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Verfahren zur Herstellung von Oxydkathoden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Oxydkathoden, deren Kathodenmasse eine bestimmte Zusammensetzung aufweist, und verfolgt den Zweck, Kathoden zu erlangen, bei denen im
Laufe des Betriebs nur eine vernachlässigbar kleine Verdampfung des aktiven Materials vor sich geht.
Es ist bekannt, dass bei den Oxydkathoden von elektrischen Entladungsröhren im Laufe des Betriebs eine Verdampfung der aktiven Masse stattfindet, wodurch hauptsächlich der Bariumoxydgehalt der akti- ven Masse vermindert wird. Gemäss der Feststellung der Patentinhaberin findet der überwiegende Teil dieser Verdampfung im Anfangsstadium des Betriebes der Kathode statt, wie dies ausführlich in der Beschreibung der österr. Patentschrift Nr. 204656 erwähnt worden ist. Es wurde einwandfrei festgestellt, dass die Oxydkathoden bereits in den ersten Betriebsstunden messbare Mengen an Bariumoxyd durch Verdampfung verlieren.
Dies ist bei Hochvakuumröhren deshalb nachteilig, weil diese Verdampfung eine Gitteremission verursachen kann und bei Niederdruck-Gasentladungslampen deshalb, weil hiedurch die störende Fleckenbildung an der Innenwand der Röhre verursacht bzw. beschleunigt wird. In der Beschreibung des obengenannten Patentes ist ausführlich beschrieben, dass diesem Mangel durch Verwendung einer Kathodenmasse besonderer Zusammensetzung abgeholfen werden kann, da diese eine einheitliche Verbindung bildende Kathodenmasse äusserst langsam verdampft.
Es wurde nun festgestellt, dass es auch möglich ist, zu ähnlich günstigen Ergebnissen zu gelangen, wenn man von einem Ausgangsstoffgemisch ausgeht, welches eine andere Zusammensetzung besitzt, als die im oben genannten Patent beanspruchte, wenn dies Ausgangsstoffgemisch gemäss der vorliegenden Erfindung behandelt wird. Die vorliegende Erfindung beruht daher auf der Erkenntnis, dass eine als emittierende Kathodenmasse geeignete, einheitliche Verbindung nicht nur aus den im obigen Patent beschriebenen Ausgangsstoffgemischen hergestellt werden kann. Die vorliegende Erfindung ermöglicht ferner auch die Erzielung von Vorteilen fur den Fall, dass die im obigen Patent beanspruchten Ausgangsstoffgemische bestimmter Zusammensetzung gemäss der vorliegenden Erfindung behandelt werden.
Dementsprechend bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Herstellung solcher Oxydkathoden, deren Ausgangsstoffgemisch aus einem Gemisch der drei Karbonate Strontiumkarbonat, Kalziumkarbonat und Bariumkarbonat besteht. Das Mengenverhältnis dieser Karbonate ist derart gewählt, dass in der fertigen Kathodenmasse der Gehalt der gebildeten einheitlichen Verbindung an Strontiumoxyd zwischen 14-26 %, und der Gehalt an Kalziumoxyd zwischen 12 und 40 % liegt, während der jeweilige Rest aus Bariumoxyd besteht, wobei diese Prozente Gewichtsprozente sind.
Es wurde nämlich festgestellt, dass mittels der erfindungsgemässen Behandlung sämtliche solche Dreiergemische, deren Zusammensetzung innerhalb der oben angegebenen Grenzen liegt, zu einer einheitlichen Verbindung umgewandelt werden können, die bei günstiger Emission und langer Lebensdauer eine sehr geringe Verdampfung im Betriebe der Kathode aufweist, also bezüglich der Betriebseigenschaften der Kathode sich ebenso günstig verhält, wie die im oben erwähnten Patent beanspruchten Kathoden, bei denen die Zusammensetzung des Ausgangsstoffgemisches innerhalb beudeutend engerer Grenzen liegt.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht im wesentlichen darin, dass die Kathode nach erfolgter Zersetzung der Karbonate zu Oxyden, aber vor dem Aktivieren der Kathode, einer bei Temperaturen von
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mindestens 10500 C während mindestens 5 Minuten im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre er- folgenden Wärmebehandlung unterworfen wird. Wenn diese erfindungsgemässe Wärmebehandlung bei sol- chen Kathoden, deren Kathodenmasse die im oben erwähnten Patent beanspruchte Zusammensetzung auf- weist, nicht angewendet wird, bildet sich die einheitliche Verbindung anlässlich der üblichen Behand- lung der Kathode und gegebenenfalls im Anfangsstadium des Betriebes der Kathode ebenfalls aus. Es kann jedoch vorkommen, dass sich diese einheitliche Verbindung langsam bildet, was aus verschiedenen Grün- den nachteilig ist.
Wenn aber die Zusammensetzung des Ausgangsstoffgemisches von der im obigen Patent beanspruchten Zusammensetzung abweicht, aber innerhalb der oben angegebenen weiteren Grenzen liegt, kann man ohne der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Wärmebehandlung aus diesem
Ausgangsstoffgemisch eine einheitliche Verbindung entweder überhaupt nicht, oder nur nach einigen hundert Betriebsstunden erhalten. Demzufolge findet in der Röhre während dieser Zeit eine beträchtli - che Verdampfung des Bariumoxyds statt, die aus oben erwähnten Gründen nachteilig ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt hauptsächlich die Vermeidung dieses Nachteiles und ermöglicht die Herstellung von Kathoden, die während des Betriebes eine vernachlässigbare Verdampfung zeigen, aus Ausgangsstoffgemischen, deren Zusammensetzung dies ansonsten nicht ermöglichen würde.
Die erfindungsgemässe Wärmebehandlung in der Schutzgasatmosphäre kann bei einem über etwa
100 Torr liegenden Druck, z. B. bei 600-700 Torr, also in der Nähe des Atmosphärendruckes, jeden- falls aber bei einer über 10500 C, vorteilhaft bei einer zwischen 1050 und 11000 C liegenden Tempera- tur, mindestens 5 Minuten lang durchgeführt werden.
Der Druck des erfindungsgemäss verwendeten Schutzgases oder Schutzgasgemisches kann aber auch bedeutend höher sein, falls dies aus irgendeinem Grunde vorteilhaft erscheint.
Diese Wärmebehandlung kann entweder an der bereits in die Röhre eingebauten Kathode, oder vorteilhaft noch vor Einbau der Kathode in die Röhre vorgenommen werden. Falls die Wärmebehandlung ausserhalb der Röhre vorgenommen wird, kann dieselbe auch im Vakuum erfolgen, doch ist die im Schutzgas erfolgende Wärmebehandlung auch in diesem Falle zweckmässiger. Bei Verwendung eines Schutzgases kann nämlich das gewünschte Ergebnis innerhalb kürzester Zeit und trotzdem bei nicht allzu hohen Temperaturen erreicht werden, wodurch der Heizkörper der Kathode geschont wird. Bei der Durchführung der Wärmebehandlung im Vakuum bei denselben Temperaturen würden nämlich von der Kathode Materialmengen verdampfen, die bei in die Röhren bereits eingebauten Kathoden störend wirken könnten.
Das vorteilhaft verwendete Schutzgas besteht aus einem Edelgas oder aus einem Gemisch mehrerer Edelgase. wobei in beiden Fällen auch ein Wasserstoffzusatz vorgesehen sein kann. Wegen seiner leich - ten Zugänglichkeit und verhältnismässig niedrigen Preises wird in der Praxis als Schutzgas vorteilhaft Argon verwendet, in derselben Reinheit, wie dieses Edelgas zur Füllung gasgefüllter elektrischer Glühlampen üblicherweise verwendet wird.
Die erfindungsgemässe Wärmebehandlung ist beendet, sobald sich die gewünschte einheitliche Verbindung gebildet hat, was durch die hienach äusserst geringe Verdampfung des Bariumoxyds bzw. Bariums aus der Masse angezeigt wird. Im Laufe dieser Wärmebehandlung gibt das Ausgangsstoffgemisch seinen Überschuss an Bariumoxyd durch Verdampfung ab und verwandelt sich dann zu der gewünschten einheitlichen Verbindung. Wenn also die Zusammensetzung des Ausgangsstoffgemisches die in dem oben genannten Patent beanspruchte ist, ist auch diese anfänglich stattfindende Verdampfung des Bariumoxyds recht gering, da sich die einheitliche Verbindung recht bald bildet. In solchen Fällen kann die Zeitdauer der erfindungsgemässen Wärmebehandlung recht kurz sein, also z. B. nur etwa 5-6 Minuten betragen.
Falls jedoch das Ausgangsstoffgemisch eine andere Zusammensetzung besitzt, dauert die erfindungsgemässe Wärmebehandlung länger, z. B. in reinem Argon bei einem Druck von etwa 760 Torr, bei einer Tempe- ratur von 10500 C etwa 50 Minuten, und im Vakuum einige Stunden.
Nach der durch weitgehende Verringerung der anfangs stattfindenden Verdampfung angezeigten Umwandlung kann das verwendete Schutzgas oder Schutzgasgemisch oder der Überschuss desselben entfernt und die Kathode in üblicher Weise weiterbehandelt werden. Die derart erzeugten Kathoden weisen ähnliche günstige Verdampfungseigenschaften auf, wie die durch die in Fig. 3 der Zeichnung des obengenannten Patentes veranschaulichten Kurven 14 und 15 gekennzeichneten Kathoden.
Fabrikationstechnisch ist es ein bedeutender Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens, dass es auch ausserhalb der Röhre durchgeführt werden kann und in diesem Falle die in die Röhren hienach eingebau - ten Kathoden keine messbare Verdampfung des Bariumoxyds bzw. Bariums mehr zeigen und daher die Röhre durch diese Verdampfung keineswegs beeinträchtigt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend in zwei Beispielen näher beschrieben, ohne aber
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