DE1146207B

DE1146207B - Verfahren zur Herstellung einer indirekt geheizten Kathode fuer Elektronenroehren

Info

Publication number: DE1146207B
Application number: DEN20942A
Authority: DE
Inventors: Henri Provisor
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1960-12-15
Filing date: 1961-12-12
Publication date: 1963-03-28
Also published as: US3262814A; LU40949A1; NL272248A; FR1282691A; GB994471A

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

N 20942 Vmc/21g

ANMELDETAG: 12. DEZEMBER 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER

AUSLEGESCHRIETi 28. MÄRZ 1963

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer indirekt geheizten Kathode für Elektronenröhren, bei dem auf der Innenfläche des hohlen Tragkörpers der Emissionsschicht eine schwarze Schicht angebracht wird. Die Erfindung bezweckt, eine verbesserte indirekt geheizte Kathode zu schaffen, deren Elektronen emittierende Oberfläche aus einer Erdalkalioxydschicht oder aus einer ein solches Oxyd enthaltenden Schicht besteht.

Die beabsichtigte Verbesserung betrifft die Förderung der Wärmeübertragung von dem Glühkörper, also von der Wärmequelle, auf die eigentliche Kathode, d. h. auf den als Träger für die emittierende Schient dienenden Teil, durch den diese zwei Elemente trennenden und isolierenden Raum hindurch. Die Erfindung bezieht sich im wesentlichen auf die Anbringung einer schwarzen Schicht auf der Oberfläche des Trägerkörpers, der der direkten Wärmestrahlung des erwähnten Glühkörpers ausgesetzt ist, wodurch die Absorptionsleistung dieser Oberfläche für diese Strahlung erhöht wird.

Es ist bekannt, daß bei einem gleichen Typ von Elektronenröhren eine höhere Temperatur des Glühkörpers im Betrieb eine entsprechend größere Möglichkeit des Auftretens von Streuströmen oder eines Kurzschlusses zwischen Glühkörper und Kathode mit sich bringt, wobei die Röhre betriebsunfähig werden kann. Es wird im allgemeinen angenommen, daß die Möglichkeit eines Kurzschlusses oder eines Durchschlags zwischen Glühkörper und Kathode eine exponentielle Funktion der Temperatur des Glühkörpers ist. Es ist weiter bekannt, daß dieser Durchschlag eine der häufigsten Ursachen für eine begrenzte Lebensdauer der Elektronenröhre ist.

Es zeigt sich, daß zur Verlängerung der Lebensdauer einer solchen Röhre die Temperatur des Glühkörpers einen gerade noch zum Aufrechterhalten einer vorherbestimmten Temperatur der Emissionsschicht ermöglichenden Minimalwert haben müßte. Es müssen somit Maßnahmen getroffen werden, der eigentlichen Kathode eine möglichst große Menge der vom Glühkörper erzeugten Wärme zuzuführen.

Da zwischen der Kathode und dem Glühkörper stets ein kleiner, leerer Raum vorhanden ist, innerhalb dessen die Wärme lediglich durch Strahlung übertragen werden kann, ist dies bekanntlich nur durch Anwendung der Strahlungseigenschaften dunkler Körper möglich. Die betreffenden Mittel bestehen somit darin, daß die isolierende Verkleidung des Glühkörpers und die Innenfläche der Kathode möglichst schwarz gemacht werden.

Es ist zwar bekannt, die Verkleidung des Glüh-Verfahren zur Herstellung

einer indirekt geheizten Kathode

für Elektronenröhren

Anmelder:

N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt, Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität: Frankreich vom 15. Dezember 1960 (Nr. 847 062)

Henri Provisor, Suresnes, Seine (Frankreich), ist als Erfinder genannt worden

körpers zu schwärzen, und zwar mittels einer auf dem isolierten Glühkörper angebrachten dunklen Schicht aus Bonden oder Karbiden. Diese dunkle Schicht soll aber nur dafür sorgen, daß die Isolation des Glühkörpers nicht beeinträchtigt wird.

Ein besserer Wärmeübergang vom Glühkörper zur Emissionsschicht liegt erst vor, wenn der Glühkörper bei einer bestimmten Temperatur der Emissionsschicht eine möglichst niedrige Temperatur hat, wenn also der Temperaturunterschied zwischen dem Glühkörper und der Emissionsschicht minimal ist.

Untersuchungen haben ergeben, daß bei einer Kathode, deren dem Glühkörper zugewendete Oberfläche geschwärzt ist, der Temperaturunterschied zwischen dem Glühkörper und der eigentlichen Kathode, deren Minimaltemperatur durch die Betriebsbedingungen der Elektronenröhre bedingt wird, wesentlich geringer ist, wodurch die Widerstandsfähigkeit der Röhre gegen einen Durchschlag zwisehen Glühkörper und Kathode erheblich verbessert wird.

Es ist bekannt, bei einer indirekt geheizten Thoriumkathode die Innenseite des Kathodenträgers durch Anbringen einer Karbidschicht zu schwärzen.

Eine solche Karbidschicht hat aber den Nachteil, daß sie bei hoher Temperatur festgesintert werden muß und ihre Haftung nicht immer genügt.

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Falle eines streifenförmigen metallischen Tragkörpers. Die Oberfläche des Streifens wird mit einer Aluminiumschicht mit einer Stärke eines Bruchteiles eines Mikrons überzogen. Diese Schicht entsteht durch 5 thermische Verdampfung von Aluminium im Vakuum. Die weitere Behandlung nach der Erfindung vollzieht sich auf gleiche Weise wie bei den zwei erwähnten Verfahren. Der abgedeckte metallische Haltekörper wird im Vakuum, in einer neutralen

Die Erfindung bezweckt, auf der dem Glühkörper
zugewandten Oberfläche der eigentlichen Kathode,
d. h. auf dem Tragkörper der Emissionsschicht, ohne
starke Erhitzung eine gut haftende schwarze Schicht
anzubringen, die der Strahlung des Glühkörpers unmittelbar ausgesetzt ist. Gemäß der Erfindung wird
die schwarze Schicht des Tragkörpers durch die Reaktion eines feinverteilten Aluminiumpulvers mit
dem Metall des Tragkörpers hergestellt. Die Reaktion kann bei einer Temperatur von etwa 600° C io oder einer reduzierenden Atmosphäre gesintert. Gute oder mehr in einer reduzierenden oder neutralen Ergebnisse werden bei einer Temperatur zwischen Atmosphäre oder im Vakuum stattfinden. Diese Re- 610 und 650° C während einer Sinterungsdauer von aktion liefert eine grauschwarze intermetallische 15 bis 30 Minuten erhalten. Die Sinterungstemperatur Schicht. Das Metall des Tragkörpers der Emissions- darf nicht niedriger als 590° C und nicht höher als schicht kann aus Nickel, Molybdän, Eisen oder einer 15 650° C sein. Die Sinterungsdauer kann zwischen Legierung mit einem dieser Metalle als Basismetall einigen Minuten und verschiedenen Stunden schwanbestehen, ken, wenn dies sich als notwendig ergibt.

Gemäß dem Typ von Elektronenröhre, in der die Zur praktischen Durchführung dieses Verfahrens Kathode verwendet werden soll, kann sie rohrförmig zum Schwärzen von Kathoden sei darauf hingewiesen, (in Form eines Hohlzylinders) oder flach (z. B. strei- 20 daß bei den üblichen zylindrischen Nickelkathoden fenförmig) ausgebildet werden. Die Erfindung bezieht die Sinterung die Steifheit nicht beeinträchtigt, so daß sich ,somit auf zwei Formen der schwarzen Schicht bei der Montage der Kathode keine Schwierigkeiten auf dem Kathodenmetall, welche Schicht auf jeder bereitet werden. Eine Sinterung von 30 Minuten bei Kathodengestalt angebracht werden kann. 610° C in Vakuum von runden, rohrförmigen Ka-In einer ersten Ausführungsform der Erfindung 25 thoden mit einer Wandstärke von 60 μ und einer wird das zur Reaktion erforderliche Aluminium in Länge von 2,5 cm liefert eine Steifheit von 400 g Form eines in einer Flüssigkeit suspendierten, feinen gegenüber einer ursprünglichen Steifheit von 500 g. Pulvers vorgesehen. Die Suspension wird auf die Die Steifheit wird in diesem Falle durch Bestimmung Oberfläche des zu schwärzenden Tragkörpers ge- der Belastung gemessen, die zum Erzielen einer bebracht. Durch Trocknen in Luft entsteht eine Alu- 30 stimmten Biegung in der Mitte des Probekörpers bei miniumpulverschicht mit einem durch das Suspen- einer Biegungsprobe erforderlich ist. Es ist im übrigen sionsmittel gebildeten Klebestoff. Wenn der Halte- bekannt, daß Aluminium, das in hinreichenden Menkörper rohrförmig ist, wird die Suspension durch gen in Nickel aufgelöst ist, innerhalb kurzer Zeit eine Saugen in das Rohr hineingeführt. Wenn der Halte- Streuimpedanz auf der Trennfläche zwischen dem körper streifenförmig ist, kann die Suspension durch 35 Oxyd des Erdalkalimetalls und dem Nickel hervor-Zerstäubung angebracht werden. ruft. Eine kleine Menge Aluminium diffundiert im Ein Beispiel einer gute Ergebnisse liefernden vorliegenden Falle zwar schnell durch die Nickelober-Suspension ist eine Lösung von 2,50 g Nitrozellulose fläche hindurch und erreicht somit diese Zwischenin 75 g Äthylenglycol und 22,5 g Butanol, wobei in schicht, aber Untersuchungen haben erwiesen, daß 140 ml dieser Lösung 20 g feinen Aluminiumpulvers 40 die Emission der Kathode kostant bleibt und daß suspendiert wird. keine Streuimpedanz der Kathode während 2500 BeWenn das Metall des Haltekörpers aus Nickel triebsstunden der Röhre auftritt, sogar wenn die besteht, kann ein Zusatz von Nickeloxyd zu dieser Spannung des Glühkörpers 15% höher ist als die Suspension eine erhebliche Verbesserung der Gleich- Spannung, die im normalen Betrieb zugeführt wird, mäßigkeit der Verteilung der schwarzen Schicht her- 45 Nach der erwähnten Zeit kann eine gewisse Streubeiführen, wobei 5 bis 15 g Nickeloxyd zu 20 g Alu- impedanz festgestellt werden, aber diese ist imwesentminiumpulver eine geeignete Menge bildet. liehen auf das Lösen der Oxydschicht zurückzu-

Selbstverständlich ist die vorerwähnte Zusammen- führen.

Setzung der Suspension nur beispielsweise angegeben; Die Aluminiumschwärzung der Innenfläche der

das Verhältnis zwischen Suspensionsflüssigkeit und 50 Kathode ist nicht für Röhren mit langer Lebensdauer

Aluminiumpulver und Nickeloxyd läßt sich inner- empfehlenswert. Es kann jedoch in erheblichem

halb weiter Grenzen variieren. Auch das Suspensions- Maße die unerwünschte Diffusion von Aluminium

mittel kann eine andere Zusammensetzung haben. Es verhütet werden, indem ein Teil des Metalls nach

kann eine Lösung von Methacrylate z.B. Methylmeth- der erwähnten Sinterung oxydiert wird. Eine zweite

acrylat, statt der Nitrozelluloselösung verwendet wer- 55 Sinterung zwischen 550 und 600° C während

den. Das Suspensionsmittel braucht nur als Medium für 30 Minuten in einer feuchten, reduzierenden Atmo-

das Aluminium und als vorläufiger Klebestoff zwischen Sphäre ändert die Steifheit der Einzelteile nicht in

den Aluminiumteilchen untereinander und zwischen hohem Maße und ändert das noch nicht gebundene

diesen Teilchen und der Metalloberfläche zu dienen. Aluminium in eine verhältnismäßig stabile Verbin-

Nach der Reaktion des Aluminiums mit dem Metall 60 dung. Die so erhaltene Verkleidung hat für die Strah-

der Oberfläche dürfen keine Reste zurückbleiben, lungswärme die Absorptionsleistung der ersten

welche die elektronischen Eigenschaften der Kathode Schicht der intermetallischen Verbindung,

ändern könnten. Fig. 1 zeigt beispielsweise einen Längsschnitt durch

In einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfin- eine zylindrische Kathode nach der Erfindung; dung wird das zur Reaktion notwendige Aluminium 65 Fig. 2 zeigt eine Anordnung zum Untersuchen durch Kondensation von Aluminiumdampf ange- einer Kathode nach der Erfindung, bracht; dieses Metall wird dabei im Vakuum ver- Die Kathode nach Fig. 1 enthält einen Glühdampft. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere im körper 1, der in einem zentralen, hitzebeständigen

Körper 4 in Form eines Stabes, weiter unten Erhitzungskörper genannt, untergebracht ist. Der Erhitzungskörper dient außerdem als Abstützung und Isolator für den Glühkörper 1. Der Erhitzungskörper 4 ist auf der Außenfläche mit einer grauschwarzen Schicht überzogen, die durch die vorerwähnte Reaktion von Aluminium und Nickel erzeugt wird. Eine rohrförmige Hülle 5 aus Nickel ist zum Erhitzungskörper 4 konzentrisch angeordnet. Die Innenfläche dieser Hülle ist mit einer schwarzen Schicht 6 aus einer intermetallischen Aluminium-Nickel-Verbindung überzogen, die durch ein Verfahren, wie vorstehend erwähnt, angebracht ist. Die erwähnte Hülle trägt auf der Außenfläche eine Emissionsschicht 7 geeigneter Stärke, die im wesentlichen Barium- und Strontiumoxyde enthält.

Die Zweckdienlichkeit der grauschwarzen Schicht, die, wie vorstehend beschrieben, erhalten ist, in bezug auf die Wärmeübertragung zwischen Glühkörper und Kathode, läßt sich leicht durch Messung der Temperatur dieser zwei Elemente feststellen, nachdem sie in einem Vakuumkolben untergebracht worden sind. Bei einer Heizspannung des in einer geschwärzten Kathodenhülle untergebrachten Glühkörpers von 6,3 V wird eine Temperaturerniedrigung von etwa 100° C in bezug auf die eines üblichen Glühkörpers in einer üblichen Kathode gemessen. Die geschwärzte Hülle ist außerdem erheblich heißer als die übliche Kathode.

Der Einfluß einer solchen Schwärzung auf die Lebensdauer der Röhren wird weiter durch die nachfolgende Probe erwiesen. Gemäß dem erstgenannten Verfahren der Erfindung sind Kathodenhüllen zur Verwendung in einer Diode geschwärzt, die außerordentlich empfindlich ist für Durchschlag zwischen Kathode und Glühkörper; sie werden einer Dauerprobe in der Probevorrichtung nach Fig. 2 unterworfen. Eine Reihe von zehn Röhren wurde mit diesen Kathodenhüllen versehen, und es wurde außerdem eine Vergleichsreihe mit den üblichen Kathodenhüllen geprüft. Die Röhren wurden während längerer Zeit unter den nachfolgenden Bedingungen betrieben: die Spannung V₁ an dem Glühkörper 1 war 6,3 V; die Spannung F₂ zwischen dem Glühkörper 1 und der Kathode 2 war 120 V_cff; die Spannung F₃ zwischen der Kathode 2 und der Anode 3 war 165 V_eff. Die letzten zwei Spannungen wurden über einen Widerstand R von 15 000 Ohm in Reihe mit der Kathode zugeführt; dieser Widerstand diente als Strombegrenzer im Falle eines Durchschlags. Dieser Widerstand wurde durch einen Kondensator C von 10 μΡ überbrückt. Keine der Vergleichsdioden arbeitet länger als 500 Stunden, dea Durchschlag zwischen der Kathode und dem Glühkörper eintrat. Hingegen trat, sogar nach 2500 Stunden, kein Kurzschluß und keine anomale Erscheinung in den erwähnten Röhren mit der geschwärzten Kathodenhülle auf.

Selbstverständlich sind innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung Änderungen der vorerwähnten Verfahren möglich, wenn andere, gleichwertige technische Mittel benutzt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Herstellung einer indirekt geheizten Kathode für Elektronenröhren, bei dem auf der Innenfläche des hohlen Tragkörpers der Emissionsschicht eine schwarze Schicht angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die schwarze Schicht (6) des Tragkörpers (5) durch Reaktion eines feinverteilten Aluminiumpulvers mit dem Metall des Tragkörpers (5) hergestellt wird.

2. Verfahren zur Herstellung der Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Reaktion mit dem Metall des Tragkörpers (5) erforderliche Menge Aluminium in Form eines feinverteilten Pulvers in eine Suspensionsflüssigkeit gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion bei einer Temperatur von mehr als 590° C, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 610 und 650° C, durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspensionsflüssigkeit aus einer Lösung von Nitrozellulose in Äthylenglycol und Butanol in einem Verhältnis von 2,5 g Nitrozellulose und 75 g Äthylenglycol und 22,5 g Butanol besteht, wobei 140 g dieser Lösung zum Suspendieren von 20 g Aluminiumpulver verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nitrozelluloselösung durch eine Lösung eines Methacrylate ersetzt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Tragkörpers (5) aus Nickel besteht, während Nickeloxyd der Aluminiumsuspension in einem Verhältnis von 15 g Oxyd zu 20 g Aluminium zugesetzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumsuspension durch Einsaugen in eine rohrförmige Kathode oder durch Spritzen auf eine flache streifenförmige Kathode aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Reaktion mit dem Metall des Tragkörpers (5) erforderliche Aluminium durch Kondensation von Aluminiumdampf erhalten wird, der im Vakuum durch Erhitzung erhalten ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 967 715, 1090 774.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen