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Magnesiumlegierung Die Erfindung betrifft eine Magnesiumlegierung,
welche als Reinigungsmittel oder Getter, d. h. als Fangstoff gut verwendbar ist,
um das Vakuum in Elektronenröhren zu verbessern.
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Legierungen von Barium und Magnesium sind als Getter allgemein gebräuchlich.
Diese Legierungen werden gewöhnlich in Form von Tabletten verwendet, die durch Pressen
der staubförmigen Legierung hergestellt sind. Lange Erfahrungen, die beim Gebrauch
dieser Gettertabletten gewonnen wurden, haben gezeigt, daß noch eine Verbesserung
der genannten Tabletten in bezug auf die Luftbeständigkeit erforderlich ist. Während
Barium-Magnesium-Legierungen für die meisten praktischen Zwecke genügend beständig
sind, treten gelegentlich Bedingungen auf, unter denen die Legierungen heißen, feuchten
Atmosphären ungebührlich ausgesetzt werden, wodurch die Gettertabletten, welche
aus den genannten Legierungen hergestellt sind, während ihrer Herstellung, Aufbewahrung,
Verschiffung und während ihres Gebrauchs sich verschlechtern. Diese Verschlechterung
ist darauf zurückzuführen, daß die Tabletten bei ihrer Erhitzung eine beträchtliche
Menge von Gas einschließlich Wasserdampf vor und während der Verdampfung in der
Vakuumvorrichtung abgeben. Solche Entwicklung von Feuchtigkeit und Gas kann die
Emissionsfähigkeit oder andere Eigenschaften der Elektronenröhren schädlich beeinflussen.
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Es sind zwar verschiedene Möglichkeiten gegeben, um die Tabletten
luftbeständiger zu machen, jedoch wird durch die meisten dieser Maßnahmen das erwähnte
Ergebnis nur erzielt, indem gleichzeitig die Wirksamkeit der Tablette als Getter
beeinträchtigt wird, oder es wird in diesem Fall irgendeine andere Schwierigkeit
hervorgerufen, so daß das gewünschte Ergebnis nicht in einwandfreier Weise erzielt
wird.
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Es ist nun die überraschende Erkenntnis gewonnen, daß, wenn Strontium
zu binären Barium-Magnesium-Legierungen hinzugefügt wird, die sich ergebenden ternären
Legierungen luftbeständiger und dennoch wirksamer als Getter sind als die binären
Legierungen.
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Nach der Erfindung ist eine verbesserte Magnesiumlegierung vorgesehen,
welche insbesondere zum Gebrauch als Reinigungsmittel zur Erzeugung eines hohen
Vakuums geeignet ist und aus einer ternären Legierung aus Magnesium, Barium und
Strontium besteht. Die vorgenannte Legierung enthält wenigstens 50 °/o Magnesium,
wenigstens 5 °/o Barium und wenigstens r °/o Strontium.
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Die erhöhte Luftbeständigkeit der ternären Legierungen ist namentlich
mit Rücksicht auf die durch Versuche festgestellte Tatsache überraschend, daß Strontiummetall
in mancher Beziehung chemisch wirksamer ist sowohl
als Barium als
auch als Magne'sium, sich aber andererseits in der Luft schneller verschlechtert
als die zuletzt genannten Metalle. Beispielsweise wurden bei einem typische, Versuch
frisch ausgestoßene Stücke von nem Barium und Strontium der Atmosph unter gleichen
Temperatur- und Feuchtt6 keitsbedingungen während einer Zeit von 16 Stunden ausgesetzt.
Während dieser Zeit nahm das Barium um 2,78 °/o an Gewicht zu, während das Strontium
um 1a,5 % an Gewicht zunahm. Die Ergebnisse dieser Versuche könnten zu der Erwartung
verleiten, däß, wenn ein Teil des Bariums in einer Barium-Magnesium-Legierung durch
$trontium ersetzt wird, die Luftbeständigkeit des Stoffes verringert würde. Tatsächlich
ist festgestellt worden, daß das Umgekehrte der Fall ist.
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Es ist durch eingehende Versuche festgestellt, daß die ternären Legierungen
von Barium, Strontium und Magnesium luftbeständiger als entweder die binären Barium-Magnesium-Legierungen
oder die binären Strontium-Magnesium-Legierungen sind. Es wurde beispielsweise eine
Reihe von binären und ternären Legierungen von Magnesium mit Barium und Strontium
in Pulverform übergeführt, zu Gettertabletten geformt und der Atmosphäre während
einer Zeit von 26 Tagen ausgesetzt, wobei jede Legierung die- gleiche Behandlung
unter gleichen Bedingungen erhielt. Es wurde dann die Gewichtszunahme bestimmt.
Die erzielten Ergebnisse sind in der Tabelle A angegeben.
| Zahlentafel A |
| Prozentuale |
| Legierung Ba Sr Mg Gev,ichts- |
| Nr. °/n nA zunahme |
| °in - |
| 1 25 _ 75 0i28 |
| 2 27 - 73 0,32 |
| 3 26 1 73 0,14 |
| 4 23 4 73 o,18 |
| 5 20 7 73 o,16 |
| 6 15 1o 75 0,14 |
| 7 - a5 75 0,20 |
Die in der Zahlentafel A gegebenen Werte zeigen, daß, wenn Strontium zu einer binären
Barium-Magnesium-Legierung im Betrage von nur einigen wenigen Prozenten hinzugefügt
wird, die Luftbeständigkeit beträchtlich erhöht wird. Mit Rücksicht auf die größere
Wirksamkeit des Strontiüms selbst ist dieses Ergebnis höchst ungewöhnlich. Ferner
ist, wenn das ganze Barium durch Strontium ersetzt ist, wie bei der Legierung Nr.
7, die Luftbeständigkeit geringer als diejenige der Lernären Legierungen. Die in
der Zahlentafel A gegebenen Werte stellen den Durchschnitt einer großen Anzahl einzelner
Versuche dar, welche unter gleichen Versuchs-@P.Oingungen durchgeführt wurden.
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;"-,Es wurden auch Versuche durchgeführt; Mm die Wirksamkeit der neuen
Lernären Legierungen nach der Erfindung mit den binären Barium-Magnesium- und Strontium-Magnesium-Legierungen
als Getter in evakuierten Verstärkerröhren zu vergleichen: Eine Reihe dieser Versuche
bestand darin, Gettertabletten der verschiedenen Legierungen in Vakuumröhren zum
Aufflammen zu bringen und darauf den Grad des Vakuums in jeder Röhre zu messen.
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Der Betrag an Gas, der in einer gründlich nach dem Getterverfahrenbehandelten
Radioröhre zurückbleibt; ist so gering, daß es keine brauchbaren Mittel gibt, um
diesen Betrag in Werten von absolutem Druck zu messen. Es ist jedoch leicht möglich,
den Grad der Gasionisation zu bestimmen, welche in irgendeiner Röhre mit drei oder
mehr Elektroden stattfindet. Dieser Grad der Ionisation steht mit dem Betrag des
Gases in der Röhre in Beziehung, und in der Praxis wird er als ein Maß des Röhrenvakuums
benutzt. Ein gebräuchliches Meßverfahren besteht darin, das Kontrollgitter ein wenig
negativ und alle anderen Elektroden in hohem Maße positiv in bezug auf die Kathode
zu machen. Dadurch fließt im Anodenstromkreis ein Elektronenstrom, welcher das Gas
in der Röhre ionisiert. Ein entsprechender Ionisationsstrom fließt dann im Gitterstromkreis.
Das Verhältnis dieses Ionisations- oder Gitterstroms zum Elektronen- oder Anodenstrom,
welcher den erstgenannten Ström hervorruft, wird in manchen- Fällen als Ionisatiönsfaktor
der Röhre bezeichnet und ist die am meisten logische Darstellung des Gases in der
Röhre. Das physikalische Kennzeichen des genannten Verhältnisses besteht darin,
daß es die Anzähl der Gasionen darstellt, welche pro Elektron, das durch die Röhre
fließt, gebildet wird. Bei den gewöhnlichen Röhrenarten werden in der Regel einige
Ionen pro Million Elektronen gebildet; und die Zahlen, welche im folgenden in bezug
auf die Zahlentafel A für das Röhrenvakuum benutzt werden, stellen die Anzahl Ionen
dar, welche pro Million Elektronen gebildet werden.
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Beim Messen des` Vakuums in Röhren, welche einer Getterwirkung mit
Hilfe verschiedener der in. der Zahlentafel A angegebenen Zusammensetzungen ausgesetzt
worden sind, ist festgestellt worden, daß durch geringe Zusätze von Strontium kein
erheblicher Einfluß auf das Vakuum ausgeübt wird. Sobald jedoch das Verhältnis des
Strontiums
zum Barium zunimmt, wird das Vakuum erhöht, und zwar
erreicht das Vakuum einen Bestwert, wenn das Barium und das Strontium annähernd
gleich sind. Sobald der Betrag des Strontiums den Betrag des Bariums überschreitet,
nimmt das Vakuum wieder ab, bis schließlich, wenn nur Strontium und Magnesium im
Getter vorhanden sind, das erzeugte Vakuum im wesentlichen das gleiche ist wie das
nur mit Barium und Magnesium erzeugte Vakuum. Die . Ergebnisse, die bei zwei Versuchen
mit Legierungen Nr. i, 6 und 7 der Zahlentafel A gewonnen wurden, sind in der Zahlentafel
B angegeben.
| Zahlentafel B |
| Zusammensetzung Relative Gasdrücke |
| Legierung |
| Nr. Ba 8r Mg Versuch I Versuche |
| °/n - °/n °/n |
| 25 - 75 1843 31,3 |
| 6 15 10 75 6,75 6,35 |
| 7 - 25 75 28,40 1455 |
Aus der vorstehenden Zahlentafel B ist ersichtlich, daß der Gasdruck, der durch
die ternäre Barium-Strontium-Magnesium-Legierung .erzeugt wird, sowohl niedriger
als auch gleichmäßiger ist als der Gasdruck, der entweder durch das aus einer binären
Barium-Magnesium-Legierung bestehende Getter oder durch das aus einer binären Strontium-Magnesium-Legierung
bestehende Getter hervorgerufen wird.
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Durch eine andere Reihe von Versuchen wurden die relativen Beträge
des Gases verglichen, welche als Druck in Mikromillimetern mittels eines Pirani-Druckmessers
gemessen wurden, der an der zu evakuierenden Vorrichtung befestigt wurde. Die Gasbeträge
wurden durch Tabletten der verschiedenen Legierungen während des Aufflammens oder
der Verdampfung entwickelt. Der Druckmesser war nicht in Hinblick auf eine absolute
Norm kalibriert, und die Ablesungen entsprachen daher den relativen Drücken. In
der Zahlentafel C sind Werte gegeben, die durch die vorgenannten Versuche erzielt
wurden. .
| Zahlentafel C |
| Zusammensetzung Relative Gasdrücke |
| Legierung Versuchsnummer |
| Nr. Ba Sr Mg |
| I 2 3 |
| = 25 - 75 4 1o 1z |
| 18 - i 30 7o 6 2 6 |
| 6 15 1o 75 3,5 3,5 3,0 |
Die Druckablesungen in der Zahlentafel C wurden vorgenommen, als ob das Gas trockene
Luft wäre, und die Zahlen sind in Mikromillimetern ausgedrückt. Das Meßgerät war
jedoch nicht kalibriert, und die Druckzahlen sind daher nur als relativ zu betrachten.
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Es ist ferner festgestellt worden, daß verhältnismäßig beständige
ternäre Legierungen, welche sehr hohe Prozentsätze von Barium und Strontium enthalten,
erzeugt werden können. In der Zahlentafel D ist die Zunahme an Gewicht einer Anzahl
binärer und ternärer Legierungen, nachdem sie während einer verschieden langen Zeit
der Luft ausgesetzt waren, angegeben. Ferner ist in dieser Zah-@lentafel die relative
Beständigkeit der ternären Legierungen gezeigt.
| Zahlentafel D |
| Zusammen- Dauer der |
| Legierung Setzung Prozentuale Aus- |
| Zunahme setzung |
| Nr, Ba Sr Mg an Gewicht |
| °/n °/n °/n Tage |
| 8 15 2o 65 o,26 17 |
| 9 35 - 65 0,51 17 |
| 1o - 35 65 0,31 17 |
| 11 2o 2o 6o 1,58 14 |
| 12 15 25 6o 1,66 14 |
| 1 3 40 1 - 60 519 7 |
| 14 - 49 60 2;4 7 |
| ,5- 20 25 55 ' 2,66 14 |
| 16 - 50i 50 8,1 7 |
| 17 50 - 50 57,4 7 |
Aus vorstehendem ist ersichtlich, daß die Verwendung der ternären Legierungen den
weiteren Vorteil bietet, eine Zunahme im prozentualen Gehalt an aktivem alkalischem
Erdmetall mit keiner größeren Abnahme bezüglich der Luftbeständigkeit zu ermöglichen.
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Es ist festgestellt worden, daß das in Röhren durch die Legierung
Nr. 8 der Zahlentafel D hervorgerufene Vakuum ungefähr 2,q.8 bei der gleichen Gradteilung
beträgt, wie sie bei der Zahlentafel B benutzt wurde. Durch die ternäreMagnesiumlegierung,
welche ungefähr 35 °/o Barium und Strontium enthält, wurde daher ein Vakuum hervorgerufen,
bei welchem der Druck nur etwa ein Drittel des Druckes betrug, der durch Verwendung
einer ternären Magnesiumlegierung (Nr.6 der Zahlentafel B), die ungefähr 25
% Barium und Strontium enthält, erzielt wird.
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Es ist ferner beobachtet worden, daß die ternären Legierungen im allgemeinen
besser zerreibbar sind als die binären Barium-
Magnesium-Legierungen.
Die ternären Legierungen können leichter und mit der Entwicklung von weniger Hitze
zu einem Pulver zerkleinert werden als die binären Legierungen. Es ist daher weniger
notwendig, die Legierungen während ihrer Herstellung mit einem inerten Gas zu schützen,
um eine Verschlechterung und die Möglichkeit des Auftretens von Feuer und Explosion
zu verringern. Diese Eigenschaften sind bei der Handhabung der Legierungen, welche
die höheren Prozentsätze alkalischer Erdmetalle enthalten, von besonders großer
Wichtigkeit.
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Es ist daher ersichtlich, daß durch Ersatz eines Teils des Bariums
in den binären Barium-Magnesium-Legierungen, welche von etwa 5 bis 5o % Barium enthalten;
durch Strontium verbesserte Getterstoffe erzielt werden. Ein geringer Prozentsatz
von Strontium, beispielsweise i bis 5 °1o, ist ausreichend, um merklich die Luftbeständigkeit
der Legierung ohne Verminderung ihrer Wirksamkeit als Getter zu erhöhen. Wenn annähernd
die Hälfte des Bariums durch Strontium ersetzt wird, so wird die Luftbeständigkeit
erheblich verbessert und gleichzeitig die Wirksamkeit des Stoffes als Getter merklich
erhöht. Eine Legierung, welche eine Gesamtmenge von etwa 35-°/o an Barium und Strontium
in annähernd gleichen Mengen enthält, hat eine nicht geringere Luftbeständigkeit
und eine beträchtlich höhere Getterwirksamkeit als eine binäre Legierung von Barium
und Magnesium, welche etwa 25 01, Barium enthält. Während für die meisten praktischen
Zwecke die Legierung wenigstens 5ö % Magnesium enthalten sollte, kann auch für manche
besonderen Verwendungszwecke und unter gewissen Bedingungen ein geringerer Gehalt
an Magnesium erwünscht sein.
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Durch geeignete Bemessung der Bestandteile in oben beschriebener Weise
können die gewünschten Eigenschaften bezüglich der Luftbeständigkeit und der Aufreinigungswirkung
erzielt werden. Beispielsweise hat eine Legierung, welche aus etwa 15 0/0
Barium, io % Strontium und 75 % Magnesium besteht, eine große Luftbeständigkeit
und gute Aüfreinigungskräfte. EineLegierungaus etwa 15 % Barium, 2o 0/0 Strontium
und 65 % Magnesium hat mäßige Luftbeständigkeit und außerordentlich starke Aufreinigungskräfte.