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Oxydkathode
Die Erfindung betrifft Oxydkathoden, u. zw. insbesondere eine neuartige Zusammensetzung der Oxydmasse solcher Kathoden.
Wie bekannt, werden die heute meistverbreiteten Oxydkathoden aus einem Gemisch von drei Erdalkalikarbonaten, u. zw. dem Gemisch von Bariumkarbonat, Kalziumkarbonat und Strontiumkarbonat her- gestellt, die an der Kathode durch Erhitzung zu Oxyden umgewandelt werden. Die Karbonate werden üblicherweise in Form von Mischkristallen auf den mittelbar oder unmittelbar beheizbaren Kathodenkörper aufgetragen. Die auf den Kathodenkörper aufgetragenen Karbonate umwandeln sich im Laufe der anlässlich der Herstellung der Kathode üblichen Wärmebehandlung vorerst zu Oxyden, doch bilden diese Oxyde jetzt keine Mischkristalle mehr. Anlässlich der Fortsetzung der Wärmebehandlung lösen sich aber diese Oxyde ineinander und bilden somit wiederum Mischluistalle.
Zur Herstellung dieses aus drei verschiedenen Erdalkalioxyden bestehenden aktiven Überzuges wurden bereits sehr verschiedene Mengenverhältnisse der Bestandteile vorgeschlagen, und wir haben verschiedene solche Gemische und die aus denselben hergestellten Kathoden ausgedehnten und gründlichen Untersuchungen unterworfen. Wir haben hiebei festgestellt, dass das Mengenverhältnis der einzelnen Bestandteile in dem auf die Kathode aufgetragenen emittierenden Überzug vor der Wärm, ebehandlung von der nach einer gewissen Gebrauchszeit der Kathode festgestellten Zusammensetzung abweichend ist. Wir haben ferner festgestellt, dass diese Abweichung, die hauptsächlich der Verdampfung des Bariumoxyds bzw.
Bariums zuzuschreiben ist, von der Zusammensetzung des das Ausgangsmaterial bildenden Gemisches aus Strontiumoxyd, Kalziumoxyd und Bariumoxyd weitgehend unabhängig ist.
Unsere Untersuchungen bezweckten die Aufklärung der obigen Erscheinung, da wir vermuteten, dass auf dieser Grundlage bedeutend verbesserte Oxydkathoden hergestellt werden könnten, die bei guter Emission eine sehr geringe Verdampfung des Bariums bzw. Bariumoxyds zeigen. Diese Verdampfung ist nämlich sowohl bei Hochvakuumröhren, z. B. Radioröhren, wie bei gasgefüllten Röhren, z. B. Leuchtröhren, ausserordentlich unangenehm. In Hochvakuum-Elektronenröhren kann nämlich diese Verdampfung des Bariums eine Gitteremission und Rückzündungen verursachen. In gasgefüllten Röhren entstehen infolge dieser Verdampfung an der Röhreninnenwand dunkelgef rbte, zumeist schwarze Flecke oder Ringe, die sowohl das Aussehen, wie die Lichtausstrahlung der Röhren ungünstig beeinflussen.
Unsere Untersuchungen haben wir vorerst mit einer unsererseits bereits vor längerer Zeit vorgeschla- genen, in der Beschreibung unseres älteren österr. Patentes Nr. 170821 ausführlich beschriebenen, Kathodenmasse durchgeführt, bei welcher das Mengenverhältnis der Komponenten derart ausgewählt war, dass die Masse aus 2 Mol Bariumoxyd, 1 Mol Strontiumoxyd und 2 Mol Kalziumoxyd besteht. Wir haben festgestellt, dass diese Kathodenmasse, wenn sie auf einen aus Wolfram bestehenden Kathodenkörper aufgetragen worden ist, eine bedeutende Verdampfung des Bariums bzw. Bariumoxyds zeigt, insbesondere im ersten Zeitabschnitt ihres Betriebes. Nach einiger Zeit verringerte sich jedoch diese Verdampfung, u. zw. üblicherweise bis praktisch auf Null und hienach wies die Kathode eine sehr lange Lebensdauer auf.
Bei
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B.steht. Wir haben ferner festgestellt, dass von diesen Kathodenmassen diejenigen, die bei guter Lebensdauer auch praktisch zufriedenstellende gute Emissionseigenschaften aufweisen und durch Wärmebehandlung sehr leicht und einfach mit der bei der Herstellung von Oxydkathoden üblichen Arbeitsweise herstellbar sind, ein gemeinsames Kennzeichen aufweisen. Dieses Kennzeichen besteht darin, dass, wenn man die verschiedenen drei Oxyde in ein Dreieckdiagramm als Phasendiagramm aufträgt, die praktisch verdampfungsfreien Zusammensetzungen in ein zusammenhängendes einheitliches Gebiet dieses Diagramms zu liegen kommen.
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der Rest durch Bariumoxyd gebildet wird.
Gemäss unseren Feststellungen haben sich, insbesondere auf Kathodenkörpern aus Wolfram oder einer Wolframnickel-Legierung, diejenigen Kathodenmassen als bestgeeignet erwiesen, die tatsächlich einheitlich sind und bei denen der Strontiumoxydgehalt beinahe ge- nau 20 11/0 beträgt. Recht gut geeignet sind aber auch Massen mit etwa 18-22 lu Strontiumoxydgehalt, und ebenso ist der Gehalt von 20 lu bzw. 40 % Kalziumoxyd ebenfalls nicht als strenge Grenze zu betrachten, da Abweichungen von 1-2 lu noch zulässig sind, indem solche Massen auch gute Ergebnisse zeigen.
Alle diese Angaben bezüglich der Mengenverhältnisse beziehen sich, da es sich um eine einheitliche Verbindung handelt, nicht nur auf die Zusammensetzung der als Ausgangsmaterial benützten Kathodenmasse, sondern auch auf die Zusammensetzung der Kathodenmasse auch dann, wenn die untersuchte Kathodenmasse die Masse einer bereits aktivierten und in der Röhre für einige, z. B. 2 - 20, Betriebsstun - den im vorschriftsmässigen Betrieb gehaltenen Kathode ist.
Fig. 2 der Zeichnung veranschaulicht das oben erwähnte Dreieckdiagramm des Bariumoxyd, Stromtiumoxyd und Kalziumoxyd und an denselben ist mit dem Bezugszeichen 16 das einheitliche Gebiet bezeichnet, welches die Kathodenmasse gemäss unserer Erfindung umfasst. Dieses Gebiet bezeichnet auch annähernd die Grenzen, innerhalb welcher sich die als Überzug des Kathodenkörpers praktisch tatsächlich geeignete Einphasenverbindung bilden kann. Durch Versuche haben wir nämlich festgestellt, dass Kathoden, deren Kathodenmassen bezüglich ihrer Zusammensetzung innerhalb dieses Gebietes liegen, ausser einer langen Lebensdauer auch sehr gute und dauerhafte Emissionseigenschaften aufweisen.
Dies wird als Beispiel durch Fig. 3 der Zeichnung veranschaulicht. Fig. 3 zeigt ein ähnliches Diagramm wie Fig. 1 und veranschaulicht daher ebenfalls die verdampfte Menge des Bariumoxyds bzw. Bariums in Abhängigkeit der Zeitdauer. Kurve 14 veranschaulicht die Verdampfungseigenschaften einer Kathodenmasse, die aus 60 11/0 Bariumoxyd, 20 % Strontiumoxyd und 20 ja Kalziumoxyd besteht, während die Kathodenmasse gemäss der Kurve 15 aus 40 % Bariumoxyd, 20% Strontiumoxyd und 40 % Kalziumoxyd bestand. Aus dem Diagramm'ist es ersichtlich, dass bei diesen Kathodenmassen die Verdampfung selbst im ersten Stadium der Lebensdauer der Kathode sehr gering ist, sehr rasch praktisch aufhört und die Kathoden dabei eine gute Emission besitzen, die einer Austrittsarbeit zwischen etwa 1, 2 und l, 8 Volt entspricht.
Wir haben aber festgestellt, dass auch Kathodenmassen anderer Zusammensetzung, die aber ebenfalls innerhalb des an Fig. 12 mit 16 bezeichneten Gebietes liegt, ähnliche günstige Verdampfungseigenschaften aufweisen. Die Lebensdauer der mit den erfindungsgemässen emittierenden Überzügen versehenen Kathoden kann, wenn ihf Kathodenkörper Wolfram enthält, bis 10000 oder noch mehr Stunden betragen. Die Anwesenheit von Wolfram als Reduktionsmittel im Kathodenkörper der Kathoden ist nämlich bei den erfindungsgemässen Kathoden infoige der diesbezüglichen Eigenschaften des Wolframs insbesondere zwecks Erreichung einer langen Lebensdauer der Kathoden wichtig.
Die in Fig. 3 veranschaulichten Eigenschaften, d. h. sehr geringe Verdampfung im Anfangsstadium der Lebensdauer und praktisches Aufhören der Verdampfung mindestens während der überwiegenden Zeit der Lebensdauer der Kathode, sind bezüglich der praktischen Verwendung der Kathoden sehr wertvoll.
Wenn nämlich solche Kathoden in Hochvakuum-Elektronenröhren verwendet werden, sind diese Röhren von der störenden Erscheinung der Gitteremission frei. Ebenso sind mit diesen Kathoden versehene gas- gefiillteRöbrenvonder unangenehmen Fleckenbildungan derRöhrenwand praktisch frei. Ein weiterer Vorteil der neuenKathoden ist, dass dieselben infolge der geringen Verdampfung bei höheren Temperaturen als bisher üblich in Betrieb gehalten werden können, z. B. bei Leuchtröhren bei einer Temperatur von etwa 950 bis 1000 C statt- der bisher üblichen Temperatur von etwa 9000 C. Hiedurch ergibt sich aber eine Leistungserhöhung, da man z. B. bei Leuchtröhren im Falle der Verwendung dieser Kathoden den Füllgasdruck vermindern kann, wodurch die Lichtausbeute der Röhren verbessert wird.
Eine auf ähnlichen
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Die Erfindung wird nachstehend in zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben, ohne aber irgendwie auf dieselben beschränkt zu sein.
Beispiel 1 : Zwecks Herstellung einer mittelbar beheizten Kathode für eine Hochvakuumröhre wird auf das aus einer Legierung von 4 % Wolfram und 96 % Nickel bestehendes Kathodenröhrchen in üblicher Weise ein Karbonatgemisch aufgetragen, welches aus 44,6 % Bariumkarbonat, 20, 4 % Strontiumkarbonat und 35,0 % Kalziumkarbonat besteht.
Die mit einem Heizkörper versehene Kathode wird in üblicher Weise in die Röhre montiert, die Röhre mit der Pumpe verbunden und durch Erhitzung der Kathode auf etwa 900 werden die Karbonate in üb- licher Weise zu Oxyden umgewandelt, wobei das gebildete C02 durch die Pumpe abgesaugt wird. Diese Wärmebehandlung erfordert etwa 10 - 15 Minuten und hienach wird die Temperatur durch Erhöhung der Heizstromstärke auf mindestens 1050 erhöht und während etwa 10 - 15 Minuten aufrechterhalten. Während dieser Zeit bildet sich die einheitliche einphasige Oxydverbindung aus.
Im Laufe dieser Wärmebehandlung findet bereits eine sehr geringe Verdampfung statt, obzwar im Laufe dieser Wärmebehandlung in der Röhre bereits ein sehr gutes Vakuum von unter 10-5 Torr vorhanden ist.
Nach Beendigung dieser Wärmebenandlung wird die Kathode in üblicher Weise aktiviert und die Röhre in üblicher Weise fertiggestellt.
Beispiel 2 : Zwecks Herstellung einer Kathode für eine Leuchtröhre trägt man auf die den Kathodenkörper bildende Wolframdrahtwendel mittels Kataphorese ein Karbonatgemisch auf, dessen Zusammensetzung mit der im Beispiel 1 angegebenen identisch ist. Hienach setzt man die Kathode in einen Behandlungsbehälter, z. B. unter eine Glasglocke, evakuiert und zersetzt die Karbonate in Oxyde, in der im Beispiel 1 angegebenen Weise, wonach die einphasige Verbindung ebenfalls in der im Beispiel 1 angegebenen Weise erzeugt wird. Hienach lässt man die Kathode abkühlen und entfernt si- ausdem Behand- lungsbehälter. Es hat sich nämlich erwiesen, dass die Kathode ein Verweilen an der atmosphärischen Luft für einige Stunden in diesem Zustand unbeschadet verträgt.
Hienach wird die Kathode in die Leuchtröhre in der üblichen Weise montiert und dcrt bei der üblichen Temperatur von etwa 10000 C aktiviert, wozu eine Erhitzung auf diese Temperatur für etwa 2 - 3 Minuten erforderlich ist.
Wir wünschen zum Schluss noch ausdrücklich zu betonen, dass, obzwar wir durch unsere oben beschriebenen Untersuchungen die Existenz der genannten einphasigen Verbindung als bewiesen betrachten, die genaue Struktur und manche andere Eigenheiten. Entstehungsbedingungen usw. derselben noch nicht geklärt worden sind. Es ist jedoch erwiesen, dass Kathodenmassen der im vorliegenden Patent beanspruchten Zusammensetzung die oben angcgebenen unerwartet günstigen Eigenschaften aufweisen, und deshalb ist das Schutzbegehren des vorliegenden Patentes von der Richtigkeit oder Unrichtigkeit der die Existenz einer einheitlichen einphasigen Verbindung der beanspruchten Zusammensetzung voraussetzenden Theorie unabhängig.
Die mit der erfindungsgemässen Kathode versehenen elektrischen Entladungsröhren sind aber eifahrungsgemäss dadurch zu identifizieren, dass das Mengenverhältnis der Komponenten der Kathodenmasse ihrer Kathode sowohl bei der noch nicht aktivierten, wie bei der bereits aktivierten und für einige Stunden in Betrieb gehaltenen Kathode identisch ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Oxydkathode, deren auf einem metallischen Kern befindlicher emittierender Überzug Bariumoxyd, Strontiumoxyd und Kalziumoxyd enthält, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Überzug aus einer einheitlichen Verbindung besteht, deren Gehalt an Strontiumoxyd zwischen 18 und 22 % und an Kalziumoxyd zwischen 20 und 40 % liegt, wobei der Restgehalt aus Bariumoxyd besteht.