DE1166385B - Gluehkathode fuer Elektronenroehren und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

• Glühkathode für Elektronenröhren und Verfahren zu ihrer Herstellung Als Material für Glühkathoden zur Verwendung in hochbelasteten Elektronenröhren, wie Senderöhren, hat thoriertes Wolfram in der Form von Drähten aus Wolfram, welchem Thoriumoxyd in geringen Mengen zugesetzt ist, allgemeine Anwendung gefunden. Bei solchen Kathoden wird die Kathodenoberfläche mindestens teilweise in Karbid umgesetzt. Dies hat vor allem die, Aufgabe, das im Wolfram eingebettete Thoriumoxyd teilweise zu Therium zu reduzieren, welches an die Kathodenoberfläche diffundiert und als monoatomare Schicht die Austrittsarbeit wesentlich erniedrigt. Die im Verlaufe der Lebensdauer durch Abdampfen von der Kathodenoberfläche eintretenden Thoriumverluste werden durch Nachlieferung von Thorium aus dem Innern ersetzt.
• Die Verwendung von thoriertem Wolfram als Kathoden,material hat jedoch den Nachteil, daß sich Wolfram mit einem Thoriumoxydzusatz nur schwer verarbeiten läßt und daher nicht in jeder beliebigen Form herstellbar ist. Es sind zwar Stäbe und Drähte erhältlich, dagegen aber nicht großflächige Körper wie Bleche oder Rohre.
• Es ist ferner eine Thoriumkathode bekannt, die aus einer hochschmelzenden Unterlage mit einem thoriumoxydhaltigen Überzug besteht, wobei der Überzug 5 bis 5004, vorzugsweise 10% mindestens eines Karbides hochschmelzender Metalle wie Wolfram, Tantal usw. enthält und im übrigen, also zu mindestens 501/o, Thoriumoxyd enthält.
• Die Erfindung betrifft eine Glühkathode für Elektronenröhren, insbesondere Senderöhren, mit einem hochschmelzenden Metallträger, der einen Überzug aus Wolframkarbid und Thoriumoxyd aufweist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug dicht und glatt ist und höchstens 211/o Thoriumoxyd enthält.
• Gegenüber dem bekannten, ganz aus thoriertem Wolfram bestehenden Kahtodenmaterial, weist die Kathode nach der Erfindung den Vorteil auf, daß sie auf Grund des gut verformbaren Metallträgers beliebig geformt sein kann, beispielsweise als großflächiges Rohr. Gleichzeitig bleiben ihr die Vorteile einer thorierten Wolframkathode gegenüber der bekannten Thoriumkathode erhalten. Für Glühkathoden großer Leistung, wie Senderöhren, ist die Verwendung von Kathoden mit hohem Tho#riumgehalt von großen Nachteilen begleitet, da sich das in beträchtlicher Menge verdampfende Thorium auf nicht emittierenden Elektroden wie Steuergittern niederschlägt und dadurch eine unerwünschte und schädliche Emission der betreffenden Elektroden hervorruft. überraschenderweise hat es sich nun gezeigt, daß ein aus Wolframkarbid und höchstens 2% Thoriumoxyd bestehender Überzug bezüglich seiner Ernissionseigenschaften und insbesondere auch bezüglich seiner Lebensdauer einer vollständig aus thoriertem Wolfram bestehenden Kathode keineswegs nachsteht und daß ein derartiger Überzug auf dem Metallträger gut und dauernd haftet.
• Als Material für den gut verformbaren und hochschmelzenden Träger sind beispielsweise die Metalle Tantal und Molybdän odereine Legierung aus Wolfram und Rhenium geeignet. Diese Metalle können ohne Schwierigkeit in eine geeignete Form, z. B. diejenige eines zylindlischen Rohres, gebracht werden.
• Als emittierender, auf den Metallträger aufgebrachter Überzug dient beispielsweise eine Schicht aus thoriumoxydhaltigem Wolframkarbid (W2C) oder aus einer Mischung von thoriertern Wolfram und Wolframkarbid. Der Überzug kann statt aus einer Mischung von Wolfram, Thoriumoxyd und Karbid auch aus mehreren, übereinanderliegenden Schi-chten bestehen, beispielsweise aus einer ersten, inneren Schicht aus thoriertem Wolfram und aus einer zweiten Schicht aus thoriumoxydhaltigem Wolframkarbid. Eine weitere Ausführungsart des emittierenden Überzuges ist durch eine erste, innere Schicht aus thoriertem Wolfram oder einer Mischung von thoriertem Wolfram und Wolframkarbid, und einer zweiten Schicht aus karburiertem thoriertem Wolfram gekennzeichnet.
• Um unerwünschte Reaktionen des Kohlenstoffes aus dem emittierenden Überzug mit dem Trägermetall zu vermeiden, ist es vorteilhaft, zwischen den Metaffträger und den emittiernden überzug eine diffusionshemmende Zwischenschicht aus Rhenium anzuordnen, die galvanisch auf den Metallträger aufgebracht wird.
• Kathoden gemäß der Erfindung werden nach ihrem Einbau in die vorgesehenen Elektronenröhren in bekannter Weise aktiviert. Die Aktivierung, die aus mehreren kontrollierten Wärmebehandlungen besteht, bewirkt einerseits zusammen mit dem vorliegenden Karbid eine Reduktion des Thoriumoxyds .zu metallischem Thorium und andererseits eine Diffusion des metallischen Thoriums an die Kathodenoberfläche, wo sich eine monoatornare Thoriumschicht bildet.
• Im Gegensatz zu bekannten Kathoden mit Heizfäden, bei denen ein heizbarer Träger, z. B. Wolfram# mit einer Emissionsschicht wie einem Erdalkalioxyd und einer diese umgebenden porösen Deckschicht bedeckt ist, muß die Oberfläche der Kathode gemäß der Erfindung möglichst dicht und glatt sein. Dies läßt sich durch Venwendung genügend feinkörniger Ausgangsmaterialien für den überzug (thoriertes Wolfram, Wolfram, Thoriumexyd, Wolframkarbid) erreichen. Bei einer derartigen Oberflächenbeschaffenheit haben die Kathoden bezüglich Wärmeabstrahlung und Heizleistung mindestens gleich günstige Emissionseigenschaften wie die bekannten Kathoden aus thorierten Wolfrarndrähten. Sie weisen aber den beträchtlichen Vorteil auf, daß sie in beliebiger Form, insbesondere als Bleche oder Rohre, mit und ohne Löcher und Schlitze, ferner als Streckmetall herstellbar sind.
• Zur Herstellung der Elektroden eignen sich Verfahren, nach welchen ein feinkörniges, Wolfram, Thoriumoxyd und Kohlenstoff enthaltendes Pulver auf einen beliebig geformten, hochschmelzenden Metallträger aufgebracht und im Vakuum aufgesintert oder aufgeschmolzen wird. Hierzu werden beispielsweise thoriertes Wolfram wie Drahtabfälle und karburiertes, thoriertes Wolfram oder auch karburiertes, thoriertes Wolfram allein zu einem sehr feinkörnigen Pulver mit einem mittleren Korndurchmesser von etwa 1 u zermahlen. Hierauf wird das Pulver durch Aufsprühen, Aufpinseln, Tauchen oder vorzugsweise elektrophoretisch auf den Metallträger aufgebracht. Im Hochvakuum wird schließlich der überzug aufgesintert. Pulverförrnig auf den Träger aufgebrachte Karbide können auch aufgeschrnolzen werden, was eine besonders dichte und glatte Kathodenoberfläche ergibt. Besonders geeignet hierzu ist das Eutektikuni W,C/W, das einen Schmelzpunkt von 24751 C hat.
• Während überzüge aus thoriertem Wolfram noch karburiert werden müssen, beispielsweise durch Erhitzen auf tewa 1300' C in einer Acetylen- oder Benzol/Wasser.stoff-Atmosphäre, können Kathoden mit überzügen aus Karbid enthaltendem Pulver direkt verwendet werden.
• Ein weiteres Verfahren zur Herstellung des emittierenden überzuges besteht darin, auf den Metallträger ein feinkörniges Pulvergemisch aus Wolfram und thoriurnoxydhaltigem Wolframkarbid oder auch thoriumoxydhaltiges Wolframkarbid elektrophoretisch aufzubringen und imVakuum aufzusintern oder aufzuschmelzen. Statt dem Wolframkarbid Thoriumoxyd zuzusetzen, kann ihm auch eine Thoriumverbindung, wie Thoriumnitrat, zugesetzt werden, die beim Erhitzen Thoriumoxyd abspaltet. Schließlich kann ein feinkörniges Pulver aus reinem Wolfram, Thoriumoxyd und Kohlenstoff hergestellt, auf den Metallträger aufgebracht und im Vakuum aufgesintert werden. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, das Pulvergemisch aus Wolfram, aus einer beim Erhitzen Thorium abspaltenden Thoriumverbindung, wie Thoriumnitrat, und aus einer beim Erhitzen Kohlenstoff abspaltenden Verbindung, wie Zucker, zusammenzusetzen, auf den Metallträger aufzubringen, durch Glühen in die gewünschte Emmissionsmasse umzusetzen und schließlich im Hochvakuum zu sintern.
• An Hand von zwei Beispielen seien Verfahren zur Herstellung der Kathoden nach der Erfindung im folgenden näher beschrieben.
• In einem ersten Beispiel wird der aus Tantal bestehende Kathodenträger nach Entfettung mittels eines Gemisches von Alkohol und Äther in einem galvanischen Bad mit einer etwa 1 bis 2 g dicken Rheniumschicht bedeckt. Nicht völlig durchkarburierter, thorierter Wolframdraht mit einem Gehalt an Thoriumoxyd (ThO.,) von etwa 1,5 bis 2% wird sehr fein pulverisiert (mittlerer Korndurchrnesser etwa 1 #t) und in Isobutylalkohol suspendiert, dem eine Spur Nickelnitrat zugesetzt wird. Aus der Suspension wird hierauf die Emmissionsmasse kataphoretisch auf den Tantalkörper aufgetragen, bis die Schichtdicke 5 bis 15 #t beträgt. Die bedeckte Kathode wird im Hochvakuum bei mindestens 1800c C während 30 Minuten gesintert. Nach dem Einbau der Kathode in die Elektronenröhre wird die Emissionsschicht in bekannter Weise aktiviert.
• In einem zweiten Beispiel wird auf den sauber entfetteten Kathodenträger aus Tantal au-, einer Suspension von sehr fein pulverisiertem Wolfram mit etwa 1,5 bis 2% Thoriumoxydgehalt in Isobutylalkohol eine 2 bis 5 ' tt dicke Schicht kataphoretisch aufgetragen. Hierauf wird aus einer Suspension in Isobutylalkohol eine 5 bis 15 (1 dicke Schicht sehr feinkörnigen thoriumoxydhaltigen Wolframkarbids (W#,C) kataphoretisch abgeschieden und durch Erhitzen auf mindestens 1800' C im Hochvakuum während 30 Minuten durchgesintert. Da die Schicht aus Wolframkarbid nicht in direktem Kontakt mit dem Tantalträger steht, erübrigt sich das Aufbringen einer diffusionshemmenden Zwischenschicht aus Rhenium.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Glühkathode für Elektronenröhren, insbesondere Senderöhren, mit einem hochschmelzenden Metallträger, der einen üb-erzug aus Wolframkarbid und Thoriumoxyd aufweist, da - durch gekennzeichnet, daß der üb-erzug dicht und glatt ist und höchstens 20/0 Thoriumoxyd enthält. 2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug aus einer aus thoriertem Wolfram und Wolframkarbid gemischten Schicht besteht.
2. 2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberzug aus einer ersten, inneren Schicht aus thoriertem Wolfram und einer zweiten Schicht aus thoriumoxydhaltigen Wolframkarbid besteht. 4. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug aus einer ersten, inneren Schicht aus thoriertem Wolfram oder einer Mischung von thoriertem Wolfram und Wolframkarbid und einer zweiten Schicht aus karburiertem thoriertem Wolfram besteht. 5. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall des Trägers Tantal, Molybdän oder eine Legierung von Wolfram mit Rhenium ist. 6. Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Metallträger und dem emittierenden überzug eine Zwischenschicht aus Rhenium angeordnet ist. 7. Verfahren zur Herstellung einer Glühkathode für Elektronenröhren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein feinkömiges Wolfram, Thoriumoxyd und Kohlenstoff enthaltendes Pulver auf einen beliebig geformten, hochschmelzenden Metallträger aufgebracht und im Vakuum aufgesintert oder aufgeschmolzen wird. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge- kennzeichnet, daß ein feinkörniges Pulver aus thoriertem Wolfram und/oder karburiertern. thoriertem Wolfram elektrophoretisch auf den Metallträger aufgebracht und im Vakuum aufgesintert oder aufgeschmolzen wird. 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein feinkörniges Pulver aus Wolfram und/oder thoriumoxydhaltigem Wolframkarbid auf den Metallträger elektrophoretisch aufgebracht und im Vakuum aufgesintert oder aufgeschmolzen wird. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wolframkarbid eine beim Erhitzen Thoriumoxyd abspaltende Thoriumverbindung zugesetzt wird. 11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein feinkörniges Pulvergemisch aus Wolfram, Thoriumoxyd oder einer beim Erhitzen Thoriumoxyd abspaltenden Thoriumverbindung und Kohlenstoff oder einer beim Erhitzen Kohlenstoff abspaltenden Verbindung auf den Metallträger aufgebracht, durch Erhitzen umgesetzt und im Vakuum aufgesintert oder aufgeschmolzen wird. ln Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 1009 727, 1080 700; schweizerische Patentschrift Nr. 220 852.