DE632306C

DE632306C - Process for the production of discharge vessels with high-emission glow cathodes

Info

Publication number: DE632306C
Application number: DER59138D
Authority: DE
Original assignee: CHF Mueller AG
Current assignee: CHF Mueller AG
Priority date: 1923-08-15
Filing date: 1923-08-15
Publication date: 1936-07-06

Description

Verfahren zur Herstellung von Entladungsgefäßen mit Hochemissionsglühkathoden Oxydkathödenröhren wurden bisher in der Weise hergestellt, daß auf einem Trägerfaden eine Emissionsschicht aufgebracht wurde, die aus Leichtmetalloxyden bestand. Die Aufbringung erfolgte durch Aufschmieren, Tauchen, Aufspritzen der Schicht oder in ähnlicher Weise. Der mit seiner Emissionsschicht versehene Faden wurde in üblicher Weise gemeinschaftlich mit den Elektroden und ihren Zuführungen auf einen Quetschfuß montiert und in die Röhre eingeschmolzen. Die Röhre wurde dann gepumpt, abgeschmolzen und in Betrieb genommen. So hergestellte Oxydkathodenröhren wiesen gewisse Nachteile auf, insbesondere Ungleichmäßigkeiten der Emission, ein veränderliches Vakuum; mangelhafte Haftfähigkeit der Oxydschicht, ungleichmäßige Lebensdauer usw. Diese Mängel der Oxydkathode beruhten zum Teil auf Beschädigungen der Schicht, die beim Einbringen der bereits auf dem Faden vorhandenen Schicht beim Zusammenbau des Elektrodensystems der Röhre verursacht wurden.Process for the production of discharge vessels with high-emission incandescent cathodes Oxydkathodenröhren have been manufactured in such a way that on a carrier thread an emission layer was applied, which consisted of light metal oxides. the The layer was applied by smearing, dipping, spraying or in similar way. The thread provided with its emission layer became conventional Way together with the electrodes and their leads on a pinch foot mounted and melted into the tube. The tube was then pumped, melted off and put into operation. Oxide cathode tubes made in this way had certain disadvantages on, especially irregularities of the emission, a variable vacuum; deficient Adhesiveness of the oxide layer, uneven service life, etc. These shortcomings of the Oxide cathodes were based in part on damage to the layer that occurred when it was introduced the layer already on the thread when assembling the electrode system caused by the tube.

Oxydschichten ließen sich nun aber auch auf eine andere Weise herstellen. Es war bekannt, die Schicht auf dem Trägerfaden selbst entstehen zu lassen. Das Verfahren bestand darin, auf den als Kathode dienenden Trägerfaden eine Leichtmetallschicht aufzudampfen und diese nachträglich zu oxydieren. Dieses Verfahren ist von verschiedenen Seiten für wissenschaftliche Messungen. über das Verhalten von Metall- und Oxydkathoden angewandt worden. Es hat sich ergeben, daß diese Verfahren die geeignete Grundlage für eine Röhrenfabrikation bilden können, wenn gemäß der Erfindung vorgegangen wird.Oxide layers could now also be produced in a different way. It was known to create the layer on the carrier thread itself. That The method consisted in placing a light metal layer on the carrier thread serving as the cathode to evaporate and to oxidize them afterwards. This procedure is different Scientific measurement pages. on the behavior of metal and oxide cathodes been applied. It has been found that this procedure is the appropriate basis can form for a tube production when proceeding according to the invention.

Erfindungsgemäß werden, ähnlich wie dies bei geschmierten Oxydkathoden der Fall war, die Elektroden in der Verstärkerröhre o. dgl. fertig montiert, nur mit dem Unterschiede, daß der Trägerfaden keine Hochemissionsschicht aufweist. Es gilt nun, die Schwierigkeiten zu lösen, diese Hochemissionsschicht auf dem Trägerfaden des fertig montierten Elektrodensystems zu erzeugen. Man hat entweder das zu verdampfende Leichtmetall als Bodenbelag in dem Glaskolben angeordnet und durch Erhitzung mittels eines von außen angesetzten elektrischen Heizofens zur Verdampfung gebracht, wobei natürlich die Glaswand mit erwärmt werden mußte. Hierbei entstehen Reaktionen zwischen dem Leichtmetall und dem Glas, die schädliche Wirkungen haben. Darüber hinaus aber ist man auch nicht in der Lage, dafür zu sorgen, daß vorwiegend der Trägerfaden, der mit der Leichtmetalloxydschicht bedeckt sein soll, getroffen wird. Vielmehr kondensierte das verdampfte Leichtmetall an beliebigen Stellen der Röhre und nur in unkontrollierbarer Weise auch auf dem Trägerfaden. Ein anderes bekanntes Verfahren bestand darin, einen Hilfsfaden in. die Röhre mit einzubauen;, der -durch-besonders Züleitungen #-ztim Glühen gebracht werde ri,nr _. ,Der Hilfsfaden he='. stand aus der zu zerstäubenden Substanz ü4'cT gestattete eine Verdampfung durch Strt@-durchleitung. Dieses Verfahren hat insbe"@, sondere den Nachteil, daß besondere Durchschmelzungen angewendet werden, die für den-praktischen Betrieb der Röhre wertlos sind und die eine Verteuerung und Komplikation des Baues der Röhre zur Folge haben.According to the invention, similar to that in the case of lubricated oxide cathodes was the case, the electrodes in the amplifier tube or the like fully assembled, only with the difference that the carrier thread does not have a high-emission layer. It Now is the time to solve the difficulties, this high-emission layer on the carrier thread of the fully assembled electrode system. You either have that to be vaporized Light metal arranged as a floor covering in the glass bulb and heated by means an externally attached electric heating furnace brought to evaporation, wherein of course the glass wall also had to be heated. This creates reactions between the light metal and the glass, which have harmful effects. But beyond that one is also not able to ensure that predominantly the carrier thread, which should be covered with the light metal oxide layer is hit. Much more the evaporated light metal condensed at any point on the tube and only in an uncontrollable manner on the carrier thread. Another known method duration in incorporating an auxiliary thread into the tube ;, which -by-especially supply lines # -ztim will be brought to the glow ri, no _. , The auxiliary thread he = '. if the substance to be atomized stood out, it allowed evaporation through Strt @ transmission. This method has the particular disadvantage that special meltings are applied, which are for the practical operation of the Tubes are worthless and make the construction of the tube more expensive and complicated have as a consequence.

Erfindungsgemäß wird die Hochemissionsschicht auf demTrägerfaden dadurch erzeugt, daß die zur Verdampfung und Bildung der Hochemissionsschicht dienende Substanz, wie man es in ähnlicher Weise bereits zum Verdampfen von Getterstoffen gemacht hat, an den Elektroden oder ihren Zuleitungen befestigt und zugleich in die Röhre eingebracht wird, und zwar entweder an der Anode, an der Hilfsanode oder zwischen dem Elektrodensystem, z. B. zwischen den Zuleitungen zu Gitter und Anode, die sowieso durch die Röhre hindurchgeschmolzen sind. Hierbei werden mehrere Vorteile erreicht. Besondere Zuleitungen, die durch die Röhre hindurchgeschmolzen werden müssen, sind vermieden. -Die zur Verdampfung gelangende Substanz befindet sich in unmittelbarer Nähe des Trägerfadens. Es ist fernerhin möglich, die Verdampfung derart zu leiten, daß der Trägerfaden den kühlsten Teil des Elektrodensystems darstellt, so daß sich während der Verdampfung vorwiegend auf dem Trägerfaden die gewünschte Schicht bildet.. Die Verwandlung der ' aufgedampften Metallschicht in Oxyd kann in an sich bekannter Weise durch nachträgliche Zuführung von Sauerstoff erfolgen, wobei gegebenenfalls der Trägerfaden einer gelinden Erhitzung ausgesetzt werden kann. Es zeigt sich, daßi die so hergestellte Oxydschicht ausgezeichnet haftet, ganz gleichmäßig ist, hervorragende Emissionseigenschaften undLebensdauer aufweist.According to the invention, the high-emission layer on the carrier thread is thereby achieved generated that the substance used for evaporation and formation of the high-emission layer, as has already been done in a similar way for the evaporation of getter substances, attached to the electrodes or their leads and at the same time introduced into the tube either on the anode, on the auxiliary anode or between the electrode system, z. B. between the leads to the grid and anode, which anyway through the tube melted through. Several advantages are achieved here. Special supply lines, which have to be melted through the tube are avoided. -The for Any substance that evaporates is in the immediate vicinity of the carrier thread. It is also possible to direct the evaporation in such a way that the carrier thread represents the coolest part of the electrode system, so that during evaporation predominantly forms the desired layer on the carrier thread .. The transformation of the 'Vaporized metal layer in oxide can in a known manner by subsequent Oxygen is supplied, with the carrier thread possibly being gentle Can be exposed to heating. It is found that the oxide layer produced in this way adheres excellently, is completely uniform, excellent emission properties and has a lifetime.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren, demzufolge die Oxydschicht auf dem Kathodenkern im fertig montierten System gebildet wird, werden sämtliche, wie auch immer geartete, nachträgliche mechanische Verletzungen oder schädliche chemische Umsetzungen der Emissionsschicht mit Sicherheit ausgeschlossen.By the method according to the invention, consequently the oxide layer the cathode core is formed in the fully assembled system, are all how any kind of subsequent mechanical injuries or harmful chemical injuries Implementation of the emission layer is definitely excluded.

Die Glühung der Systemteile zwecks bzw. während der Verdampfung des Emissionsmaterials erfolgt vorzugsweise durch Wirbelströme. Hierbei ist es im Gegensatz zur Glühung durch Elektronenbombardement möglich, den Trägerfaden kalt zu lassen. Je kälter aber der Trägerfaden ist, um so sicke-' rer und reichlicher erfolgt der Niederschlag der Leichtmetallschicht auf dem Trägerfaden selbst.The annealing of the system parts for the purpose of or during the evaporation of the Emission material is preferably carried out by eddy currents. Here it is the opposite for annealing by electron bombardment, it is possible to leave the carrier thread cold. But the colder the carrier thread, the more oozing and abundant it takes place Precipitation of the light metal layer on the carrier thread itself.

Im einzelnen kann das Verfahren wie folgt .@:erchgeführt werden: Der Kathodenkern :,wird zunächst mit den anderen Elektroden zusammen fertig montiert. Dieses System wird sodann, gegebenenfalls in einem besonderen Vakuumraum, gründlich vorentgast. Sodann Wird das Leichtmetall hinzugefügt und. das System in dem definitiven Kolben eingeschmolzen, in welchem dann das Leichtmetall zur Verdampfung gebracht wird. Zweckmäßig wird das Leichtmetall; etwa durch Schweißung, an ,der Anode oder einer Hilfsanode im Innern der Röhre befestigt. Die Verdampfung des Leichtmetalls erfolgt dann, sobald die Anode oder Hilfsanode auf die erforderliche Temperatur erhitzt wird. Besonders leicht gelingt das Verfahren unter Anwendung von Wolframdrähten, welche thoriumhaltig sind. Besonders zweckmäßig wird die Erhitzung der Metallteile in an sich bekannter Weise durch Wirbelströme vorgenommen, so daß die Erwärmung der Glühkathode während des Verdampfungsprozesses vermieden werden kann.In detail, the procedure can be carried out as follows: @: The Cathode core: is first fully assembled with the other electrodes. This system is then thorough, possibly in a special vacuum room pre-degassed. Then the light metal is added and. the system in the definitive Piston melted down, in which the light metal is then made to evaporate will. The light metal is useful; for example by welding, on, the anode or attached to an auxiliary anode inside the tube. The evaporation of the light metal takes place as soon as the anode or auxiliary anode has reached the required temperature is heated. The process is particularly easy when using tungsten wires, which contain thorium. The heating of the metal parts is particularly useful made in a manner known per se by eddy currents, so that the heating the hot cathode can be avoided during the evaporation process.

Es hat sich aber auch gezeigt, daß bereits eine große Zahl von Systemen in einen gemeinsamen Vorvakuumraum gebracht werden kann, in welchem das Leichtmetall unter Luftleere zur Verdampfung gebracht wird, nachdem eine gewisse Vorentgasung stattgefunden hat. Man kann dann die Systeme in die fertigen Kolben ohne weiteres einschmelzen, ohne daß die oberflächliche Oxydation der den Faden umgebenden Leichtmetallschicht die erhöhte Wirksamkeit ,der Kathode beeinträchtigt.But it has also been shown that a large number of systems can be brought into a common fore-vacuum space in which the light metal is brought to evaporation in a vacuum after a certain pre-degassing has taken place. The systems can then be incorporated into the finished piston without further ado melt without the superficial oxidation of the light metal layer surrounding the thread the increased effectiveness of the cathode impaired.

Besonders zweckmäßig ist es bei Verwendung von Glühkathoden, die Glühfäden erst durch entsprechende Heizung zum Glühen zu bringen, um sie von Gas zu befreien, sie aber während der Zerstäubung des Leichtmetalls kalt zu halten., damit sich auf ihnen eine Schicht des Leichtmetalls niederschlagen kann. Zweckmäßig werden die Systemteile selbst während der Zerstäubung des Leichtmetalls auf Glühtemperatur gehalten.It is particularly useful when using hot cathodes, the filaments to make them glow with appropriate heating in order to free them from gas, but to keep them cold during the atomization of the light metal they can deposit a layer of the light metal. The System parts even during the atomization of the light metal at the annealing temperature held.

Besonders geeignet zur Ausführung dieses Verfahrens ist ein Vorentgasungsofen, in welchem die bereits fertig auf den Glasfüßen montierten Systemteile von außen her elektrisch oder durch- Flammen erhitzt werden können. a Die Zerstäubung des Leichtmetalls erfolgt zweckmäßig in der Weise, daß eine gewisse Menge dieses Metalles durch Stromdurchleitung 'indem gewünschten Augenblick ztar Zerstäubung im Vakuum gebracht wird. Es wird also ein Stückchen Magnesiumdraht in dem Vakuumraum erhitzt, so daß dasselbe verdampft. Zweckmäßig wird der Magnesiumdraht zwischen Zuleitungsdrähten zu den Elektroden der Röhre selbst derart ausgespannt, daß er nach Wunsch jederzeit auf Glühtemperatur gebracht werden kann. Hat man beispielsweise eine Dreielektrodenröhre mit Glühkathode mit ihren vier Zuleitungen (zwei zum Glühfaden, j e eine zur Anode und zum Gitter), so schweißt man ein dünnes Stückchen Magnesiumdraht etwa zwischen die Zuleitungen von Gitter und Anode. Man kann dann die Röhre in der üblichen Weise durch Elektronenbombardement zum Glühen bringen, indem man Gitter und Anode außen miteinander verbindet und sie gegenüber dem Glühfaden auf eine hohe Spannung bringt. Sind dann die Systemteile entgast, so wird die leitende Verbindung zwischen Gitter und Anode aufgehoben, so daß als Brücke zwischen beiden nur noch das angeschweißte Magnesiumdrähtchen übrigbleibt. Legt man nun zwischen Anode und Gitter eine Spannung, so bringt der durch das verbindende Magnesiumdrähtchen fließende Strom dasselbe zum Verdampfen.A pre-degassing furnace is particularly suitable for carrying out this process, in which the system parts already assembled on the glass feet from the outside can be heated electrically or by flame. a The atomization of the Light metal is expediently carried out in such a way that a certain amount of this metal by passing current through the desired moment for atomization in a vacuum is brought. So there will be a piece of magnesium wire in it to the Heated vacuum space, so that the same evaporates. The magnesium wire is useful stretched between lead wires to the electrodes of the tube itself in such a way that that it can be brought to the annealing temperature at any time if desired. For example, you have a three-electrode tube with a hot cathode with its four leads (two to the filament, one to the anode and one to the grid), weld a thin piece of magnesium wire for example between the leads of the grid and anode. You can then put the tube in the usual way to glow by electron bombardment by making grids and anode connects to each other on the outside and they are at a high relative to the filament Brings excitement. If the system parts are then degassed, the conductive connection is established between the grid and the anode, so that there is only a bridge between the two the welded-on magnesium wire remains. If you now place between the anode and The grid creates tension, the flowing through the connecting magnesium wire brings about tension Stream the same to vaporize.

Dies ist die einfachste Lösung der Aufgabe, die Systemteile in der üblichen Weise zum Glühen zu bringen, ohne Gefahr zu laufen, daß das Magnesium zu einem unrechten Zeitpunkt verdampft.This is the simplest solution to the task, the system parts in the usual way to glow without running the risk of losing the magnesium evaporated at an inopportune time.

Insbesondere ermöglicht das letztbeschriebene Verfahren auch, .ein Niederschlagen der verdampfenden Magnesium- oder sonstigen Leichtmetallspuren auf den anderen Systemteilen zu verhüten, da die Abschaltung des Gitters von der Anode und das Durchschmelzen des Drähtchens erfolgen kann, bevor Anode und Gitter sich abgekühlt haben, während derGlühfadeninzwischen seine hoheTemperatur verloren hat. Auf diese Weise wird am einfachsten erreicht, daß der Leichtmetallniederschlag sich nur auf dem Glühfaden bildet.In particular, the last-described method also enables .ein Precipitation of the evaporating traces of magnesium or other light metal to prevent the other parts of the system from disconnecting the grid from the anode and the wire can be melted through before the anode and grid meet have cooled down while the filament has lost its high temperature in the meantime. This is the easiest way to ensure that the light metal precipitate is deposited only forms on the filament.

Es ist bekannt, daß die Oxyde von Barium, Strontium und Calcium besonders wirksame Elektronenquellen sind. In geringer Abänderung kann nun das eben geschilderte Verfahren so geleitet werden; daß die Oberfläche der Glühkathode mit einer gleichmäßigen Schicht von Calcium .oder Strontium überzogen wird. Es wird in ähnlicher Weise; wie beschrieben, entweder in einem Vorvakuumraum oder innerhalb der Röhre selbst eine Spur von Barium, Strontium oder Calcium zerstäubt, wodurch sich eine oberflächliche Schicht auf dem Glühfaden bildet. Bei dem Herausnehmen aus dem Vakuumraum oxydiert sich die Oberfläche der Kathode an der Luft oder in einer Sauerstoffatmosphäre, gegebenenfalls bei gelinder Erhitzung. Nimmt man die Zerstäubung innerhalb, der definitiven Röhre selbst vor, so kann man die Röhre an der Punnpe kurzzeitig mit Luft oder Sauerstoff füllen. _ Man -erhält auf - diese Weise Oberflächenschichten des Metalloxydes auf dem Faden, welche ganz gleichmäßig sind und die Emission erheblich steigern.It is known that the oxides of barium, strontium and calcium in particular are effective electron sources. What has just been described can now be modified slightly Proceedings are so directed; that the surface of the hot cathode with a uniform Layer of calcium or strontium is coated. It is done in a similar fashion; as described, either in a fore-vacuum space or within the tube itself a trace of barium, strontium or calcium is atomized, creating a superficial one Layer forms on the filament. Oxidized when removed from the vacuum chamber the surface of the cathode in air or in an oxygen atmosphere, possibly with gentle heating. If you take the atomization inside that definite tube itself, so you can briefly connect the tube to the Punnpe Fill with air or oxygen. _ You - get - in this way surface layers of the metal oxide on the thread, which are quite uniform and the emission is considerable increase.

In ähnlicher Weise, wie beschrieben, kann man auch ein Gemisch dieser Oxvde herstellen, indem man nacheinander oder gleichzeitig etwas Strontium und Calcium unter Vakuum verdampfen läßt.In a similar way as described, you can also use a mixture of these Prepare Oxvde by adding some strontium and calcium one after the other or at the same time evaporated under vacuum.

Das letztbeschriebene Verfahren zur Herstellung von Oxydkathoden hat den großen Vorzug, daß die Oxydschicht erst. aufgebracht wird, nachdem das ganze System bereits fertig montiert ist. Dies ist eine Aufgabe, die bisher überhaupt noch nicht gelöst werden konnte.The last-described process for the manufacture of oxide cathodes has the great advantage that the oxide layer is only applied after the whole thing System is already fully assembled. This is a job at all so far could not yet be resolved.

In ähnlicher Weise wie die hier beschriebene Metallgruppen lassen sich übrigens auch alle anderen hochemissionsfähigen Metalle verwenden, insbesondere auch- das Metall Lithium. Ferner hat sich als besonders günstig für die Durchführung des Verfahrens herausgestellt, die Metalle nicht in ihrer gewöhnlichen technischen Form zu verwenden, sondern in vakuumgeschmolzenem Zustande, so daß Gaseinschlüsse in den Metallen möglichst vermieden sind. Verwendet man solche gasfreien Metalle bei der Verdampfung, so wird das Vakuum in der Röhre nicht nur nicht verschlechtert, sondern sogar ganz erheblich verbessert. Statt vakuumgeschmolzenes Material zu verwenden, kann man auch das zu verdampfende Metall vor der Verdampfung sorgfältig entgasen, indem man es zweckmäßig während des übrigen Pumpvorganges in der Röhre durch allmähliches Erhitzen langsam entgast.In a similar fashion to the metal groups described here Incidentally, all other high-emission metals can also be used, in particular also- the metal lithium. It has also proven to be particularly beneficial for implementation of the process revealed the metals are not in their ordinary technical Form to use, but in a vacuum-melted state, so that gas inclusions in the metals are avoided as far as possible. If you use such gas-free metals during evaporation, the vacuum in the tube is not only not worsened, but actually improved quite considerably. Instead of using vacuum melted material, the metal to be evaporated can also be carefully degassed before evaporation, by gradually moving it in the tube during the rest of the pumping process Heating slowly degassed.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of discharge vessels with high-emission incandescent cathodes with a high-emission light metal underneath Vacuum is evaporated on the cathode core and subsequently oxidized, thereby characterized in that a cathode core with the other electrodes together on one Fully assembled glass base, the light metal to be evaporated, such as B. barium attached to the electrodes or their leads, this system into the discharge vessel used and the cathode core after evacuation of the vessel by vapor deposition of the Light metal and oxidize this light metal with a uniform, firmly adhering Coating; is provided. 4. The method according to claim i, characterized marked, that the high emission light metal at the anode or at an auxiliary anode is attached and the evaporation takes place while the @@ system parts are in the glow condition b & 'find. 3. The method according to claim i, characterized in that the highly emissive Light metal attached between power supply lines already present in the system and is evaporated after the system parts have been completely degassed. Procedure according to the Claims i to 3, characterized in that the cathode during the sputtering of the light metal is kept at a lower temperature than the rest System parts. Process according to claims i 'to q., Characterized in that during or for the purpose of evaporation of the light metal, annealing of the rest System parts made by eddy current heating. 6. The method according to the claims i to 5, characterized in - that the cathode heating current during the vapor deposition of the light metal is switched off. 7. The method according to claims i to fr, characterized in that the electrode system prior to attachment of the to be evaporated Light metal is degassed. B. The method according to claims i to 7, characterized in that that the light metal to be evaporated before being introduced into the discharge vessel is subjected to such heat treatment; that there is no or as little as possible Has gas inclusions. Method according to claims i :: to 8, characterized in that that the light metal to be evaporated before being installed in the discharge vessel Is subjected to vacuum melting. ok Process according to claims i to 8, characterized characterized in that the light metal used before its atomization is pre-degassed in the discharge vessel itself. i i. Method according to the claims i to io, characterized in that a cathode core at operating temperature non-active, preferably thorium-containing tungsten wire is used. 1.

2. Procedure according to claims i to i i, characterized in that instead of a light metal a plurality of: those in the fully assembled tube simultaneously or one after the other is made to evaporate. 13. Modification of the method according to the claims i to 12, characterized in that the fully assembled system (or several Systems at the same time) degassed in a fore-vacuum chamber and the carrier thread by evaporation is covered with a layer of the light metal, which when the system is removed from the fore-vacuum space in air or oxygen, if necessary with gentle heating, is superficially oxidized, whereupon the system melted into the tubular flask and is evacuated.