DE69503198T2 - Vorratskathode und verfahren zur herstellung einer vorratskathode - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorratskathode mit einer Matrix aus feuerfestem Metall und mit einem Seltenerdmetall mit darin verteiltem Material, insbesondere einem wolfram- und einem scandiumhaltigen Material mit einem Kathodenkörper, der ebenfalls mit einem bariumhaltigen Anteil versehen ist.
• Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf die Herstellung einer derartigen Kathode.
• Eine derartige Kathode und ein derartiges Verfahren sind aus der Europäischen Patentanmeldung Nr. 298 558 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden Wolframpulver und ein scandiumhaltiges Pulver, bestehend aus reinem Scandiumhydrid, in einem Verhältnis von 95 : 5 Gewichtsprozent gemischt, wonach das Pulvergemisch zu einem Kathodenkörper aus vorwiegend porösem Wolfram, in dem das Scandium in oxidierter Form verteilt ist, zusammengepreßt und gesintert wird. Der Kathodenkörper wird weiterhin mit einem bariumhaltigen Anteil versehen, und zwar dadurch, daß der Kathodenkörper bei erhöhter Temperatur mit geschmolzenem Barium-Kalzium-Aluminat imprägniert wird.
• Eine derartige Kathode wird meistens als gemischte Matrix-Scandatkathode bezeichnet und umfaßt eine poröse Matrix aus vorwiegend dem hochschmelzenden oder feuerfesten Metall, in dem oxidiertes Scandium (Scandat) verteilt ist, wobei der bariumhaltige Anteil, meistens in einer oxidierten Form, sich in den Poren der Matrix befindet.
• Die oxidierten Zustände von Scandium und Barium werden nachstehend als Scandiumoxid und Bariumoxid bezeichnet, ohne daß übrigens dabei ausschließlich auf rein stöchiometrische Verbindungen Bezug genommen wird, es sei denn, dies sei ausdrücklich erwähnt. Auf diese Weise können die oxidierten Zustände beispielsweise Zwischenformen stöchiometrischer Oxide enthalten, sog. Mischoxide. Auch soll, wenn nachstehend Bezug genommen wird auf Scandium, dies nicht auf nahezu reines Scandium beschränkt sein, sondern kann auch irgendeine Form von Scandiumverbindung sein, und insbesondere Scandiumoxid.
• Der bariumhaltige Anteil sorgt dafür, daß an der emittierenden Oberfläche der Kathode eine bariumhaltige monoatomare Schicht gebildet wird. Dieses barium rührt von dem bariumhaltigen Anteil in dem Kathodenkörper her, wobei dieser Anteil durch das Matrixmetall zu Barium reduziert worden ist. Durch die monoatomare Deckschicht wird das Austrittspotential freier Elektronen in der Matrix ausreichend verringert um Elektronenemission zu ermöglichen. Weil die monoatomare Deckschicht infolge der unvermeidlichen Verdampfung von Barium ständig Barium verliert, soll jedoch ständig Barium nachgeliefert werden, damit die Schicht beibehalten wird, was den Namen einer derartigen Kathode erklärt. Diese Nachlieferung erfolgt dadurch, daß im Betrieb ggf. reduziertes Bariumoxid aus den Poren zu der emittierenden Oberfläche migriert um dort die monoatomare Schicht zu ergänzen.
• In einer solchen gemischten Matrix-Scandatkathode wird das Austrittspotential der Elektronen weiterhin dadurch verringert, daß in der monoatomaren Deckschicht nebst Barium auch Scandium vorhanden ist. Eine solche Kathode hat dadurch einen äußert hohen Wirkungsgrad, wodurch bereits bei relativ niedrigen Temperaturen eine relativ starke Elektronenemission verwirklichbar ist. So läßt sich mit einer Kathode der eingangs beschriebenen Art bereits bei einer Betriebstemperatur von etwa 1000ºC eine Elektronenemission von gut 100 A/cm² verwirklichen, was um mehr als ein Faktor 10 höher ist als bei einer Vorratskathode ohne Scandat. Eine Kathode der eingangs beschriebenen Art eignet sich daher durchaus zum Gebrauch in einer Elektronenröhre, insbesondere einer Bildwiedergaberöhre, wobei mit Hilfe eines von der Kathode erzeugten Elektronenstrahls am Bildschirm ein Bild dargestellt werden kann, oder in einer Aufnahmeröhre, wobei mit Hilfe eines von der Kathode erzeugten Elektronenstrahls Bildinformation von einem Auftreffpunkt ausgelesen wird.
• Ein Problem, das sich bei einem solchen Gebrauch dartut ist, daß durch die unvermeidlich vorhandene geringe Menge Restgase in der Vakuumröhre, Gasmoleküle durch den Elektronenstrahl oder auf andere Weise ionisiert werden, wobei positive Ionen durch die herrschenden elektrischen Felder zu der emittierenden Oberfläche der Kathode hin beschleunigt werden. Dort treffen sie die verletzliche monoatomare Deckschicht, die dadurch in kurzer Zeit verschwunden sein wird, wenn nicht ständig nebst Barium auch Scandium zu der Deckschicht nachgeliefert wird.
• Es ist nun eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Kathode der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der eine verbesserte Erholung nach Ionenbeschuß und folglich eine längere Lebensdauer erhalten wird.
• Es ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen, nach dem eine solche Vorratskathode hergestellt werden kann.
• Dazu weist eine Kathode der eingangs beschriebenen Art das Kennzeichen auf, daß der Kathodenkörper eine mechanisch legierte Legierung des feuerfesten Metalls und des seltenerdmetallhaltigen Materials enhält.
• Die Vorratskathode weist vorzugsweise das Kennzeichen auf, daß das seltenerdmetallhaltige Material als verteilte Teilchen in der Matrix des feuerfesten Metalls vorhanden ist, wobei diese Teilchen einen mittleren Querschnitt von 200 nm oder weniger haben.
• Eine weitere Ausführungsform der Vorratskathode weist das Kennzeichen auf, daß die Teilchen in der Matrix homogen verteilt sind.
• Ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Kathode weist das Kennzeichen auf, daß das feuerfeste Metall und das seltenerdmetallhaltige Material mechanisch legiert werden und daß die auf diese Weise gebildeten Körper zu einem Kathodenkörper gepreßt werden.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß namentlich die Nachlieferung von Scandiumoxid in der Praxis die Lebensdauer der monoatomaren Schicht und dadurch der Kathode als Ganzes wesentlich beschränkt, weil Scandiumoxid in dem Kathodenkörper bei der Betriebstemperatur eine wesentlich niedrigere Mobilität hat als Bariumoxid.
• Der Erfindung liegt weiterhin die Erkenntnis zugrunde, daß die Nachlieferung von Scandiumoxid schneller und besser erfolgt, ja nachdem der Abstand, den das Scandiumoxid im Schnitt zurücklegen muß um aus den Poren des Kathodenkörpers über die ganze Oberfläche auszudiffundieren, nachstehend kurz als Diffusionsabstand bezeichnet, kleiner ist als und daß der Diffusionsabstand des Scandiumoxids im Schnitt kleiner sein wird, je nachdem das Scandiumoxid feiner über den Kathodenkörper verteilt ist.
• Ein herkömmlicher Legierungsprozeß, wobei scandiumhaltiges Material und das Wolfram in geschmolzenem Zustand zusammengebracht werden, führt nicht zu einer ausreichend homogenen Verteilung des Scandiumoxids über den Kathodenkörper, weil geschmolzenes Wolfram und scandiumhaltiges Material dabei gerade entmischt werden. Außerdem ist Scandium unter normalem Druck beim Schmelzpunkt von Wolfram bereits völlig verdunstet, so daß auch aus diesem Grund eine homogene Legierung zwischen den beiden Metallen nicht möglich ist.
• Eine ausreichend homogene Verteilung des Scandiumoxids über den Kathodenkörper kann dagegen erreicht werden, indem das Wolfram und das scandiumhaltige Material nach der Erfindung mechanisch miteinander legiert werden. Dabei wird unter "mechanisch legiert" verstanden, daß auf mechanische Weise derart auf die Ausgangswerkstoffe eingewirkt wird, daß zwischen denselben eine Legierung forziert wird. Die mechanische Einwirkung kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, daß die Ausgangspulver zusammen mit harten Kugeln in einem ggf mit Schaufeln versehenen Behälter zusammengebracht werden und daß das Ganze daraufhin ggf. unter Verwendung von Schutzgas relativ kräftig in Drehung und/oder ins Schütteln versetzt wird. Ein derartiger Prozeß ist beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 3.591.362 beschrieben worden.
• Nebst zu einer feinen Verteilung des scandiumhaltigen Materials über den Kathodenkörper führt die mechanische Legierung weiterhin zu einer Vielzahl von Versetzungen in dem Wolfram. In dem Kathodenkörper fördern derartige Versetzungen die Migration des scandiumhaltigen Materials zu der emittierenden Oberfläche, wodurch die Diffusionsgeschwindigkeit und folglich die Nachlieferung des scandiumhaltigen Materials zunimmt. Das scandiumhaltige Material ist als kleine Teilchen vorhanden (< 200 nm oder sogar < 100 nm). Vorzugsweise liegt der Scandiuminhalt in einer solchen Kathode zwischen 0,5 und 2 Gewichtsprozent. Die Dichte von scandiumhaltigen Teilchen in der Matrix liegt dann zwischen 1 und 40.000 scandiumhaltigen Teilchen je um³.
• Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der bariumhaltige Anteil zusammen mit den beiden Pulvern dem mechnaischen Legierungsprozeß ausgesetzt. In dem Fall wird nicht nur das Wolfram und das scandiumhaltige Material äußerst homogen miteinander vermischt, sondern wird außerdem der bariumhaltige Anteil äußerst fein darüber verteilt. Der bariumhaltige Anteil braucht in dem Fall nicht mehr, wie bei dem bekannten Verfahren, in geschmolzenem Zustand dem bereits gepreßten Kathodenkörper zugefügt zu werden. Auf diese Weise wird vermieden, daß das scandiumhaltige Material ausgelaugt wird. übliche scandiumhaltige Werkstoffe, wie beispielsweise reinses Scandium, Scandiumoxid, Scandiumhydrid und Scandiumnitrid, lösen sich nämlich völlig oder teilweise in geschmolzenem Barium-Kalzium-Aluminat, wobei dieses letztere Material oft als bariumhaltiger Anteil verwendet wird.
• Übrigens wird der Kathodenkörper, nachdem er gepreßt worden ist, im allgemeinen bei erhöhter Temperatur gesintert. Es hat sich herausgestellt, daß das Vorhandensein des bariumhaltigen Anteils in dem Kathodenkörper den Sintervorgang abbremst, wodurch dieser besser beherrschbar wird. Dies ist namentlich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Bedeutung, weil es sich herausstellt, daß die Sinterzeit dramatisch abnimmt, je nachdem das scandiumhaltige Material und das Wolfram feiner miteinander vermischt werden.
• In Bezug auf Migration des scandiumhaltigen Materials von der emittierenden Oberfläche wurden ausgezeichnete Ergebnisse erzielt, wenn diese Oberfläche eine Rheniumbedeckung aufweist.
• Die Bedeckung sollte eine minimale Dicke von 0,05 um haben, damit vermieden wird, daß sie wegzerstäubt wird, während eine maximale Dicke von 5 um vermeidet, daß die Poren des Körpers geschlossen werden. Optimale Abmessungen liegen zwischen 0,1 und 1 um.
• In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Wolframkarbidkugeln verwendet beim mechanischen Legierungsvorgang. Derartige Kugeln sind hart genug zum Gebrauch beim mechanischen Legierungsvorgang und bringen außerdem keine schädlichen Verunreinigungen in das Enderzeugnis.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorratskathode,
• Fig. 2 eine Versuchsaufstellung, mit der die Ionenbeschußfestigkeit einer Kathode ermittelt werden kann; und
• Fig. 3 die Erholung einer nach der Erfindung hergestellten Kathode und einer auf herkömmliche Weise hergestellten Kathode nach dem Ionenbeschuß.
• Die Figuren sind rein schematisch und nicht maßgerecht dargestellt. Deutlichkeitshalber sind einige Abmessungen stark übertrieben dargestellt. Entsprechende Teile sind in den Figuren möglichst mit denselben Bezugszeichen angegeben.
• Zur Herstellung einer Vorratskathode werden die erforderlichen Mengen des Wolframpulvers mit mittlerer Korngröße von etwa 2-6 um und des scandiumhaltigen Materials, in diesem Beispiel Scandiumoxidpulver mit einer mittleren Korngröße bis etwa 20 um, in einem Behälter aus Wolframkarbid gegeben, der luftdicht abgeschlossen werden kann. Übrigens kann statt von Scandiumoxid beispielsweise auch von reinem Scandiumpulver oder von Scandiumhydidpulver oder Scandiumnitridpulver ausgegangen werden und ggf kann dem Pulvergemisch eine Menge Molybdänpulver oder Pulver eines anderen hochschmelzenden Metalls hinzugefügt werden. Dem Pulvergemisch wird in dem betreffenden Beispiel weiterhin ein bariumhaltiger Anteil hinzugefügt, und zwar in Form einer bestimmten Menge Barium-Kalzium-Aluminatpulver, beispielsweise Bariumoxid (BaO), Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;) und Calziumoxid (CaO) in einem Molverhältnis von 4 : 1 : 1.
• Der Behälter wird weiterhin mit einer Anzahl Kugeln aus Wolframkarbid mit einem Durchmesser von etwa 4 mm versehen, und zwar in einem Verhältnis von beispielsweise 4 : 1 gegenüber den zu legierenden Bestandteilen. Der Behälter wird daraufhin abgeschlossen und mit einem geeigneten Inertschutzgas, wie beispielsweise Argon und Helium, gründlich gespült.
• Danach wird der geschlossene Behälter mit großer Geschwindigkeit in Drehung gesetzt und kräftig geschüttelt, wodurch die Kugeln mit großer Kraft auf das Pulvergemisch einwirken und dieses zu Körnern geplättet wird, in denen das Wolfram und das Scandiumoxid homogen verteilt sind. Auf diese Weise wird mechanisch eine Legierung aus Wolfram und einem scandiumhaltigen Material forziert, wobei diese Legierung im Wesentlichen aus stark verformtem Wolfram besteht und wobei es nebst dem scandiumhaltigen Material auch noch den äußerst fein verteilten bariumhaltigen Anteil gibt. Die dabei in dem Wolfram herbeigeführten Versetzungen fördern die Migration des scandiumhaltigen Anteils in der Legierung, die dadurch schneller erfolgen wird. Hinzu kommt noch, daß durch die äußerst feine, einheitliche Verteilung des scandiumhaltigen Materials über das Wolfram der Diffusionsabstand des scandiumhaltigen Materials im Schnitt wesentlich verringert wird. Diese beiden Faktoren führen zu einer Verstärkung der Nachlieferung des Scaniumanteils zu der monoatomaren Deckschicht, wodurch die schlußendliche Kathode eine größere Ionenbeschußfestigkeit und eine gesteigerte Lebensdauer hat.
• Die effektive Verteilung von scandiumhaltigen Teilchen ist abhängig von der Menge scandiumhaltigen Materials und von der Größe der Teilchen. Die Verwen dung von 0,5 Gewichtsprozent Sc&sub2;O&sub3; in dem Ausgangsgemisch führt zu einer Dichte von 1 Teilchen je um³ für Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 200 nm, während 2 Gewichtsprozent zu einer Dichte von 40.000 Teilchen je um³ führt bei Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von 10 nm.
• Eine derartige Legierung läßt sich nicht verwirklichen in einem herkömmlichen Legierungsverfahren, wobei die beiden Werkstoffe in geschmolzenem Zustand zusammengebracht werden, weil geschmolzenes Wolfram und Scandium sich entmischen würden und unter normalem Druck das Scandium beim Schmelzpunkt von Wolfram sogar völlig verdunsten würde.
• Das Kornmaterial wird in eine Preßform gegeben, in der mit einem Stempel unter hohem Druck aus dem Pulver eine oder mehrere Tabletten mit einem Durchmesser von etwa 1 mm und einer Porösität von etwa 20-30% gepreßt werden, die je einen Kathodenkörper bilden. Die gepreßten Kathodenkörper werden danach etwa 5-50 Minuten lang bei einer Temperatur von 1200-1500ºC gesintert, je nach der Dauer und der Kraft des mechanischen Legierungsverfahrens. Der bariumhaltige Anteil, in diesem Fall das Barium-Kalzium-Aluminat, der inzwischen in dem Kathodenkörper 2 vorhanden ist, bremst dabei den Sintervorgang ab, der ohne Imprägnierung infolge der sehr feinen Verteilung des Scandiumoxids unkontrollierbar schnell erfolgt wäre.
• Der auf diese Weise erhaltene Kathodenkörper 1 wird in eine geeignete Halterung 4 aus hochschmelzendem Metall, in diesem Beispiel aus Molybdän, gegeben, siehe Fig. 1. Die Halterung ist mit einer Kathodenschacht 3 verschweißt, die ebenfalls aus Molybdän hergestellt ist und einen Glühfaden 6 aufweist, mit dem die Kathode auf die gewünschte Betriebstemperatur gebracht werden kann. Die Kathode wird danach in eine Elektronenstrahlröhre eingebaut.
• Dasselbe Ausgangsmaterial wurde verwendet zur Herstellung einer Kathode nach dem oben beschriebenen Verfahren und nach einem bekannten Verfahren wobei das Wolframpulver und das Scandiumoxidpulver nur auf herkömmliche Weise vermischt und danach zu einem Kathodenkörper gepreßt wurde. Der genannte Katho denkörper wird danach gesintert und mit geschmolzenem Barium-Kalzium-Aluminat imprägniert.
• Fig. 2 zeigt schematisch eine Versuchsaufstellung, geeignet zum Vergleichen der erfindungsgemäßen Kathode mit dieser herkömmlichen Kathode. Diese Aufstellung umfaßt eine Vakuumglocke 10, in der die kathode 1 untergebracht werden kann. Die Vakuumglocke umfaßt weiterhin eine Kollektorelektrode 11, die sich gegenüber der emittierenden Oberfläche 3 der Kathode 1 befindet und die im Betrieb auf eine relativ hohe Spannung von etwa 0,5 kV gebracht wird. Mit der Kollektorelektrode 11 kann im Betrieb die Emission der Kathode 1 gemessen und ständig ermittelt werden. Der Ausgangsstrom Ic der Kollektorelektrode 11, die mittels eines Strommeßinstrumentes 12 aufgezeichnet werden kann, entspricht dabei der gesamten Elektronenemission der Kathode 1. Die Glocke 10 ist mit einem Pumpenanschluß 13 auch mit einem Einlaß 14 versehen, wodurch Argon oder ein anderes Gas mit Hilfe eines Hahns 15 selektiv eingelassen werden kann.
• Damit die erfindungsgemäße Kathode mit der bekannten, üblichen Kathode verglichen werden kann, sind die beiden Kathoden nacheinander in die Versuchsaufstellung gegeben und auf dieselbe Betriebstemperatur von etwa 1000ºC erhitzt. In beiden Fällen wurde dabei ein vergleichbarer Kollektorstrom gemessen, was eine vergleichbare Elektronenemission bedeutet. Damit die Erholung der Kathode nach dem Ionenbeschuß ermittelt werden kann, wurde daraufhin während kurzer Zeit Argon über den Anschluß 14 eingelassen. Das eingelassene Argon wird in der Glocke durch den Elektronenstrom bereits schnell ionisiert und danach zu der emittierenden Oberfläche 3 der Kathode hin beschleunigt werden. Durch diesen Argonbeschuß wird die verletzliche scandium- und bariumhaltige monoatomare Deckschicht auf der emittierenden Oberfläche 3 der Kathode fast unmittelbar wegzerstäubt, wodurch die Elektronenemission zusammenbricht. Durch den Pumpenanschluß 13 wird das eingelassene Argon darauf hin weggepumpt, wonach die Elektronenemission der Kathode sich wieder erholen kann.
• In Fig. 3 ist diese Erholung nach dem Argonbeschuß für beide Kathoden dargestellt, wobei vertikal der Kollektorstrom Ic als Prozentsatz des Anfangswertes, d. h. des Wertes vor dem Argonbeschuß, gegen horizontal die Zeit aufgetragen ist. Die Kurve A zeigt dabei den Kollektorstrom als Funktion der Zeit für die erfindungsgemäße Kathode, während die Kurve B denselben Zusammenhang für die bekannte Kathode zeigt. Daraus geht hervor, daß die Kurve der erfindungsgemäßen Kathode wesentlich steiler ist als die der bekannten Kathode und daß die erfindungsgemäße Kathode sich folglich wesentlich schneller von dem Ionenbeschuß erholt als die bekannte Kathode. Die erfindungsgemäße Kathode hat sich bereits bei t = t&sub1; völlig erholt, während die bekannte Kathode erst bei t = t&sub2; dieselbe Erholung zeigt.
• Diese Differenz in der Erholung wird der verbesserten Nachlieferung von Scandium in der erflndungsgemäßen Kathode zugeschrieben. Dadurch, daß nach der Erfindung die Ausgangspulver auf mechanische Weise miteinander zum Legieren gebracht werden, kann eine äußerst feine einheitliche Verteilung des scandiumhaltigen Anteils über den Kathodenkörper erzielt werden, wodurch der Diffusionsabstand des scandiumhaltigen Anteils in dem Kathodenkörper dramatisch verringert wird. Außerdem führen die beim mechanischen Legieren in das Wolfram eingeführten Versetzungen zu einer größeren Diffusionsgeschwindigkeit des Scandiums. Die beiden Faktoren sorgen dafür, daß der scandiumhaltige Anteil schneller zu der emittierenden Oberfläche diffundieren kann um der monoatomaren Deckschicht Scandium nachzuliefern, was sich dartut in einem Unterschied von t&sub2;-t&sub1; in der Erholungszeit nach einem vollständigen Ionenbeschuß. Ein hinzukommender Vorteil ist, daß durch die beschleunigte Nachlieferung von Scandium der Nutzvorrat an Scandium in dem Kathodenkörper, aus dem die Deckschicht das Material nachgeliefert bekommt, größer ist, so daß auch aus diesem Gesichtspunkt die Lebensdauer der schlußendlichen Kathode verlängert wird. Die Erfindung schafft folglich eine Vorratskathode mit einer äußerst hohen Elektronenemission, die eine bessere Ionenbeschußfestigkeit aufweist und eine längere Lebensdauer hat. Die auf diese Weise hergestellte Kathode ist folglich namantlich geeignet zum Gebrauch in einer Elektronenröhre, wie beispielsweise einer Bildwiedergaberöhre oder einer Bildaufnahmeröhre, wobei es durch die unvermeidlichen Restgase immer einen gewissen Ionenbeschuß geben wird.
• Wie bereits eingangs erwähnt, kann Migration der scandiumhaltigen Teilchen und folglich die Nachlieferungsgeschwindigkeit von Scandium dadurch verbessert werden, daß die Emissionsfläche mit einer Rheniumschicht mit einer Dicke zwischen 0,05 um und 5 um versehen wird. Eine solche Deckschicht hat ähnliche Effekte bei Vorratskathoden, die nach anderen Verfahren, wie nach dem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen von Vorratskathoden, hergestellt worden sind.
• So kann beispielsweise der Kathodenkörper statt völlig nach dem oben beschrieben Verfahren hergestellt zu sein, einen Trägerkörper aus einem geeigneten Metall enthalten, beispielsweise aus Molybdän oder Nickel, auf dem eine Deckschicht vorgesehen ist, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist. Eine derartige Kathode wird meistens als Deckschichtkathode bezeichnet. Weiterhin kann der Kathodenkörper statt in einer Form unmittelbar in der Kathodenhalterung gepreßt und darin hinterher gesintert oder zu einem Draht gezogen werden.
• Weiterhin kann der bariumhaltige Anteil statt bereits beim Legierungsprozeß erst dann hinzugefügt werden, nachdem der Kathodenkörper gepreßt worden ist, indem die Kathodentabletten mit einem pulverförmigen Barium-Kalzium-Aluminat bedeckt werden und das Ganze kurze Zeit bis über den Schmelzpunkt derselben erhitzt wird. Das geschmolzene Aluminat wird in diesem Fall kapillar durch die Tabletten auf gesaugt, wodurch sie auf diese Weise mit dem Aluminat imprägniert werden. Hinterher werden die Tabletten mit entmineralisiertem Wasser gewaschen, damit etwaiges überflüssiges Imprägnat entfernt wird.
• Dabei soll berücksichtigt werden, daß Scandiumoxid sich teilweise in dem geschmolzenen Aluminat löst. Dadurch, daß man jedoch von einem bestimmten Übermaß an Scandiumoxidpulver und von einer minimalen Korngröße von 3 um ausgeht, kann dafür gesorgt werden, daß der Kathodenkörper nicht völlig ausgelaugt wird und daß genügend Scandiumoxid in dem Kathodenkörper zurückbleibt. Es wird dabei meistens durch das Imprägnat zu den Poren des Kathodenkörpers hin mitgeführt werden.
• Außerdem ist es möglich, den bariumhaltigen Anteil vor dem Preßen den Körnern zuzufügen. Ebenso wie in dem Ausführungsbeispiel ist in diesem Fall der bariumhaltige Anteil in dem Kathodenkörper vorhanden bevor gesintert wird, was zu einer besseren Beherrschbarkeit des Sinterverfahrens führt.
• Im Allgemeinen schafft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Vorratskathode mit einer äußerst homogenen Verteilung des wolframhaltigen sowie des scandiumhaltigen Materials über den Kathodenkörper und auch dadurch mit einer verbesserten Erholung nach Ionenbeschuß.

Claims (15)

1. Vorratskathode mit einem Kathodenkörper mit einer Matrix aus einem feuerfestem Metall und einem darin verteilten seltenerdmetallhaltigen Material, wobei dieser Körper ebenfalls mit einem bariumhaltigen Anteil versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkörper eine mechanisch legierte Legierung des feuerfesten Metalls und des seltenerdmetallhaltigen Materials aufweist.

2. Vorratskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das seltenerdmetallhaltige Material als verteilte Teilchen in der Matrix aus dem feuerfesten Metall vorhanden ist, wobei diese Teilchen einen mittleren Durchmesser von 200 nm oder weniger haben.

3. Vorratskathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen einen mittleren Durchmesser von 100 nm oder weniger haben.

4. Vorratskathode nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das seltenerdmetallhaltige Material als verteilte Teilchen in der Matrix vorhanden ist und die Teilchen innerhalb der Matrix homogen verteilt sind.

5. Vorratskathode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Metall Wolfram ist und das Seltenerdmetall Scandium ist.

6. Vorratskathode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsprozentsatz des scandiumhaltigen Materials in dem Kathodenkörper zwischen 0,5% und 2% liegt.

7. Vorratskathode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie 1-40.000 Teilchen je um³ enthält.

8. Vorratskathode nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die emittierende Oberfläche der Kathode mit einer rheniumhaltigen Deckschicht versehen ist, wobei diese Schicht eine Dicke zwischen 0,05 um und 5 um hat.

9. Elektronenstrahlröhre mit einer Vorratskathode nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Verfahren zum Herstellen einer Vorratskathode, wobei eine Matrix aus einem feuerfesten Metall und einem darin verteilten seltenerdmetallhaltigen Material verwirklicht wird zum Bilden eines Kathodenkörpers, der ebenfalls mit einem bariumhaltigen Anteil versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Metall und das seltenerdmetallhaltige Material mechanisch legiert werden und daß die auf diese Weise gebildeten Körner zu einem Kathodenkörper gepreßt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der bariumhaltige Anteil mit dem feuerfesten Metall und dem seltenerdmetallhaltigen Material mechanisch legiert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das feuerfeste Metall Wolfram und das Seltenerdmetall Scandium ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der bariumhaltige Anteil mit dem Wolfram und dem scandiumhaltigen Material mechanisch legiert wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der bariumhaltige Anteil mit den Körnern vermischt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß Wolframkarbidkugeln und ein Behälter aus Wolframkarbid für den mechanischen Legierungsvorgang verwendet werden.