DE976106C - Mittelbar geheizte Kathode fuer elektrische Entladungsgefaesse - Google Patents

Description

• Mittelbar geheizte Kathode für elektrische Entladungsgefäße Die Erfindung betrifft eine indirekt geheizte Kathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der der im wesentlichen aus Nickel od. dgl. bestehende Träger der Emissionsmasse Zusätze enthält. Es ist bereits bekannt, bei der Herstellung von Kathoden für elektrische Entladungsgefäße das Trägermetall oder die Trägermetalle mit Zusätzen zu versehen, die die Kaltverformung, z. B. das Walzen, Drücken, Ziehen usw., des Trägermetalls oder der Trägermetalle erleichtern. Um zur Herstellung von Kathodenröhrchen aus Nickelblech den Werkstoff in walz- und ziehbare Form zu bringen, hat man bereits einen Zusatz von Desoxydantien beigefügt, der Oxyde und Sulfide entfernt oder in unschädliche Form überführt. Im allgemeinen verwendet man. hierzu Magnesium, Mangan, Silizium u. dgl. Es hat sich herausgestellt, daß ein Teil dieser desoxydierenden Zusätze, die die Bedürfnisse des Metallurgen berücksichtigen, auch geeignet sind, die Anforderungen beim Bau von elektrischen Entladungsgefäßen zu erfüllen, denn mit Hilfe der damit verbundenen dosierten Wirkung infolge langsamer Diffusion dieser Stoffe aus dem Träger der Emissionsmasse in diese hinein läßt sich die Reduktion von Erdalkalimetallen in dem Erdalkalimetalloxydgemisch steuern. Bei geringen Zusätzen, die für diese Wirkung noch nicht ausreichend sind, spricht man von passivem Kathodenmaterial, z. B. passivem Kathodennickel, während man bei höherem überschüssigem Gehalt an reduzierenden Beimengungen den Stoff als aktives Kathodenmaterial bezeichnet. Die Dosierung der Zusätze bei der Herstellung von Kathodennickelsorten ist nicht einfach, da die Führung des Prozesses nicht mit Sicherheit festzulegen erlaubt, wieviel von den Zusätzen für den Desoxydationsprozeß verbraucht wird und wieviel davon noch für die Bariumoxydreduktion in der Emissionsmasse zur Verfügung bleibt. Besonders die Herstellung eines passiven Nickels mit möglichst wenig reduzierenden Beimengungen gelingt nur unsicher, da leicht das Produkt entweder nicht ziehbar anfällt oder aber schon merklich reduzierende Wirkungen ausübt.
• Bei der Erfindung kommt es darauf an, ein aktives Trägermaterial zu bilden. Die Erfindung besteht darin, daß bei einer mittelbar geheizten Kathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der der im wesentlichen aus Nickel od. dgl. bestehende Träger der Emissionsmasse Zusätze enthält, die sowohl die Kaltverformung, z. B. das Walzen, Ziehen, Drücken usw., des Trägermetalls oder der Trägermetalle erleichtern, als auch mit Bestandteilen der Alkali- oder Erdalkalimetalloxyde enthaltenden Emissionsmasse reagieren und die infolge langsamer Diffusion aus dem Träger in die Emissionsmasse hinein die Reduktion von Alkali- oder Erdalkalimetallen in dem Oxydgemisch steuern, geringe Zusätze von Stoffen vorgesehen sind, die seltene Erden von höherer Ordnungszahl des Periodischen Systems als Samarium enthalten. Als seltene Erden sind dabei Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Cassiopeium geeignet. Besondere Vorteile bietet die Verwendung von seltenen Erden von geradzahliger Ordnung des Periodischen Systems, da diese in größeren Mengen vorkommen als die mit ungerader Ordnungszahl.
• Es ist an sich bereits bekannt, bei aus Nickel bestehenden Kathodenträgern geringe Zusätze von seltenen Erden zu verwenden. Bei dieser bekannten Kathode handelt es sich jedoch nicht um aktives Kathodennickel, sondern es wird bewußt, ausgehend von einem Elektrolytnickel,._durch geringen Zusatz seltener Erden ein passives Nickel erzeugt.
• Es ist zweckmäßig, bei den Zusätzen solche.. Stoffe zu vermeiden, die die Ausbildung einer Zwischenschicht mit Halbleitereigenschaften zwischen dem Träger und der Emissionsmasse bewirken. Eine solche Beimengung stellt z. B. Silizium dar, das, wie bereits oben genannt, vielfach bei der Herstellung von Kathodenträgern verwendet wird. Eine solche nachteilige Zwischenschicht mit Halbleitereigenschaften wird dadurch gebildet, daß durch Reduktion von Bariumoxyd durch Silizium Kieselsäure entsteht, welche mit weiterem Bariumoxyd reagiert und eine Silikatzwischenschicht entstehen läßt, die Metasilikat bzw. Orthosilikat enthält. Ähnlich Silizium bilden auch andere Beimengungen derartige Zwischenschichten, die eine mehr oder weniger schädliche Auswirkung besitzen.
• Es ist bereits eine Kathode vorgeschlagen worden, bei der einaktives Trägermetall vorgesehen ist und unter anderem als Zusätze Scandium, Yttrium, Samarium, Neodymium, Praseodymium und-Lanthan genannt sind. Es handelt sich hierbei aber lediglich um die Verwendung seltener Erden von niedriger Ordnungszahl.
• Demgegenüber bedeutet die Verwendung seltener Erden von höherer Ordnungszahl als Samarium einen technischen Fortschritt, da sie vorteilhafte Eigenschaften besitzen, von denen sie einige mit anderen bisher üblichen Aktivierungszusätzen teilen, ohne aber deren Nachteile zu besitzen. Ihre Affinität zu Sauerstoff ist relativ groß, größer als die von Barium, aber sie ist nicht so groß, daß erhebliche Schwierigkeiten bei der metallurgischen Verarbeitung entstünden. Sie verursachen keine Beeinträchtigung der Haftfestigkeit der Emissionsschicht und keine Bildung schädlicher Zwischenschichten. Ihre Dampfdrücke sind so niedrig, daß Isolationsfehler infolge von Bedampfungen nicht auftreten. Wenn auch ihre Siedepunkte und Dampfdruckkurven nicht genau bekannt sind, so ist doch neben dem praktischen Befund aus der hohen Lage ihrer Schmelzpunkte innerhalb der Gesamtgruppe der seltenen Erden zu schließen, daß ihre Dampfdrücke noch niedriger sind als die der seltenen Erden mit niedriger Ordnungszahl.
• Die hohen Schmelzpunkte im Verein mit relativ großen Atom- bzw. Ionenradien erlauben, zusätzlich die Diffusion des Kathodenschichtträgers zu steuern. Durch die Anwendung von homogenen Schmelzlegierungen auf der einen Seite, bei denen die relativ hohen Affinitäten zu Sauerstoff schnell eine starke Reduktionswirkung bedingen, und von nicht homogenen Sinterlegierungen auf der anderen Seite, bei denen die eingebetteten Körner hohen Schmelzpunktes nur eine langsame Diffusion der reduzierenden Bestandteile erlauben, steht ein weiter Bereich zur Verfügung, in welchem die Reduktion durch geeignete metallurgische Maßnahmen gesteuert werden kann.
• Die beanspruchte Gruppe seltener Erdmetalle bietet außerdem den Vorteil, daß ihre im Prinzip ähnlichen Eigenschaften innerhalb der Gruppe einen Gang mit graduellen Unterschieden zeigen, so daß durch geeigneteAuswahl eine weitere Beeinflussung ,-der-.-reduzierenden Wirkung des Kathodenträgermetalls erzielt werden kann.
• Durch Ausnutzung der vorteilhaften Eigenschaften der seltenen Erden mit höheren Ordnungszahlen (als Samarium) ergeben sich in bisher nicht einwandfrei durchführbarer Weise Möglichkeiten zur Herstellung von Kathoden, deren Emissionseigenschaften unter Berücksichtigung ihrer Betriebsbedingungen gesteuert und über sehr lange oder auch in gewünschter Weise begrenzte Lebensdauer konstant gehalten werden können.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: r. Mittelbar geheizte Kathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der der im wesentlichen aus Nickel od. dgl. bestehende Träger. der Emissionsmasse Zusätze enthält, die sowohl die Kaltverformung,.. z. B. das Walzen, Ziehen, Drücken usw., des Trägermetalls oder der Trägermetalle erleichtern als auch mit Bestandteilen der Erdalkalimetalloxyde enthaltenden Emissionsmasse entsprechend einem aktiven Trägermaterial reagieren und die infolge langsamer Diffusion aus dem Träger in die Emissionsmasse hinein die Reduktion von Erdalkalimetallen in dem Oxydgemisch steuern, dadurch gekennzeichnet, daß geringe Zusätze von Stoffen vorgesehen sind, die seltene Erden von höherer Ordnungszahl des Periodischen Systems als Samarium enthalten.
2. 2. Kathode nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als seltene Erden Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Cassiopeium einzeln oder zu mehreren verwendet sind.
3. 3. Kathode nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß seltene Erden von gerader Ordnungszahl verwendet sind.
4. 4. Kathode nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl der seltenen Erden hinsichtlich Diffusionsgeschwindigkeit und Affinität zu Sauerstoff so getroffen ist, daß eine Abstimmung einer gleichbleibenden Emission über eine gewünschte Lebensdauer in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der jeweiligen Röhrentype erreicht ist.
5. 5. Kathode nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusätze weitgehend frei von Silizium oder anderen Beimengungen sind, welche zur Ausbildung einer Zwischenschicht mit Halbleitereigenschaften zwischen Träger und Emissionsmasse führen. . In Betracht gezogene Druckschriften: Herrmann-Wagener, »Die Oxydkathode«, 2. Teil, 1944, S. 231, 232; C. A. Hampe 1, »Rare Metals Handbook«, New York, 1954, S. 339.