DE1094887B

DE1094887B - Verfahren zur Herstellung einer impraegnierten Kathode fuer elektrische Entladungsroehren

Info

Publication number: DE1094887B
Application number: DEN17772A
Authority: DE
Inventors: Roberto Levi
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1959-01-23
Filing date: 1960-01-19
Publication date: 1960-12-15
Also published as: FR1245997A; NL108689C; CH402197A; DK93307C; GB919419A; AT219166B; US2972078A; BE586842A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer imprägnierten Kathode für elektrische Entladungsröhren, bei dem ein poröser, hochschmelzender Metallkörper mit einer vorgeschmolzenen Bariumoxyd-Aluminiumoxyd-Verbindung imprägniert wird.

Durch Imprägnieren eines porösen, hochschmelzenden Metallkörpers mit vorgeschmolzener Bariumoxyd-Aluminiumoxyd-Verbindung erhaltene imprägnierte Kathoden sind in hohem Maße vergiftungsbeständig und in einem verhältnismäßig weiten Temperaturbereich verwendbar. Die Emission solcher Kathoden ist jedoch immerhin beträchtlich niedriger als die von Kathoden, bei denen ein aktivierendes Material hinter dem porösen Emissionskörper in einer Vorratskammer untergebracht ist.

Wenn ein poröser, hochschmelzender Metallkörper mit einer vorgeschmolzenen Bariumoxyd-Aluminiumoxyd-Verbindung, die außerdem Calciumoxyd enthält, imprägniert wird, entsteht eine Kathode, die in bezug auf ihre Emission etwa mit einer Vorratskammerkathode vergleichbar ist. Ein Nachteil besteht aber darin, daß die Vergiftungsbeständigkeit einer solchen Kathode geringer ist als bei einer durch Imprägnieren mit vorgeschmolzener Bariumoxyd-Aluminiumoxyd-Verbindung ohne Calciumoxydzusatz erhaltenen Kathode. Auch ist die obere Temperaturgrenze, bei der die Kathode betrieben werden kann, niedriger, was namentlich bei Entladungsröhren, in denen die Kathode einer zusätzlichen Erwärmung durch Ionen- oder Elektronenbombardement ausgesetzt ist, einen Nachteil bildet.

Die Erfindung betrifft eine imprägnierte Kathode, welche die Vorzüge der beiden oben geschilderten Kathoden in sich vereinigt.

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer imprägnierten Kathode für elektrische Entladungsröhren, bei dem ein poröser, hochschmelzender Metallkörper mit einer vorgeschmolzenen Bariumoxyd-Aluminiumoxyd-Verbindung imprägniert wird, wird gemäß der Erfindung der poröse Körper mindestens über einen Teil seiner Oberfläche carbonisiert oder mit einer Kohleschicht versehen und anschließend durch die Carbid- oder die Kohleschicht hindurch mit der Verbindung imprägniert, dann wird gegebenenfalls die Carbid- oder Kohleschicht von der zur Emission bestimmten Oberfläche entfernt und der poröse Körper weiter zu einer Kathode verarbeitet.

Es hat sich gezeigt, daß die spezifische Emission einer mittels des Verfahrens nach der Erfindung hergestellten Kathode derjenigen von Kathoden entspricht, die mit einer vorgeschmolzenen Bariumoxyd-Aluminiumoxyd-Verbindung mit Calciumoxydzusatz imprägniert sind, und daß die Vergiftungsbeständig-Verfahren zur Herstellung

einer imprägnierten Kathode

für elektrische Entladungsröhren

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg I₁ Mönckebergistr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. Januar 1959

Roberto Levi, New York, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

keit von mit einer Bariumoxyd-Aluminiumoxyd-Verbindung imprägnierten Kathoden beibehalten wird. Auch kann die Kathode bei den gleichen hohen Temperaturen wie die bekannte Kathode ohne Calciumoxyd betrieben werden.

Die günstige Wirkung der Carbid- oder Kohleschicht, den der imprägnierende Bestandteil vor Aufnahme in den porösen Metallkörper passieren muß, beruht vielleicht darauf, daß bestimmte, die Emission beeinträchtigende Bestandteile der Bariumoxyd-Aluminiumoxyd-Verbindung festgehalten oder in weniger schädliche Bestandteile umgesetzt werden.

Wenn bei dem Verfahren nach der Erfindung die Oberfläche nicht mit einer Kohleschicht versehen, sondern carbonisiert wird, wobei die Carbidschicht der nicht zur Emission bestimmten Teile nicht entfernt wird, so ergibt sich der Vorteil, daß diese Teile in der Tat eine sehr geringe Emission haben, was sonst bei imprägnierten Kathoden, Preßkathoden und Vorratskammerkathoden manchmal Schwierigkeiten bereitet.

Weil auch die nicht porösen Teile des Kathodengebildes infolge des aus dem porösen Körper austretenden Bariums und Bariumoxyds bei den hohen Temperaturen oft eine bedeutende und störende Elektronenemission haben, kann es beim Verfahren nach der Erfindung vorteilhaft sein, bestimmte Teile des Kathodengebildes zugleich mit dem porösen Körper zu carbonisieren, so daß an der Oberfläche eine Carbidschicht entsteht. Meist bestehen die nicht porösen Teile des Kathodengebildes aus Molybdän, während der poröse Teil aus Wolfram, einer Wolfram-

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Molybdän-Legierung oder einer Tantal-Molybdän-Legierung besteht. Durch das Carbonisieren entsteht eine Wolframcarbid- oder Molybdänwolframcarbidschicht auf dem porösen Körper und Molybdäncarbid auf dem nicht porösen Kathodenteil. Wenn diese Teile eine hinreichend hohe Temperatur haben, die etwa 900° C beträgt, werden trotz ununterbrochener Barium- und Bariumoxydzufuhr zu diesen Teilen diese trotzdem keine bedeutende- Elektronenemission aufweisen, weil bei der hohen Temperatur diese aktivierenden Stoffe nicht leicht an den Carbiden festhaften; die Oberfläche wird also wenig mit Emissionsstoffen überzogen, und infolgedessen wird die Emission niedrig sein. Entsprechend der etwaigen größeren oder geringeren Zufuhr aktivierender Stoffe zu den nicht zur Emission bestimmten Teilen, die carbonisiert sind, ist die Temperatur dieser Teile über 950° C oder niedriger als 850° C oder sogar 800° C zu wählen.

Das Carbonisieren der Kathodenteile kann nach der Erfindung dadurch erfolgen, daß diese in Kohle- oder Graphitpulver eingebettet und in Wasserstoff etwa 5 Minuten auf 1500° C erhitzt werden, so daß eine

10 bis 40 μ starke Carbidschicht entsteht. Die Behandlung ist nicht sehr kritisch. Es ist z. B. möglich, die Temperatur von 1400 bis 1700° C und die Zeitdauer von 5 bis 15 Minuten abzuwandeln. Es soll aber dafür gesorgt werden, daß die Carbidschicht für den Fall, daß sie Emission verhüten muß, nicht zu dünn ist, weil sonst durch vorhandene Restgase Decarbonisierung auftreten kann. Die zur Emission bestimmten Teile des porösen Körpers können gegen Carbonisieren dadurch geschützt werden, daß sie mit Lehren abgedeckt werden, oder das Carbid kann durch eine mechanische Bearbeitung, z. B. Abdrehen mittels eines Meißels mit einer Diamantspitze oder durch Sandstrahlen, von dem betreffenden Oberflächenteil entfernt werden.

Auch ist es möglich, einen porösen Körper dadurch aufzubauen, daß carbonisierte und nicht carbonisierte Teile zusammengeschweißt werden. Weiter kann eine Carbidschicht auf die Oberfläche aufgespritzt oder gestrichen werden, die z. B. festgesintert wird. Auch kann der poröse Körper in einem Kohlenwasserstoff, wie z. B. in Naphthalindampf, erhitzt werden.

Wenn keine Carbidschicht, sondern eine Kohleschicht verwendet wird, kann eine Kohle- oder Graphitpulverschicht oder eine Verbindung, die sich bei Erhitzung zu Kohle zersetzt, wie z. B. Zucker, auf den Kathodenkörper aufgebracht werden. Diese Kohleschichten können nach dem Imprägniervorgang abgebürstet werden. Um Carbonisierung der Oberfläche und infolgedessen eine geringere Emission zu verhüten, kann vor dem Auftragen der Kohleschicht eine Wolframpulverschicht aufgebracht werden, die mitsamt der Kohleschicht nach dem Imprägniervorgang entfernt wird. Auch kann der Körper abgedreht oder abwechselnd in einer reduzierenden und in einer oxydierenden Atmosphäre erhitzt werden.

Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1, 2 und 3 zeigen verschiedene Herstellungsstufen einer Kathode nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Umdrehungskörper aus porösem Wolfram, dessen Dichte 83% der maximalen Dichte beträgt, mit 10 bezeichnet. Ein kleiner Hohlzylinder

11 aus Molybdän ruht auf dem Körper 10, so daß ein kreisförmiger Streifen 12 vom Körper 11 bedeckt wird. Die beiden Körper sind mit Kohle- oder Graphitpulver 13 umgeben, wobei die ganze Außenfläche des Körpers 10, ausgenommen der Streifen 12, mit dem Kohle- oder Graphitpulver in Berührung ist. Das Ganze wird in Wasserstoff 5 Minuten auf 1500⁰C (Pyrometertemperatur) erhitzt. Bei dieser Erhitzung bildet sich an der Außenfläche des Körpers 10 eine S Wolframcarbidschicht mit einer Stärke von etwa 20 Mikron, ausgenommen am Streifen 12, von dem lediglich die Außenränder ein wenig mitcarbonisiert werden. Bei der Bemessung des Körpers 11 sind diese Ränder in Betracht zu ziehen. Der nach dieser Bearbeitung erhaltene Körper ist in Fig. 2 dargestellt, wo die Carbidschicht mit 15 bezeichnet ist.

In Fig. 2 ist mit 16 eine dünne Schicht einer vorgeschmolzenen Bariumoxyd-Aluminiumoxyd-Verbindung bezeichnet, bei der das Verhältnis zwischen dem Bariumoxyd und dem Aluminiumoxyd 5 BaO: 2 Al₈O₅ ist. Die Schicht 16 kann am Träger festgeschmolzen oder als Pulver aufgestrichen sein. Das aus dieser Schicht und dem carbonisierten Wolframkörper bestehende Ganze wird anschließend auf eine Tempe-

ao ratur von 1700° C in einer nicht oxydierenden Atmosphäre erhitzt, wobei die Verbindung schmilzt und durch Kapillarwirkung in die Poren des Körpers 10, durch die Carbidschicht 15 hindurch, eindringt.
Fig. 3 zeigt den in einem Molybdänzylinder 17 mit einem Heizfaden 18 montierten Kathodenkörper 10. Das hohlzylindrische Bündel, das nach der Montage der Kathode in einer Entladungsröhre mit einem geeigneten Elektronenstrahlsystem aus der Kathode entsteht, ist schematisch mit 19 bezeichnet. Die mit 15 bezeichneten Teile der carbonisierten Oberfläche emittieren nicht, während die Teile 12 bei einer Temperatur von 950° C oder höher eine hohe Emission aufweisen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer imprägnierten Kathode für elektrische Entladungsröhren, bei dem ein poröser, hochschmelzender Metallkörper mit einer vorgeschmolzenen Bariumoxyd-Aluminiumoxyd-Verbindung imprägniert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper mindestens über einen Teil seiner Oberfläche carbonisiert oder mit einer Kohleschicht versehen wird und anschließend durch die Carbid- oder die Kohleschicht hindurch mit der Verbindung imprägniert wird, wonach gegebenenfalls die Carbid- oder Kohleschicht von der zur Emission bestimmten Oberfläche entfernt und der poröse Körper weiter zu einer Kathode verarbeitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch nicht poröse Teile des Kathodengebildes zugleich mit dem porösen Körper derart carbonisiert werden, daß an der Oberfläche eine Carbidschicht entsteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Carbonisieren durch Erhitzung von in Kohle- oder Graphitpulver eingebetteten Kathodenteilen im Wasserstoff auf 1500° C während etwa 5 Minuten erfolgt, so daß die Carbidschicht eine Stärke von etwa 20 Mikron hat.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper in einei Kohlenwasserstoffatmosphäre erhitzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Carbidschicht auf die Oberfläche aufgetragen und an dieser festgesintert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kohleschicht dadurch angebracht wird, daß die Oberfläche des Körpers mit

einer Kohle- oder Graphitpulverschicht oder mit einer Verbindung bedeckt wird, die sich bei Erhitzung zu Kohle zersetzt, wie z. B. Zucker, und daß die Kohleschichten nach dem Imprägniervorgang entfernt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stellen, an denen die Bildung einer Carbidschicht an der Oberfläche vermieden werden soll, zwischen den Kohleschichten und dem porösen Körper eine Wolframpulverschicht angebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß nach Entfernung der Kohleschicht die Oberfläche abwechselnd in einer reduzierenden und in einer oxydierenden Atmosphäre erhitzt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen