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Verfahren zur Herstellung einer nicht als Glühkathode dienenden Elektrode
für ein elektrisches Entladungsge#fäß Als hochbelastete, nicht als Glühliathode
dienende Elektroden, insbesondere Anoden, in elektrischen Entladungsgefäßen werden
häufig solche mit gut Wärme abstrahlenden Oberflächen verwendet. Diese Oberflächen
können durch mechanische Bearbeitung (Mattieren) hergeetellt werden. Man erzeugt
sie ferner durch Aufbringen eines dunklen, gut abstrahlenden Werkstoffes, wie z.
B. Kohle, schwarzes Chrom, Zirkon, Chromoxyd usw., wobei darauf geachtet wird, daß
die Elektrode beim späteren Entgasungsglühen nicht so hoch erhitzt wird, daß der
Überzugswerkstoff mit dem darunterliegenden eigentlichen Elektrodenmetall reagiert,
weil sonst die gute Wärmeabstrahlfähigkeit der Oberfläche verlorengeht. Diese Verfahren
zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung der Elektrodenoberfläche haben röhrentechnische
Nachteile. Entweder ist, wie beim Mattieren, die Verbesserung der Abstrahlung nur
gering, oder die Entgasbarkeit der Elektroden und folglich auch der Entladungsvorgang
werden, wie bei Kohleschwärzung, ungünstig beeinflußt, oder aber die Haftfähigkeit
der aufgebrachten Stoffe ist unzureichend, wodurch Schwierigkeiten beim Aufbau des
Elektrodensystems und damit ebenfalls beim Betrieb des Entladungsgefäßes entstehen.
Durch die Erfindung werden diese Schwierigkeiten überwunden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer nicht als Glühkathode
dienenden Elektrode für ein elektrisches Entladungsgefäß ist dadurch gekennzeichnet,
daß
auf die Elektrode oder auf eine auf die Elektrode aufgebrachte metallische Zwischenschicht
ein oder mehrere mit dem Elektrodenstoff, mit der metallischen Zwischenschicht oder
miteinander die Metallverbindung bildende Metalle oder Metallegierungen beispielsweise
mechanisch, durch Aufsprühen, elektrolytisch oder kataphoretisch in einer Schicht
von z. B. io y Stärke aufgebracht werden, und die Verbindung durch Erhitzen
außerhalb oder zweckmäßig innerhalb der Röhre und vorzugsweise im Zusammenhang mit
dem Pumpvorgang erzeugt wird. Bei einem nach dein erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten
Entladungsgefäß soll die in Frage kommende Elektrode ganz oder teilweise, vorzugsweise
an der nach außen abstrahlenden Seite, eine aus intermetallischen, sich unterhalb
ihres Schmelzpunktes bildenden Verbindungen bestehende rauhe und dadurch gut abstrablende
Oberfläche haben, die aus zwei oder mehreren bei Betriebstemperatur nicht aus den
Verbindungen verdampfenden Metallen gebildet ist, von denen wenigstens eines einen
Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes der intermetallischen Verbindung und des
Unterlagestoffes hat.
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Die erfindungsiemäß benutzten intermetallischen Verbindungen zeichnen
sich durch eine extrem rauhe Oberfläche und gute Haftung aus.
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Die Elektroden gemäß der Erfindung können dadurch hergestellt werden,
daß auf die Elektrode, z. B. aus Molybdän oder aus einer Molybdän-Nicke17 Legierung,
oder auf eine auf diese Elektrode aufgebrachte metallische Zwischenschicht" z. B.
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Chrom, ein oder mehrere mit dem Elektrodenstoff, mit der metallischen
Zwischenschicht oder miteinander die Metallverbindung bildende Metalle, z. B. Aluminium
oder Nickel und Aluminium oder Metallegierungen, z. B. eine Aluminiumlegierung,
aufgebracht werden und die Verbindung durch Erhitzen außerhalb oder zweckmäßig innerhalb
der Röhre und vorzugsweise im Zusammenhang mit dem Pumpvorgang erzeugt wird. Die
auf zubringenden Metalle können mechanisch, durch Aufsprühen, elektrolytisch, kataphoretisch
oder nach einem anderen Verfahren aufgebracht werden. Erfolgt die Bildung der Verbindung
im Zusammenhang mit dein Pumpvorgang, so erhitzt man zweckmäßig dann erst auf die
Verbindungstemperatur, wenn der Hauptteil der Gase abgepumpt ist, damit die rauhe
Oberfläche der gebildeten Verbindung sich nicht mehr mit Gasen belegen kann,
d. h. also, man verlegt die Bildung der Verbindung in den Zeitpunkt des Entgasungsglühens.
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Es ist vorteilhaft, die Metalle so auszuwählen, daß sich die Verbindung
unter positiver, möglichst hoher Wärmetönung bildet.
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Außerdem ist es vorteilhaft, solche Metalle zu benutzen, bei denen
die Abscheidung der Verbindung bereits bei geringer Konzentration der schwerer schmelzbaren
Komponente erfolgt. Um glei#hzeitig eine gute Entgasung des Grundmetalls zu erleichtern,
verwendet man zweckmäßig kritisch verformtes Grundmetall, d. h. ein Grundmetall,
das beim Glühen ein schnelles Wachstum der Kristalle zu großen, quer durch die Metallbleche
hindurchgehenden Kristallen zeigt. Wird ein Überzugsmetall durch Walzen aufgebracht,
so kann dieses Walzen so geführt werden, daßt bei ihm gleichzeitig das Grundmetall
kritisch verformt wird.
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Die Frage, ob bestimmte Metalle den angeführten Bedingungen ganz oder
in ausreichender Weise genügen, kann mit Hilfe des Zustandsdiagramms der betreffenden
Metallsysteme geklärt werden. Das Zusammenwirken der angeführten Bedingungen sei
an dem Beispiel der Reaktion eines Auf lagemetalls (Aluminium) mit einem Kernmetall
(Molybdän) erläutert. Das Aluminium sei als zusammenhängende Schicht von etwa io
g auf das Kernmetall aufgebracht. Erhitzt man nun in einer nicht angreifenden
Umgebung, insbesondere im Vakuum, so beginnt die Reaktion an der Grenzfläche Kernmetallauflagemetall.
Die hierbei frei werdende Reaktionswärme bringt das Auflagemetall beschleunigt zum
Schmelzen, so daß nunmehr die weitere Reaktion der beiden Metalle in der flüssigen
Phase vor sich geht. Hierbei werden aus der flüssigen Phase viele kleine
1 Kristalle der erst bei noch höherer Temperatur schmelzenden Metallverbindung
abgeschieden, und diese bildet-mit dem noch vorhandenen flüssigen Auflagemetall
eine breiartige Masse. Dieser Vorgang dauert unter mehr oder weniger starken Umlagerungserscheinungen
am Reaktionsort so lange an, bis das Auflagemetall für die Bildung der Verbindung
aufgebraucht ist. Die in dieser Weise entstehende Metallverbindung besitzt, da sie
aus .--äußerst vielen im- Wachstum behinderten Kristallkeimen entsteht, die außerdem
in der flüssigen Phase noch stark umgelagert werden, das oben beschriebene lockere
Gefüge mit sehr rauher Oberfläche, welcher die gute Wärmeabstrahlung zu eigen ist.
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Da die gebildeten Metallverbindungen einen hohen Schmelzpunkt haben,
kann die Elektrode noch über die Reaktionstemperatur geglüfit werden, ohne daß die
Verbindungen schmelzen und damit die entstandene Rauhigkeit bzw. das sehr hohe Abstrahlungsvermögen
verlorengehen. Ein Glühen über den Schmelzpunkt der Metallverbindung wird jedoch
zweckmäßig vermieden. Außerdem ist die Höhe der Glühtemperatur natürlich auch noch
dadurch begrenzt, daß die betieffenden Metallverbindungen durch Herausdampfen einer
der Komponenten oder durch Diffusion einer der Komponenten in das Grundmetall nicht
zerfallen darf, da hierdurch ebenso wie durch das Schmelzen infolge Glättung der
Oberfläche die gute Abstrahlung beeinträchtigt werden würde.
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Die Wärmetönung der benutzten Metallverbindung ist deshalb von Bedeutung,
weil diese die Reaktion beschlehnigt und stürmischer macht und weil bei besonders
großer Wärmetänung besonders lebhafte Umlagerungen in der flüssigen Phase und damit
ein besonders lockeres Gefüge mit höchster Abstrahlung hervorgerufen werden.
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Zur Erläuterung dessen, daß es günstig ist, solche Metalle zu verwenden,
bei denen die Abscheidung der Verbindung bereits bei geringer Konzentration der
schwerer schmelzbaren Komponente erfolgt,
dient die Abbildung. Es
sei A das niedriger schmelzende Metall und B das höher schmelzende
Metall. -4"B. sei die Verbindung. Diese Verbindung habe mit der niedriger schmelzenden
Komponente ein Eutektikum, und die angegebene Lehre bedeutet nun, daß dieses Eutektikum
zweckmäßig bei sehr niedrigem Gehalt der höher schmelzenden Komponente liegt. Dadurch
wird gewährleistet, daß die Reaktion bereits einsetzt, wenn erst kleine Mengen der
schwer schmelzenden Komponente in der Schmelze vorhanden sind. Hierdurch wird die
Reaktion beschleunigt, so daß die gleiche günstige Wirkung wie bei großer Wärmetönung
erhalten wird. Da die Reaktion sich in der Nähe der Schmelztemperatur des am niedrigsten
schmelzenden Auflagemetalls abspielt, so ist es außerdem zweckmäßig, daß der Schmelzpunkt
des Grundstoffes, also z. B. des Anodenmetalls, erheblich über dieser Schmelztemperatur
liegt, da sonst das Kernmetall während der Reaktion seine Festigkeit verliert.
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Naturgemäß muß beim Herstellungsverfahren die Schichtdicke des oder
der Auflagemetalle nicht zu groß gewählt werden, damit auch wirklich alles Auflagemetall
verbraucht wird und die Oberfläche nicht aus dem Auflagemetall, sondern aus der
intermetallischen Verbindung besteht. Wie bereits gesagt wurde, kann man von einem
Grundmetall und einem Überzugsmetall ausgehen. Beide Komponenten der Verbindung
können durch Legierungen ersetzt werden, wobei an Stelle der einen- Legierung für
das Überzugsmetall auch ein Gemisch der betreffenden Metalle anwendbar ist. Wenn
das beispielsweise aus Festigkeitsgründen gewählte Grundmetall für die Reaktion
nicht geeignet ist, wird man eine Zwischenschicht vorsehen, die den Forderungen
der Erfindung genügt. Wenn Aluminium als Überzugsmetall benutzt wird, so ist beispielsweise
eine Zwischenschicht aus Chrom sehr zweckmäßig, da Aluminium mit Chrom eine außerordentlich
hochschmelzende Verbindung bildet, die um mehrere hundert Grad höher schmilzt als
der höchst schmelzende Bestandteil dieser Verbindung, nämlich das Chrom selbst.
Ferner ist es möglich, die Komponenten der Verbindung als Pulvergelnische aufzubringen
oder auch als eine Legierung mit der betreffenden Verbindung, wobei dann das zulegierte
Metall in die Unterlage verschwindet und die Verbindung allein zurückläßt.
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Neben Eisen oder Nickel mit Aluminiumüberzug bewährt sich besonders
Molybdän, Wolfram oder Thorium, ebenfalls mit einem Überzug von Aluminium oder mit
einer Aluminiumlegierung. Ferner kann man bei einem Grundmetall von Eisen oder Nickel
oder einer Eisen- oder Nickellegierung als Überzugsmetall Antimon oder eine Antimonlegierung
verwenden. Außerdem eignet sich für Nickel oder eine Nickellegierung Magnesium oder
eine Magnesiumlegierung als überzugsmetall. Geringere Effekte wurden erhalten, wenn
man Zinn auf Eisen für die Herstellung der Verbindung verwandte.