DE1234861B - Vorratskathode fuer elektrische Entladungsgefaesse - Google Patents

Description

DEUTSCHES WTWmP PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 21g-13/04

Nummer: 1234 861

Aktenzeichen: S 97996 VIII c/21 j

J 234 861 Anmeldetag: 5.Juli 1965

Auslegetag: 23. Februar 1967

Die Erfindung betrifft eine Kathode für elektrische Entladungsgefäße, bei deren Betrieb Emissionssubstanzen aus einem Emissionsstoffvorrat durch feine öffnungen eines diesen bedeckenden porösen Emissionsstoffträgers aus insbesondere porös gesintertem hochschmelzendem Metall, wie z. B. Wolfram, zur Kathodenoberfläche hin wandern und bei der der Vorrat aus Erdalkalioxyden, insbesondere Bariumoxyd, besteht, dem ein weiteres Metalloxyd zugesetzt ist.

Die Verwendung von Erdalkalimetalloxyden an Stelle von entsprechenden Karbonaten erfolgt wegen der bekanntermaßen erheblichen Nachteile der Karbonate, die insbesondere bei den erforderlichen Warmbehandlungsvorgängen, z. B. an der Hochvakuumpumpe oder an den entsprechenden Automaten, auftreten.

Die bei der Verwendung von Erdalkalimetalloxyden, insbesondere Bariumoxyd, auftretenden Schwierigkeiten, vor allem im Hinblick auf atmosphärische Einflüsse, sind ebenfallls bekannt. Der Zutritt von Feuchtigkeit zum Bariumoxyd muß deshalb nicht nur beim Herstellen und Einbringen eines Vorrats, sondern vor allem auch beim Lagern der betreffenden Kathoden und während des Einbaus in das betreffende Entladungsgefäß vermieden werden. Da dies nie gewährleistet ist, bildet sich stets mehr oder weniger Bariumhydroxyd, das beim Formieren der Kathode, d. h. innerhalb des Pumpvorgangs der betreffenden Röhre, nur sehr langsam und unvollständig zu Bariumoxyd und Wasser zersetzt wird. Vielmehr schmilzt das Bariumhydroxyd im Hydratwasser unter Aufschäumen und verstopft so die poröse Emissionsstoffträgerscheibe, vor allem aber oxydiert das bei hoher Temperatur frei werdende Wasser die Emissionsstoffträgerschicht und führt damit zur Vergiftung der Kathode. Es sind deshalb zur Vermeidung der aufgezeigten Schwierigkeiten schon recht verschiedene Wege beschritten worden.

So hat man der Aufnahme von Feuchtigkeit beim Bariumoxyd dadurch zu begegnen versucht — allerdings in nur sehr beschränktem Maße — daß man an Stelle von reinem Bariumoxyd Mischoxyde verwendet hat, die, wenn sie Feuchtigkeit aufgenommen haben, im Vakuum sich bei steigender Temperatur erst wieder zersetzen, bevor sie schmelzen, so daß dann wenigstens keine Schmelze durch die porösen Stellen der Emissionsstoffträgerschicht hindurchtritt. Unabhängig davon bleiben jedoch die weiteren oben beschriebenen Nachteile durch Feuchtigkeit bestehen, weshalb man Feuchtigkeit in Röhren streng zu vermeiden sucht. Überdies ist der Ba-Anteil, den Vorratskathode für elektrische
Entladungsgefäße

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft,
Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Dr. Wolfgang Nestler, München

man in einem bestimmten Volumen unterbringen kann, dann wesentlich kleiner als bei reinem BaO, so daß bei gleicher Abdampfrate eine Verkürzung der Lebensdauer resultiert.

Bei einer anderen bekannten Vorratskathode hat man deshalb dem Vorrat aus unter anderem Bariumoxyd außer Reduktionsmitteln sogenannte säurebildende Oxyde, wie Berylliumoxyd, Zirkonoxyd, Titanoxyd, Siliciumoxyd, Aluminiumoxyd und Zinkoxyd, in einem solchen erheblichen Uberschuß zugesetzt, daß bei den höchsten im Vorratsbehälter auftretenden Temperaturen auf keinen Fall ein Schmelzen des Vorrats eintritt. Die erwähnten zugesetzten Oxyde sollen außerdem verhindern, daß das Bariumoxyd der Vorratssubstanz durch die Atmosphäre angegriffen wird. Der wesentliche Nachteil dieser bekannten Maßnahme besteht vor allem darin, daß — wie leicht einzusehen ist — der Schutz durch die beigefügten Oxyde gegen atmosphärische Einflüsse selbst bei reichlichem Uberschuß völlig unzureichend ist und daß außerdem wiederum ein solcher Überschuß entweder einen erheblich größeren Vorratsbehälter und damit entsprechend größere Kathodenabmessungen erfordert, was sich günstig auf die Wirtschaftlichkeit und die Kenndaten des betreffenden elektrischen Entladungsgefäßes, insbesondere solcher für den UHF-Betrieb, auswirkt oder aber die Lebensdauer sowie der Funktionsmechanismus des betreffenden Entladungsgefäßes ungünstig beeinflußt werden.

Aber auch der Zusatz anderer bekannter Metalloxyde, um mit dem Bariumoxyd reaktionsträge Mischkristalle zu bilden, die weniger hygroskopisch als Bariumoxyd sind, haben unter anderem den wesentlichen Nachteil, daß sie schwerer reduzieren, so

709 510/424

Claims (3)

daß die Bariumnachlieferung oft zu gering oder aber nicht steuerbar ist. In solchen Fällen würde dann außerdem noch der Zusatz von besonderen Reduktionsmitteln erforderlich. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, bei einer Vorratskathode, insbesondere Metallkapillarkathode mit einem im Betrieb Barium abgebenden Vorrat aus Erdalkalimetalloxyden, insbesondere Bariumoxyd, die durch Feuchtigkeit, insbesondere aus der Luft, hervorgerufenen störenden Einflüsse zu vermeiden, ohne daß die bei den bisher angewandten Maßnahmen eintretenden Nachteile auftreten. Erreicht wird dies bei einer mittelbar geheizten Kathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der im Betrieb Emissionssubstanzen aus dem Emissionsstoffvorrat durch feine Öffnungen eines diesen bedeckenden porösen Emissionsstoffträgers aus, insbesondere porös gesintertem, hochschmelzendem Metall, wie z. B. Wolfram, zur Kathodenoberfläche hinwandern und bei der der im Betrieb Barium abgebende Vorrat aus Erdalkalimetalloxyd besteht, dem ein weiteres Metalloxyd zugesetzt ist, nach der Erfindung dadurch, daß der Vorrat mindestens ein nicht emissionsfördernde Substanzen abgebendes niederwertiges Oxyd zugesetzt ist, das bis zur Inbetriebnahme entstandenes Bariumhydroxyd zu Bariumoxyd umwandelt, wie Ce4O7, WO2, UO2, V2O3. Durch den Zusatz eines niederen Metalloxydes zum Bariumoxyd wird nämlich während der Montage entstandenes Bariumhydroxyd zu Bariumoxyd reduziert. Der bei der Reduktion entstandene Wasserstoff wird abgepumpt, ohne das sich, gleichgültig wieviel von den Metalloxyden dem Bariumoxyd zugesetzt wurde und wieviel Wasser von dem Bariumoxyd aufgenommen wurde, freies Barium bildet. Würde man an Stelle der angegebenen niederen Metalloxyde andere übliche Reduktionsmittel, z. B. Metalle, wie Aluminium oder Magnesium, zusetzen, so würde ein eventueller Überschuß von metallischem Barium in Freiheit gesetzt werden. Dieser Bariumanteil, der zusätzlich zu dem Barium des normalen Nachlieferungsvorgangs frei würde, würde von der Kathode abdampfen und z. B. auf dem Gitter aufwachsen, wodurch die Entladungscharakteristik verändert und die Lebensdauer entsprechend verringert würde. Ein anderer Grund, eine überschüssige Bariumbildung möglichst zu vermeiden, ist die eintretende Verschlechterung der Isolationswerte durch Bariumaufdampfen auf die isolierenden Teile, insbesondere die Wandung des Entladungsgefäßes. In besonders vorteilhafter Weise beträgt der Zusatz etwa 10 Gewichtsprozent. Dieser Zusatz kann gegebenenfalls noch etwas erniedrigt werden, wenn man in vorteilhafter Weise die Vorratssubstanz in eine kompakte Form, z. B. als Tablette oder Pille ausbildet. Die Erfindung wird an Hand eines in der Figur rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Darin sind Teile, die nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, fortgelassen oder unbezeichnet geblieben. In dem zum Teil im Schnitt dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit 1 der topfförmige Vorratsbehälter bezeichnet, umgeben vom Kathodenmantel 2, und der an seinem offenen Ende von einem porös gesinterten Emissionsstoffträger 3 aus z. B. Wolfram über deckt und mit diesem am Flansch 4 dicht verbunden ist. 5 stellt den Vorrat dar, der aus Erdalkalioxyd, insbesondere aus Bariumoxyd, besteht, dem etwa 10 Gewichtsprozent eines niederen Metalloxyds, wie Ce4O7, WO2, UO2, V2O3 od. dgl. in feiner Verteilung zugesetzt ist. Zur Verringerung der Oberfläche und damit der Adsorptionszentren kann man vorteilhafterweise die Vorratssubstanz noch in eine kompakte Form, z. B. in die Form einer Pille oder Tablette bringen, so daß der Zusatz an niederem Metalloxyd noch verringert werden kann, obwohl dieser keinen nachteiligen Einfluß auf den Zersetzungsvorgang des Vorrats hat. Mit 6 ist ein Wolframdrahtbausch bezeichnet, der eine direkte Berührung zwischen dem Emissionsstoffträger und der Vorratssubstanz verhindert und außerdem die Verteilung der emissionsfördernden Substanz gleichmäßiger macht. Die beschriebene Kathode hat einen relativ einfachen Aufbau des Vorrats und zeichnet sich durch eine lange Lebensdauer aus. Außerdem sind nachteilige Wirkungen auf andere Elektroden weitgehend reduziert. Patentansprüche:

1. Mittelbar geheizte Kathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der im Betrieb Emissionssubstanz aus einem Emissionsstoffvorrat durch feine Öffnungen eines diesen bedeckenden porösen Emissionsstoffträgers aus insbesondere porös gesintertem hochschmelzendem Metall, wie z. B. Wolfram, zur Kathodenoberfläche hin wandern und bei der der im Betrieb Barium abgebende Vorrat aus Erdalkalimetalloxyd besteht, dem ein weiteres MetaIloxyd zugesetzt ist, dadurchgekennzeichnet, daß dem Vorrat mindestens ein nicht emissionsfördernde Substanzen abgebendes niederwertiges Oxyd zugesetzt ist, das bis zur Inbetriebnahme entstandenes Bariumhydroxyd zu Bariumoxyd umwandelt, wie Ce₄O₇, WO₂, UO₂, V₂O₃.

2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz an niederwertigem Metalloxyd etwa 10 Gewichtsprozent beträgt.

3. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrat eine kompakte Form hat, z. B. als Pille oder Tablette ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 510/424 2.67 © Bundesdruckerei Berlin