioned as suitable for forming the alloy envisaged, other bodies having equivalent qualities can obviously be used, i.e. platinum can. be replaced by other metals which are good conductors, which are difficult to oxidize and have only low volatility, such as for example palladium, osmium, rhodium, iridium or ruthenium, while nickel can be replaced by other metals, such as cobalt, which are relatively easily oxidizable and which, subjected to baking, can be assimilated in relatively large quantities, and in the oxide state, by the electron-emitting layer.