DE1283403B - Mittelbar geheizte Vorratskathode fuer elektrische Entladungsgefaesse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES W7TW> PATENTAMT Int. Cl.:

AUSLEGESCHRIFT

HOlj

Deutsche KL: 21g-13/04

Nummer: 1283 403

Aktenzeichen: P 12 83 403.6-33 (S 105208)

Anmeldetag: 5. August 1966

Auslegetag: 21. November 1968

Die Erfindung betrifft eine Vorratskathode nach Art einer Metallkapillarkathode, bei der die poröse Emissionsstoffträgerscheibe im Betrieb mit emissionsfördernder Substanz, wie Barium, von einem hinter ihrer Rückseite angeordneten Spender (Vorrat) derart beschickt wird, daß die emissionsfördernde Substanz durch die Poren hindurch auf den die Emissionsfläche bildenden Teil der Oberfläche wandert und sich dort ausbreitet.

Sie hat besondere Bedeutung sowohl für solche Kathoden, bei denen die poröse Emissionsstoffträgerscheibe einen Vorratsbehälter derart dicht abdeckt, daß die Poren die einzigen feinen Öffnungen darstellen, als auch für solche Kathoden, bei denen der emissionsfördernde Substanzen abgebende Spender eine im Abstand dahinter angeordnete zweite Metallkapillarkathode ist, ohne daß zwischen beiden seitlich ein besonderer, dichter Abschluß vorhanden ist.

In manchen Fällen ist es notwendig, daß in den elektrischen Entladungsgefäßen die Emissionsfläche, insbesondere die poröse Emissionsstoffträgerscheibe der Kathode, ein bestimmtes Profil aufweist, ζ. B. die Form einer Hohlkalotte. Technisch ist es jedoch mit einigen Schwierigkeiten verbunden, dünne Emissions-Stoffträgerscheiben aus einem Metallpulver zu pressen, z. B. aus Wolfram oder Rhenium, und anschließend durch einen Sintervorgang ausreichend haltbar zu machen, da auftretende mechanische Spannungen in solchen Teilen meist zu einem hohen Ausschuß führen. Dies gilt besonders dann, wenn die Kathodenoberfläche größere Ausmaße annimmt. Hinzu kommt, daß Wolfram ein sehr hohes spezifisches Gewicht hat, so daß an solchen porösen Wolframscheiben bei elektrischen Entladungsgefäßen in sehr stark beschleunigten und schnell bewegten Einrichtungen erhebliche Beschleunigungskräfte auftreten.

Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, die poröse Emissionsstoffträgerscheibe im Falle eines Elektronenstrahlerzeugungssystems, bei dem diese Emissionsscheibe durch ein Elektronenbombardement von einer dahinter angeordneten zweiten Vorratskathode beheizt und mit emissionsfördernder Substanz versorgt wird, aus einem Kohlekörper herzustellen. Für Barium besitzt Kohle jedoch nur eine sehr wenig ausgeprägte Wanderungseigenschaft und liefert außerdem nur eine sehr hohe Austrittsarbeit. Eine bei Metallkapillarkathoden mit poröser Wolframscheibe mit Erfolg angewandte bekannte Maßnahme, nämlich durch einen Überzug aus einem Metall der Platingruppe, insbesondere aus Osmium, die Austrittsarbeit zu erniedrigen, scheitert bei einer Mittelbar geheizte Vorratskathode für elektrische Entladungsgefäße

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, 8520 Erlangen

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Chem. Herbert Hoffmann, 8000 München;

Dipl.-Chem. Diether Vitzthum, 8060 Dachau - -

unmittelbaren Anwendung auf poröse Kohlekörper wegen einer unzureichenden Benetzung der Oberfläche des Kohlekörpers, so daß keine zusammenhängenden Metallüberzüge erzielt werden können.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb in der Beseitigung der geschilderten Schwierigkeiten.

Erreicht wird dies bei einer im ersten Absatz beschriebenen Vorratskathode, bei der die Emissionsstoffträgerscheibe aus Kohle als Grundkörper einen Überzug aus Wolfram und/oder einem leichten oder schweren Platinmetall aufweist, nach der Erfindung durch eine Zwischenschicht aus einer Substanz hoher thermischer Stabilität, wie Karbide der Metalle Molybdän, Wolfram, Tantal, Zirkon oder Titan.

An die Eigenschaft der hohen thermischen Stabilität werden mit Rücksicht auf die bei der Aktivierung erforderlichen hohen Temperaturen erhebliche Anforderungen gestellt, so daß nur eine relativ geringe Anzahl von Substanzen als Zwischenschicht geeignet sind.

Je nach Metallkomponente kann dabei über den Querschnitt der Zwischenschicht der prozentuale Kohlenstoffanteil vom höchstmöglichen Wert entsprechend einer stöchiometrischen Zusammensetzung des Karbids bis zum Wert Null an der äußeren Oberfläche betragen. Der wesentliche Vorteil der beschriebenen Zwischenschicht besteht vor allem darin, daß sie von jedem der Metalle, wie Wolfram und der Platinmetalle, gut benetzt wird, so daß sich ein wirklich zusammenhängender dichter Metallüberzug ausbildet. Dies ist deshalb unbedingt notwendig, weil Barium als emissionsfördernde Substanz selber ein Karbid bildet und deshalb bei den auftretenden hohen Temperaturen mit manchem der Metallkarbide reagieren kann.

Besonders vorteilhaft ist deshalb die Auswahl Zirkonkarbids für die Zwischenschicht, weil Zirkon-

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karbid thermisch äußerst stabil ist und keinesfalls von Barium angegriffen wird.

Andererseits setzt der dichte Metallüberzug voraus, daß der poröse Kathodenkörper an seiner Oberfläche, insbesondere an dem die Poren bildenden Teil, also in den Poren selber, gut und zuverlässig mit der für die Karbidbildung gewählten Ausgangssubstanz bedeckt wird. Für Molybdän und Wolfram haben sich besonders die löslichen Sauerstoffverbindungen, wie Molybdate und Wolframate, bewährt. Für die Herstellung von Zirkonkarbid sind besonders schwache Lösungen von organischen Substanzen, wie Zirkonacetylacetonat, geeignet.

Bei der Herstellung eines Zirkonkarbidüberzugs auf einer Kohlescheibe als Zwischenträger für einen Metallüberzug wird die betreffende hochreine poröse Kohlescheibe zunächst in eine flüssige Zirkonverbindung, z. B. in eine 4°/oige Lösung von Zirkonacetylacetonat getaucht und dann das dabei abgeschiedene Zirkonsalz in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre etwa 10 Minuten lang bei 1200° C thermisch zersetzt. Die so entstandene Oberflächenschicht ist jedoch noch nicht ganz geschlossen. Zur Erzielung einer wirklich geschlossenen Zirkonoberflächenschicht wird deshalb auf die so behandelte Kohlescheibe noch zusätzlich Zirkon aus einer Zirkonsuspension, z. B. mit Butylacetat als Suspensionsmittel, aufgesprüht. Anschließend erfolgt dann die endgültige Umsetzung durch eine Glühung im Vakuum bei etwa 1800° C.

Nähere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand des in der Zeichnung rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels für den Fall eines Elektronenstrahlerzeugungssystems mit zwei hintereinander angeordneten Vorratskathoden, von denen zumindest die Hauptkathode nach Art einer Metall-Film-Kathode ausgebildet ist, erläutert werden. Darin sind Teile, die nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, fortgelassen oder unbezeichnet geblieben.

Mit 1 ist eine relativ großflächige poröse Kohlescheibe als Emissionsstoffträgerscheibe bezeichnet, die die Haupt- bzw. Stahlkathode, z. B. eines Strahlerzeugungssystems einer HF-Leistungsröhre, darstellt. Sie besitzt selber keinen eigenen Vorrat und Vorratsbehälter, sondern ist vielmehr zur Erzielung eines Elektronenaufpralls zu ihrer Beheizung am Ende einer Hilfsentladungsstrecke als Arbeitselektrode angeordnet. Deshalb ist ihr Folienhalterungszylinder2 über ein Isolierstück 3 mit dem entsprechenden Folienhalterungsmantel 4 der Hilfskathode 6 derart verbunden, daß zwischen den beiden Emissionsstoffträgerscheiben 1 und 5 als Stirnseiten ein mechanisch geschlossener Raum gebildet ist. Zur Herabsetzung der Austrittsarbeit an der von der Kohlescheibe 1 gebildeten Emissionsfläche mit dem Ziel einer Senkung der Betriebstemperatur ist die Kohlescheibe an ihrer Oberfläche, insbesondere an dem dem Wanderungsmechanismus des Bariums dienenden Teil mit einem aus Wolfram und/oder einem leichten oder schweren Platinmetall bestehenden Metallüberzug 12 und als Zwischenträger mit einer Zwischenschicht 11 aus Substanz hoher thermischer Stabilität, z. B. a"us einem Karbid der Metalle Molybdän, Wolfram, Tantal, Titan oder insbesondere von Zirkon, versehen. Während an der Rückseite die Metallschicht 12 nicht angebracht wird, braucht eine sich dort bei der Herstellung eventuell ausbildende Karbidschicht nicht unbedingt vermieden zu werden, weil sie für den Funktionsmechanismus an dieser Stelle nicht störend ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorratskathode nach Art einer Metallkapillarkathode, bei der die poröse Emissionsstoffträgerscheibe aus Kohle als Grundkörper mit einem Überzug aus' Wolfram und/oder einem leichten oder schweren Plätinmetall versehen ist, gekennzeichnet durch eine Zwischenschicht (11) aus einer Substanz hoher thermischer Stabilität, wie Karbide der Metalle Molybdän, Wolfram, Tantal, Zirkon oder Titan.

2. Vorratskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus Zirkonkarbid besteht.

3. Verfahren zur Herstellung eines Zirkonkarbidüberzugs für eine Kathode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hochreine poröse Kohlescheibe in eine flüssige Zirkonverbindung, z. B. in eine 4%ige Lösung von Zirkonacetylacetonat getaucht, das abgeschiedene Zirkonsalz in trockener Wasserstoffatmosphäre etwa 10 Minuten lang bei 1200° C zersetzt wird und anschließend noch mit einer Zirkonsuspension ausreichend besprüht und dann bei etwa 1800° C im Vakuum geglüht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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