DE19521724A1 - Verfahren zur Herstellung einer Glühkathode für eine Elektronenröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer Glüh­ kathode für eine Elektronenröhre, welche Glühkathode auf einem Substrat eine Schicht einer Legierung aus einem Metall der Gruppe Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Re und einem Element der Gruppe Ba, Ca, La, Y, Gd, Ce, Th, U aufweist.

Die Schicht befindet sich zumindest in dem Bereich, in dem die Elektronenemission bevorzugt erfolgen soll. Solche Schichten weisen nämlich ein hohes Elektronen-Emissionsvermö­ gen bei geringen Betriebstemperaturen und damit eine hohe Le­ bensdauer bei verbesserter mechanischer Stabilität auf.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist in der EP 0 143 222 B1 beschrieben. Bei dem bekannten Verfahren wird zunächst die Legierung oder eine entsprechende intermetalli­ sche Verbindung auf schmelz- oder pulvermetallurgischem Wege erzeugt und dann pulverisiert und auf naßmechanischem, chemi­ schem, galvanischem oder schmelzmetallurgischem Weg auf das Substrat aufgebracht. Die Herstellung von Beschichtungen nach dem bekannten Verfahren ist also mit einem ganz erheblichen Aufwand verbunden und entsprechend kostspielig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es einfach und kostengünstig durchführbar ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ver­ fahren zur Herstellung einer Glühkathode für eine Elektronen­ röhre, welche Glühkathode auf einem Substrat eine Schicht einer Legierung aus einem Metall der Gruppe Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Re und einem Element der Gruppe Ba, Ca, La, Y, Gd, Ce, Th, U aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten:

• a) das Substrat wird mit dem Metall und dem Element der Grup­ pe durch Abscheidung aus der Dampfphase derart beschich­ tet, daß das Metall und das Element der Gruppe in dem der Legierung der herzustellenden Schicht entsprechenden Men­ genverhältnis auf dem Substrat vorhanden sind, und
• b) das Substrat wird für eine Zeitdauer, die zur Legierungs­ bildung ausreicht, erwärmt.

Die Abscheidung der beiden Legierungskomponenten aus der Dampfphase kann in beliebiger, an sich bekannter Weise erfol­ gen, z. B. durch Elektronenstrahl, aus dem Tiegel, durch Ver­ dampfen, insbesondere Laserverdampfen, Sputtern usw. Die Bil­ dung der Legierung erfolgt als Festkörperreaktion während der Erwärmung, die sich an die Beschichtung anschließen oder, insbesondere bei Cobeschichtung, d. h. gleichzeitiger Be­ schichtung mit beiden Legierungskomponenten, gemäß einer be­ sonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung während des Beschichtungsvorganges erfolgen kann. Die Dauer der Erwärmung ist um so kürzer, je höher die Temperatur ist, auf die das Substrat zur Legierungsbildung erwärmt wird. Es wird also deutlich, daß die Beschichtung nach der Erfindung mit einem im Vergleich zu dem bekannten Verfahren deutlich verringerten Aufwand und damit kostengünstiger hergestellt werden kann. Das Mengenverhältnis der Legierungskomponenten ist entspre­ chend der Stöchiometrie der jeweils gewünschten Legierung zu wählen, wobei sich in der Praxis natürlich nicht nur die ge­ wünschte Legierung, sondern lokal auch Legierungen bilden werden, die mehr von der einen oder mehr von der anderen Le­ gierungskomponente enthalten. Nur im Mittel wird die Legie­ rungszusammensetzung der Schicht dem Mengenverhältnis der Le­ gierungskomponenten entsprechen.

Es ist vorteilhaft, wenn die Temperatur, auf die das be­ schichtete Substrat zur Legierungsbildung erwärmt wird, ge­ ringer als die Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Phase der Legierung ist, weil andernfalls die Gefahr des Ab­ dampfens der Schicht bestünde, sowie die Gefahr, daß bei Überschreitung des Schmelzpunktes der niedrigstschmelzenden Phase das Substrat durch flüssige Komponenten der Schicht so­ zusagen angeätzt wird.

Wenn das Substrat bereits während des Beschichtungsvorganges erwärmt wird, vorzugsweise auf eine Temperatur die geringer als die Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Phase der Legierung ist, wird der Entstehung von Rissen in der sich bildenden Schicht entgegengewirkt. Zugleich wird eine Zeiter­ sparnis erreicht, da sich die Legierungsbildung zumindest teilweise während der Beschichtung des Substrats vollzieht. Je nach Schichtdicke und Beschichtungsdauer kann bereits die Beschichtungsdauer zur Legierungsbildung in der gesamten Schicht ausreichen. Die im Zuge des Beschichtungsvorganges frei werdende Energie kann, je nach Beschichtungsverfahren, bereits ausreichen, um die erforderliche Erwärmung zu bewir­ ken. Andernfalls muß zum Zwecke der Erwärmung zusätzlich Energie zugeführt werden. Reicht die Beschichtungsdauer zur vollständigen Legierungsbildung nicht aus, kann die Tempera­ tur unmittelbar im Anschluß an den Beschichtungsvorgang für die zur Legierungsbildung in der gesamten Schicht erforder­ liche Zeit gehalten werden. Es besteht aber auch die Möglich­ keit das beschichtete Substrat nach vorheriger Abkühlung und eventuell nach Entnahme aus der verwendeten Beschichtungsein­ richtung erneut auf die erforderliche Temperatur zu erwärmen. Die Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Phase der Legierung darf auch in diesem Fall aus den bereits genannten Gründen nicht überschritten werden.

Um der Bildung von Rissen in der Schicht, sei es vor oder nach der Legierungsbildung, entgegenzuwirken, sollte eine sich an die zur Legierungsbildung dienende Erwärmung even­ tuell anschließende Abkühlung allmählich erfolgen. Es besteht im Zusammenhang mit der Vermeidung von Rissen auch die Mög­ lichkeit, die Temperatur während der zur Legierungsbildung erforderlichen Erwärmung allmählich abzusenken, was aller­ dings zu einer Verlängerung der zur Legierungsbildung erfor­ derlichen Zeit führt.

Grundsätzlich ist es möglich, das Substrat in mehreren Schichten abwechselnd mit dem Metall und dem Element der Gruppe zu beschichten, wobei der Beschichtungsvorgang wahl­ weise mit dem Metall oder dem Element der Gruppe begonnen werden kann. Einfacher ist es jedoch, das Substrat gleichzei­ tig mit dem Metall und dem Element der Gruppe zu beschichten. Dies kann entweder geschehen, indem das Metall und das Ele­ ment der Gruppe separat aber gleichzeitig verdampft werden oder indem die Legierung aus dem Metall und dem Element der Gruppe sublimiert wird, z. B. durch Sputtern. Im ersten Falle muß die zur Durchführung des Verfahrens vorgesehene Vorrich­ tung so ausgebildet sein, daß es möglich ist, zwei Substanzen separat aber gleichzeitig aus der Dampfphase abzuscheiden. Es muß also eine Quelle für den Dampf des Metall und eine Quelle für den Dampf des Elementes der Gruppe vorhanden sein. Im zweiten Fall genügt eine Quelle, jedoch muß die Legierung aus dem Metall und dem Element der Gruppe als Material zur Verfügung stehen.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, daß in einem weite­ ren Verfahrens schritt im Anschluß an die Beschichtung mit dem Metall und dem Element der Gruppe eine dünne aus der Dampf­ phase abgeschiedene Schicht des Metalls aufgebracht wird. Dies bietet den Vorteil, daß eine Oxidation der Beschichtung vermieden und die Handhabungs- und Lagersicherheit erhöht wird. Es genügt daher, wenn die Dicke der Schicht des Metalls diejenige Dicke nicht oder nicht wesentlich übersteigt, die erforderlich ist, um die darunterliegende Schicht vollständig zu schützen. Eine Schutzschicht kann auch erzeugt werden, wenn im Falle eines in mehreren Schichten abwechselnd mit dem Metall und dem Element der Gruppe beschichteten Substrat als letzte Schicht eine Schicht des Metalls aufgebracht wird, de­ ren Dicke derart gewählt ist, daß sie die zur Legierungsbil­ dung erforderliche Dicke übersteigt, so daß nach der Legie­ rungsbildung eine Schicht des Metalls zurückbleibt.

Die Aufbringung einer Schutzschicht kann auch im Anschluß an die der Legierungsbildung dienende Erwärmung noch zweckmäßig sein, wenn die Umstände, unter denen das Substrat gehandhabt bzw. gelagert wird, dies erfordern. Die bei der Aufbringung der Schutzschicht auftretende Temperatur sollte dann aller­ dings 200°C nicht überschreiten, um einer Legierungsbildung des Metalls der Schicht mit dem darunterliegenden Material entgegenzuwirken.

Gemäß Varianten der Erfindung kann das Substrat vor der Be­ schichtung mit der Legierung mit einer dünnen Schicht eines als Diffusionssperre geeigneten Materials und/oder das Substrat bzw. die als Difussionssperre vorgesehene Schicht vor der Beschichtung mit der Legierung mit einer dünnen Schicht eines als Benetzungsmittel geeigneten Materials ver­ sehen werden. Bei dem Substrat handelt es sich gemäß einer Variante der Erfindung um ein hochschmelzendes Material, bei­ spielsweise Wolfram (W), Molybdän (Mo), Tantal (Ta), Niob (Nb), Zirkondioxid (ZrO₂) usw. Bei Verwendung eines Substrats aus Wolfram eignet sich Wolframkarbid (W₂C und/oder WC) so­ wohl als Difussionssperre als auch als Benetzungsmittel. Es können also in vorteilhafter Weise durch eine einzige Schicht die Funktionen der Diffusionssperre und des Benetzungsmittels erfüllt werden. Die Schicht aus Wolframkarbid kann beispiels­ weise hergestellt werden, indem auf das Substrat aus Wolfram Kohlenstoff aufgedampft wird und anschließend in einer redu­ zierenden Atmosphäre eine Erwärmung auf Temperaturen in der Größenordnung von 1500°C erfolgt.

Besonders als Legierungskomponenten eignen sich als Metall Platin (Pt), Osmium (Os) und insbesondere Iridium (Ir) und als Element der Gruppe Cer und insbesondere Lanthan (La). Dies gilt insbesondere dann, wenn gemäß einer besonders be­ vorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen ist, daß der Verfahrensschritt der Erwärmung auf die unterhalb der Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Phase der Legie­ rung liegende Temperatur durch Beheizen der Glühkathode in­ nerhalb der Elektronenröhre, vorzugsweise im Zuge des Aushei­ zens beim Evakuieren der Elektronenröhre, erfolgt. Die ge­ nannten Elemente (Pt, Os, Ir einerseits und La andererseits) eignen sich deshalb gut für Glühkathoden, weil die aus Ihnen gebildete Schicht bereits bei einer relativ niedrigen Be­ triebstemperatur in ausreichendem Maße Elektronen emittiert und ihr Schmelzpunkt um ein ausreichendes Maß oberhalb der Betriebstemperatur liegt. Für aus anderen Elementen gebildete Schichten sollte sichergestellt sein, daß der Schmelzpunkt wenigstens ca. 200°C oberhalb der Betriebstemperatur liegt.

Ein Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an­ hand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 in schematischer Darstellung einen Schnitt durch ein für eine Glühkathode bestimmtes Substrat mit einer nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schicht vor und nach dem Tempern,

Fig. 3 und 4 in perspektivischer Darstellung Glühkathoden welche ein nach Substrat mit einer nach dem er­ findungsgemäßen Verfahren hergestellten Schicht enthalten,

Fig. 5 eine Röntgenröhre, welche eine Glühkathode nach Fig. 3 enthält, während des Herstellungsprozes­ ses, und

Fig. 6 in zu der Fig. 2 analoger Darstellung ein für eine Glühkathode bestimmtes Substrat mit einer nach einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schicht nach dem Tempern.

Zur Herstellung einer Glühkathode wird zunächst ein Substrat aus einem hochschmelzenden Material, z. B. einem der Gruppe W, Mo, Ta, Nb, ZrO₂, zumindest im Bereich seiner zu beschichten­ den Oberfläche mit einer als Diffusionssperre und Benetzungs­ mittel geeigneten Schicht versehen. Wird wie im Falle des be­ schriebenen Ausführungsbeispiels Wolfram als Material für das Substrat verwendet, wird das Substrat zunächst auf an sich bekannte Weise (z. B. durch Erwärmen auf 1500°C in einer koh­ lenstoffhaltigen Atmosphäre, z. B. CO₂) karburiert, wodurch eine Schicht aus Wolframkarbid als Diffusionssperre und Be­ netzungsmittel entsteht.

Das karburierte Substrat wird dann an seinen beiden Seiten­ flächen an Haltern befestigt. Diese Anordnung wird in einen Hochvakuumkessel (p<10^-6 mbar) gebracht, in dem sich die Ver­ dampfungsanlage befindet. Diese besteht z. B. aus einer Elek­ tronenkanone und zwei Tiegeln, wobei der eine Tiegel ein Me­ tall der Gruppe Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Re , im Falle des be­ schriebenen Ausführungsbeispiels Iridium, und der andere ein Element der Gruppe Ba, Ca, La, Y, Gd, Ce, Th, U , im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels Lanthan, enthält. Der Abstand und die Lage des Substrats relativ zu der Verdamp­ fungsanlage sind so gewählt, daß eine ausreichende Schicht­ dickenhomogenität gewährleistet ist. Die Beschichtung beginnt z. B. mit einer Schicht aus Lanthan definierter Schichtdicke. Anschließend wird eine Schicht aus Iridium aufgedampft, wobei die Schichtdicke. Es folgt eine weitere Schicht aus Lanthan. Die Dicke der Iridiumschicht ist so gewählt, daß sich ein Mengenverhältnis von Lanthan und Iridium ergibt, wie es stöchiometrisch zur Bildung von Ir₂La mit den beiden angrenzende Lanthanschichten nötig ist. Die zweite Lanthanschicht ist im Hinblick darauf, daß eine weitere Iri­ diumschicht folgt, doppelt so dick wie die erste Schicht, da die nachfolgende Legierungsbildung in beide Richtungen, d. h. mit beiden Lanthanschichten, erfolgt. Die Beschichtung mit Iridium und Lanthan wird abwechselnd fortgesetzt und endet mit einer Schicht aus Iridium, deren Dicke im Falle des be­ schriebenen Ausführungsbeispiels größer ist, als dies stöchiometrisch zur Bildung von Ir₂La erforderlich ist. Hier­ durch ist gewährleistet, daß nach Abschluß der Legierungsbil­ dung eine Iridiumschicht als Schutzschicht verbleibt. Falls eine solche Schutzschicht nicht erforderlich ist, beschränkt sich die Dicke der letzten Schicht auf das zur Legierungsbil­ dung stöchiometrisch notwendige Maß.

Das karburierte Substrat wird zur Vermeidung von Rissen in der sich ausbildenden Schicht während des Beschichtungsvor­ gangs auf einer Temperatur gehalten, die geringer als die Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Phase der Legie­ rung ist. Im Falle von Iridium und Lanthan ist dies eine Tem­ peratur von z. B. 600°C, da die Schmelztemperatur der nied­ rigstschmelzenden Phase des Systems Iridium-Lanthan, nämlich des Eutektikums, bei ca. 730°C liegt. Die bei der Beschich­ tung des Substrates ohnehin auftretende Verlustwärme genügt u. U. schon, um die Erforderliche Erwärmung zu bewirken. Er­ forderlichenfalls wird zusätzlich Wärme zugeführt.

Das karburierte Substrat mit den einzelnen Schichten aus Lanthan und Iridium ist in Fig. 1 in schematischer Darstel­ lung veranschaulicht. Dabei bezeichnen 1 das Substrat, 2 die durch die Karburierung entstandene Wolframkarbidschicht, 3, 4 und 5 Lanthanschichten und 6, 7 und 8 Iridiumschichten, wobei die Iridiumschicht 8 zur Bildung einer Schutzschicht eine vergrößerte Dicke aufweist; die zur Legierungsbildung stöchiometrisch notwendige Dicke der Iridiumschicht S ist strichliert angedeutet. Es versteht sich, daß die Darstellung gemäß Fig. 1 idealisiert ist, da die Legierungsbildung infol­ ge von durch die bei der Beschichtung auftretende Erwärmung geförderte Diffusionsvorgänge schon während der Beschichtung einsetzt und somit am Ende des Beschichtungsvorganges anders als in Fig. 1 dargestellt keine klar gegeneinander abgegrenz­ te Schichten mehr vorhanden sind.

Zur Legierungsbildung bzw. zum Abschluß der Legierungsbildung wird das Substrat, das nach dem Beschichten allmählich auf Raumtemperatur abgekühlt wurde mehrere Stunden bei 600°C im Vakuum getempert. Die Temperatur von 600°C liegt unterhalb der Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Phase der sich bildenden Legierung, d. h. unterhalb des Schmelzpunktes des Eutektikums des Systems Iridium-Lanthan (730°C). Die er­ forderliche Erwärmung kann indirekt durch eine besondere Wär­ mequelle oder direkt durch direkten Stromdurchgang erfolgen. Im Falle der Beheizung durch direkten Stromdurchgang kann der erforderliche Strom z. B. über die obengenannten Halter fließen. Die Dauer des Tempervorganges ist von der Dicke der einzelnen Schichten 3 bis 8 abhängig und um so kürzer je dün­ ner die Schichten 3 bis 8 sind.

Das getemperte Substrat ist in Fig. 2 schematisch veranschau­ licht. Es bezeichnen 1 das Substrat, 2 die Wolframkarbid­ schicht, 9 die durch das Tempern gebildete Schicht aus Iridi­ um-Lanthan (Ir₂La) und 8′ eine Schutzschicht aus Iridium, bei der es sich um den bei der Legierungsbildung nicht verbrauch­ ten Rest der Iridiumschicht 8 handelt. Es versteht sich, daß in der Praxis anders als in der Fig. 2 dargestellt kein scharfer Übergang zwischen der Iridium-Lanthan-Schicht 9 und der Schutzschicht 8′ vorliegt. Innerhalb der Iridium-Lanthan- Schicht liegt nach Abschluß des nur eine begrenzte Zeit, z. B. 30 Minuten, dauernden Tempervorganges selbstverständlich nicht an allen Stellen die an sich angestrebte Legierung, d. h. Ir₂La, vor. Vielmehr werden an manchen Stellen lanthan­ reichere Legierungen, z. B. Ir₃La₇₁ und an anderen Stellen lanthanärmere Legierungen, z. B. Ir₅La, vorliegen.

In Fig. 3 ist eine Glühkathode 10 dargestellt, die unter Ver­ wendung eines nach dem vorstehenden Verfahren beschichteten Substrats aufgebaut ist. In Fig. 3 sind die gleichen Bezugs­ zeichen wie in Fig. 2 verwendet, d. h., das Substrat ist mit 1, die Iridium-Lanthan-Schicht mit 9 und die Schutzschicht mit 8′ bezeichnet.

Die Glühkathode 10 ist als Flachemitter ausgeführt, d. h., das Substrat 1 weist zwei ebene, im Falle der Fig. 3 planparal­ lele Flächen auf, von denen nur eine beschichtet ist. Bei dieser Fläche handelt es sich um denjenigen Bereich, in dem die Emission von Elektronen erfolgen soll.

Die Glühkathode 10 gemäß Fig. 3 ist mit Anschlüssen 11 und 12 versehen, die zur Zu- und Ableitung des Heizstromes dienen, d. h., die in Fig. 3 dargestellte Glühkathode 10 wird zur Elektronenemission durch direkten Stromdurchgang beheizt. Es versteht sich aber, daß es im Falle unter Verwendung eines in der zuvor beschriebenen Weise hergestellten Substrats aufge­ bauter Glühkathoden auch möglich ist, diese zur Elektronen­ emission in an sich bekannter Weise indirekt zu beheizen.

Während es sich im Falle der in Fig. 3 dargestellten Glühka­ thode 10 wie erwähnt um einen Flachemitter handelt, ist die in Fig. 4 dargestellte Glühkathode 13 als Formemitter ausge­ führt, d. h., derjenige Bereich, in dem die Emission von Elek­ tronen erfolgen soll ist nicht eben, sondern gekrümmt, und zwar handelt es sich in Fig. 4 bei dem Bereich um eine kon­ kav-zylindrische Fläche.

Ansonsten ist die Glühkathode 13 analog zur Glühkathode 10 aufgebaut.

Es versteht sich, daß im Betrieb der Glühkathoden 10 und 13 die Schutzschicht 8′ nicht mehr vorhanden sein darf, da sonst eine ordnungsgemäße Funktion der Glühkathoden 10 und 13 nicht gewährleistet wäre.

Im Falle der Glühkathoden 10 und 13 erfolgt im Betrieb der Stromdurchgang sowohl durch das Substrat 1 als auch die Iri­ dium-Lanthan-Schicht 9, sofern das Substrat 1 aus einem elek­ trisch leitenden Werkstoff gebildet ist. Im Falle eines aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildeten Substrats erfolgt der Stromdurchgang nur durch die Iridium-Lanthan- Schicht 9. Um übermäßig hohe Heizströme zu vermeiden, kann es auch zweckmäßig sein, das Substrat aus einem Material zu bil­ den, das aus elektrisch leitfähigem und elektrisch isolieren­ den Komponenten zusammengesetzt ist.

In der Fig. 5 ist eine Röntgenröhre dargestellt, die eine insgesamt mit 14 bezeichnete Drehanodenanordnung aufweist, die in einem Vakuumkolben 15 untergebracht ist. Der Vakuum­ kolben 15 enthält außerdem noch in an sich bekannter Weise eine Kathodenanordnung 16, in deren Kathodenbecher 17 eine in Fig. 5 nicht sichtbare Glühkathode aufgenommen ist, die ein gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestelltes Substrat ent­ hält und beispielsweise gemäß Fig. 3 oder Fig. 4 ausgebildet ist.

Die Drehanodenanordnung 14 weist einen Anodenteller 18 auf, der an dem einen Ende einer Lagerungswelle 19 fest angebracht ist. Um die drehbare Lagerung der Drehanodenanordnung 14 zu gewährleisten, sind als Lager zwei Wälzlager 20, 21 vorgese­ hen.

Um die Drehanodenanordnung 14 in Rotation versetzen zu kön­ nen, ist ein Elektromotor vorgesehen, dessen fest mit der La­ gerungswelle verbundener Rotor mit 22 bezeichnet ist. Der schematisch angedeutete Stator 23 ist im Bereich des Rotors 22 auf die Außenwand des Vakuumkolbens 15 aufgesetzt und bil­ det mit dem Rotor 22 einen elektrischen Kurzschlußläufermo­ tor, der bei Versorgung mit dem entsprechenden Strom die Drehanodenanordnung 14 rotieren läßt.

Werden in üblicher, nicht dargestellter Weise die Heizspan­ nung für die Glühkathode der Kathodenanordnung 16 und die Röntgenröhrenspannung, die zwischen Kathodenanordnung 16 und Drehanodenanordnung 14 liegt, angelegt, geht von der Glühka­ thode der Kathodenanordnung 16 ein Elektronenstrahl aus, der im sogenannten Brennfleck oder Fokus auf den Anodenteller 18 auftrifft und dort Röntgenstrahlen auslöst, die durch den Va­ kuumkolben 15 aus der Röntgenröhre austreten. Infolge der Ro­ tation der Drehanodenanordnung 14 bildet sich auf dem Anoden­ teller 18 eine sogenannte Brennfleckbahn von ringförmiger Ge­ stalt aus, da ständig eine andere stelle des Anodentellers 18 mit dem Elektronenstrahl beaufschlagt wird.

Der Vakuumkolben 15 weist einen Pumpstutzen 24 auf, der dazu dient, während des Herstellungsprozesses der Röntgenröhre ei­ ne Vakuumpumpe anschließen zu können, die der Evakuierung des Inneren des Vakuumkolbens dient. Nach erfolgter Evakuierung wird der Pumpstutzen 24 vakuumdicht verschlossen.

Im Zuge des Evakuierens des Vakuumkolbens 15 erfolgt das so­ genannte Ausheizen der Röntgenröhre. Hierbei wird die Rönt­ genröhre bei bereits evakuiertem Vakuumkolben 15 und noch an den noch nicht verschlossenen Pumpstutzen 24 angeschlossenen Vakuumpumpe in Betrieb genommen. Infolge der dann starken Aufheizung der Röntgenröhre treten gasförmige Verunreinigun­ gen aus den Bauelementen der Röntgenröhre aus bzw. verdampfen niedrig schmelzende Verunreinigungen und werden mittels der Vakuumpumpe, die in Fig. 5 schematisch angedeutet und über eine Leitung 26 mit dem Pumpstutzen 24 verbunden ist, aus dem Inneren des Vakuumkolbens 15 abgesaugt.

Da die Glühkathode im Zuge des Ausheizens auf Temperaturen aufgeheizt wird, die einerseits geringer als die Schmelztem­ peratur der niedrigstschmelzenden Phase von Iridium-Lanthan sind und andererseits zur Legierungsbildung ausreichen, be­ steht die Möglichkeit, abweichend von dem zuvor Beschriebenen nach der Beschichtung des Substrats auf die Erwärmung zu ver­ zichten und die Erwärmung statt dessen im Zuge des Ausheizens der Röntgenröhre vorzunehmen.

Im Zuge des Ausheizens wird auch die Schutzschicht 8′ der Glühkathode verdampft, sofern die Schutzschicht zu diesem Zeitpunkt noch vorhanden sein sollte.

Die Fig. 6 in zu der Fig. 2 analoger Darstellung gezeigte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der zu­ vor beschriebenen dadurch, daß das Substrat 1 mit dem Metall, z. B. Iridium, und dem Element der Gruppe, z. B. Cer, bei­ spielsweise nach einem der eingangs genannten Verfahren zur Bildung einer einzigen Schicht 27 gleichzeitig mit Iridium und Cer, und nicht abwechselnd schichtweise, beschichtet wurde. Beim Aufbringen der Schicht 27 muß sichergestellt sein, daß bezogen auf die gesamte Schicht 27 Iridium und Cer in für die Bildung der jeweils gewünschten Legierung erfor­ derlichen Mengenverhältnis vorliegen. Dabei können nach der Beschichtung lokal abweichende Mengenverhältnisse vorliegen, die sich im Zuge einer zur Legierungsbildung stattfindenden Erwärmung auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Phase des Systems Iridium-Cer, näm­ lich des Eutektikums, zumindest teilweise ausgleichen. Die Schmelztemperatur des Eutektikums des Systems Iridium-Cer liegt bei 650°C.

Die Erwärmung auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztempe­ ratur der niedrigstschmelzenden Phase des Systems Iridium-Cer erfolgt dergestalt, daß die während des Beschichtungsvorgan­ ges auftretende Erwärmung ausgenutzt und im Anschluß an die Beschichtung eine Temperatur von beispielsweise 500°C noch für eine Zeitdauer, erforderlichenfalls unter Wärmezufuhr, gehalten wird, die erforderlich ist, um die Legierungsbildung wenigstens im wesentlichen abzuschließen.

Zwischen dem Substrat 1 und der Schicht 27 ist wieder eine als Diffusionssperre und Benetzungsmittel wirksame Schicht 2 vorgesehen.

Im Anschluß an den Beschichtungsvorgang zur Erzeugung der Schicht 27 und die zur Legierungsbildung erforderliche Erwär­ mung wurde auf der Schicht 27 eine Schutzschicht 28 aus dem Metall, d. h. aus Iridium, durch Abscheidung aus der Dampf­ phase bei einer Temperatur von maximal 200°C erzeugt.

Im Falle der beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbei­ spiele erfolgt zur Legierungsbildung jeweils eine Erwärmung auf eine Temperatur, die geringer als die Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Phase der Legierung ist. Wenn si­ chergestellt ist, daß Beschädigungen des Substrates nicht auftreten, sind jedoch auch höhere Temperaturen, beispiels­ weise in der Größenordnung von 1500°C möglich.

Claims (20)

1. Verfahren zur Herstellung einer Glühkathode für eine Elek­ tronenröhre, welche Glühkathode auf einem Substrat (1) eine Schicht (9) einer Legierung aus einem Metall der Gruppe Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Re und einem Element der Gruppe Ba, Ca, La, Y, Gd, Ce, Th, U aufweist, mit folgenden Verfahrens­ schritten:

• a) das Substrat (1) wird mit dem Metall und dem Element der Gruppe durch Abscheidung aus der Dampfphase derart be­ schichtet, daß das Metall und das Element der Gruppe in dem der Legierung der herzustellenden Schicht (9, 27) ent­ sprechenden Mengenverhältnis auf dem Substrat (1) vorhan­ den sind, und
• b) das Substrat (1) wird für eine Zeitdauer, die zur Legie­ rungsbildung ausreicht erwärmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Substrat (1) auf eine Temperatur erwärmt wird, die geringer als die Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Phase der Legierung ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das Substrat (1) während des Beschichtens erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem das Substrat (1) während des Beschichtens auf eine Temperatur erwärmt wird, die geringer als die Schmelztemperatur der niedrigstschmel­ zenden Phase der Legierung ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat (1) in mehreren Schichten (6, 7, 8 bzw. 3, 4, 5) ab­ wechselnd mit dem Metall und dem Element der Gruppe beschich­ tet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Substrat (1) gleichzeitig mit dem Metall und dem Element der Gruppe beschichtet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die gleichzeitige Be­ schichtung mit dem Metall und dem Element der Gruppe derart erfolgt, daß das Metall und das Element der Gruppe separat, aber gleichzeitig verdampft werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die gleichzeitige Be­ schichtung mit dem Metall und dem Element der Gruppe derart erfolgt, daß ein beide enthaltendes Material verdampft wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit dem weite­ ren Verfahrenschritt, daß auf im Anschluß an die Beschichtung mit dem Metall und dem Element der Gruppe eine dünne aus der Dampfphase abgeschiedenen Schicht (28) des Metalls aufge­ bracht wird.

10. Verfahren nach Anspruch 5, wobei als letzte Schicht eine Schicht (8) des Metalls aufgebracht wird, deren Dicke derart gewählt ist, daß sie die zur Legierungsbildung erforderliche Dicke übersteigt, so daß nach der Legierungsbildung eine Schicht (8′) des Metalls zurückbleibt.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Dicke der Schicht (8′, 28) des Metalls diejenige Dicke nicht oder nicht wesentlich übersteigt, die erforderlich ist, um die darunter­ liegende Schicht vollständig zu schützen.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Legierung als Metall Iridium und als Element der Gruppe Lan­ than enthält.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit dem wei­ teren Verfahrenschritt, daß das Substrat (1) vor der Be­ schichtung mit dem Metall und dem Element der Gruppe mit ei­ ner dünnen Schicht (2) eines als Diffusionssperre geeigneten Materials versehen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit dem wei­ teren Verfahrenschritt, daß das Substrat (1) bzw. die als Diffusionssperre vorgesehene Schicht vor der Beschichtung mit dem Metall und dem Element der Gruppe mit einer dünnen Schicht (2) eines als Benetzungsmittel geeigneten Materials versehen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem ein Substrat (1) aus einem hochschmelzenden Material, z. B. W, Mo, Ta, Nb, ZrO₂, verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Verfahrensschritt der Erwärmung auf die unterhalb der Schmelztemperatur der niedrigstschmelzenden Phase der Legierung liegende Temperatur zumindest teilweise durch Beheizen der Glühkathode (10, 13) innerhalb der Elektronenstrahlröhre erfolgt.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Beheizen der Glüh­ kathode (10, 13) innerhalb der Elektronenröhre im Zuge des Ausheizens der Elektronenröhre erfolgt.

18. Glühkathode für eine Elektronenröhre, insbesondere Rönt­ genröhre, welche nach einem Verfahren nach einem der Ansprü­ che 1 bis 15 hergestellt und als Flachemitter (10) ausgeführt ist.

19. Glühkathode für eine Elektronenröhre, insbesondere Rönt­ genröhre, welche nach einem Verfahren nach einem der Ansprü­ che 1 bis 15 hergestellt und welche als Formemitter (13) aus­ geführt ist.

20. Glühkathode nach Anspruch 18 oder 19, welche nur in dem­ jenigen Bereich, in dem die Emission von Elektronen erfolgen soll, mit der Legierung beschichtet ist.