Glühkathode. Die Erfindung bezieht sich auf eine Glühkathode mit hochemittierender Schicht und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Zweck der Erfindung ist die Herstellung und Verwendung einer Kathode mit hoher Emis sionsfähigkeit bei Betriebstemperaturen, die beträchtlich unterhalb der Temperatur lie gen, bei der Verdampfung der aktiven Sub stanz eintritt, so dass sie auch hei Verwen dung in Röhren für grosse Stromstärken eine lange Lebensdauer aufweist.
Es ist bekannt, Glühkathoden mit Oxy den der Erd'alkalimetalle zu überziehen oder sonstwie in Verbindung zu bringen zu dem Zweek, ihre Elektronenemission zu erhöhen. Dabei hat man die Kathoden bei Tempera turen benutzt, bei denen diese Oxyde noch chemisch stabil sind.
Es hat sich nun gezeigt,, dass bei der Er hitzung von Glühkathoden, die mit Verbin dungen der Erdalkalimetalle überzogen sind, auf eine genügend hohe Temperatur offen bar durch eine chemische Umwandlung eilte Masse entsteht von noch höherer Emissions- fähigkeit als die der Oxyde. Diese Masse hat metallisches, Aussehen und es scheint, als wenn sie aus einer dünnen .Schicht einer Le gierung oder Verbindung der Grundsubstanz der Kathode und Bestandteilen des Überzu ges besteht.
Die Erfindung soll anhand der Zeich nung, in der zwei Anwendungsmöglichkei ten eines Ausführungsbeispieles der Glüh- kathode dargestellt sind, näher erläutert wer den. Wie aus Abb. 1 und 3 zu ersehen ist, besteht die Kathode aus einem Metallblech, zum Beispiel aus Nickel oder seinen Legie rungen (einschliesslich Manelmeta11), Eisen. Molybdän, Wolfram oder Platin, dass in Form eines Zylinders 1 zusammengebogen ist.
Die E'missio,nsschicht besteht aus einem durch- scheinenden Überzug von Erdalkali-Verhin- dungen auf diesem Trägermetall. Die En den des Bleches sind bei 2 zusammenge schweisst und an einen Draht 3 angeschweisst oder sonstwie mit ihm verbundeng der sei- nerseits an dem Einführungsdraht 4 be festigt isst. Eine Heizspirale aus Wäifram,
Tantal oder einem andern hitzebeständigen Metall ist in dem Nickelzylinder 1 ange ordnet und an die Leiter 4 und 6 ange- schweisst. Diese Leiter, sind wie üblich in den Fuss 7 der Röhre 8 eingeschmolzen. Die Anode 9, die von der Anodenzuleitung 10 gehalten wird, vervollständigt die Röhre.
Zur Herstellung der Kathode kann. fol gendermassen vorgegangen werden: Der Zy linder 1, der vorzugsweise aus Nickel be steht, wird mit einer Schicht einer Erdalkäli- verbindung, zum Beispiel Bariumcarbonat, bedeckt; statt dessen kann auch eine Stron- tium- oder Calciumverbindimg benutzt- wer den.
Für einige der Trägermetalle eignet sich auch eine Mischung .der TJberzugsmasse, zum Beispiel Barium- und .Strontiumcarbonat. Das Nickel oder ein anderes Trägermetall wird in eine Lösung von Ba.riumcarbona!t getaucht, oder das Carbonat wirf in Form einer wässerigen Lösung aufgestrichen, vor zugsweise unter Benutzung eines Bindemit tels.
Alls solches kann beispielsweise leine Celluloseverbindung, die in einem geeig neten L5sungsmtittel;' zum Beispiel Amyl- acetät gelöst ist, benutzt werden. Augen scheinlich \üben die Kohdenstoffrückstäinde der Ceblulose einen sehr günstigen Einfluss auf die Bildung der Emissionsschicht aus.
Der Kathodenzylinder wird dann mit sei nem Heizkörper in der Röhre 8 unterge bracht, die durch das Rohr 11 ausgepumpt wird. Sobald ein, gutes Vakuum erreicht ist, wird die Temperatur der Kathode schritt weise gesteigert bis zu einer Temperatur, die erheblich über<B>1000'</B> liegt, ohne dabei den Pumpvorgang zu unterbrechen.
Dabei wird von der Kathode Gas abgegeben, dass offen bar zum grössten Teil aus, Kohlendioxyd be steht, da das Carbonat in das Oxyd zer fällt. Sobald- die Temperatur der Kathoden masse etwa<B>1050'</B> übersteigt, tritt eine Än derung an der Oberfläche des Überzuges ein.
Die Temperatur wird am besten so hoch ge trieben wie es möglich ist, ohne dass das Nickel schmilzt. Es verschwindet dann die weisse, charakteristische Oxykruste und die Oberfläche des Nickels wird durchscheinend und erhält metallisches Aussehen.
Die Röhre wird nun durch den Hahn; 12: von der Pumpe abgeschlossen und kann durch ein Rohr 1 3 mit einem gewünschten Gas, . zum Beispiel Argon, Neon,, Wasserstoff oder dergleichen, gefüllt werden, oder es kann etwas Queck silber, wie bei 14 angedeutet, zur Erzeugung eines ionisierbaren Dampfes mit oder ohne Zusatz anderer Gase vorgesehen sein. Die Röhre wird dann bei 15 abgeschmolzen.
Die Wärmebehandlung kann statt im Vakuum auch in einer Wasserstoff-, Argon- oder Stickstoffatmosphäre vorgenommen wer den, zum Beispiel kann man eine überzogene Kathode in Wasserstoff etwa 10 Minuten lang auf etwa 1200' erhitzen und sie dann in Wasserstoff abkühlen lassen.
Sind die Elektroden in einer Gasatmos phäre aktiviert, so sind sie hinterher zweck mässigerweise noch einer Wärmebehandlung im Vakuum zu unterwerfen, damit sie ent gast werden.
Nach ihrer Formierung wird,die Kathode bei einer Temperatur betrieben, die erheblich unterhalb der Formierungstemperatur liegt, also etwa bei<B>1000',</B> und zeigt dann dabei eine lange Lebensdauer.
Die Anordnung in Abb. 2 stellt einen Doppelweggleichrichter mit zwei Anoden 16 und 17 dar und mit einer Kathode 18, die gemäss der Erfindung hergestellt ist. Die Röhre 19 kann evakuiert sein oder nur Quecksilberdampf, wie in Abb. 1 dargestellt, enthalten., oder ein neutrales Gas, zum Bei spiel Argon. Die Anodenzuleitungen 20 und 21 und Kathodenzuleitungen 22 und 2'3 siud in die Röhrenwand eingeschmolzen und au ssen mit den üblichen Kontaktstiften ver sehen.
Abb. 4 zeigt eine gemäss der Erfindung hergestellte Kathode, die während des Betrie bes mit einem Schirm 25 versehen ist. Ein solcher- Schutzschirm ist besonders vorteil haft bei Gleichrichtern mit mehreren Anoden 1,6 und 17. - Der Schirm 2'5 kann mit der Kathode durch einen eingeschmolzenen iLeiter 26 verbun den sein, kann aber auch gegebenenfalls von der Kathode isoliert sein. Der .Schirm ver hindert das Niederschlagen von losgelcsten Anodenteilchen auf der Anode.
Dies ist be sonders wichtig bei Verwendung der Anoden 16 und 17 zur Doppelweggleichrichtung. In diesem Falle ist nämlich eine der Anoden während des Betriebes abwechselnd auf einem höheren negativen Potential als die Kathode.
Die gemäss der Erfindung hergestellten Kathoden besitzen eine Oberflächenschicht grosser Emissionsfähigkeit, die an dem Trä germetall fest haftet und fest mit ihm vor. Bunden ist, so dass sie nicht abblättert und im Betrieb grosse Gleichförmigkeit zeigt.
Das Verhalten der Kathoden lässt die Ver mutung zu, dass die elektronenemittierende Oberflächenschicht aus einer Legierung oder komplexen Verbindung des Trägermetalles mit einem Zerfallprodukt des Überzugsma- terials besteht.
Hot cathode. The invention relates to a hot cathode with a highly emissive layer and a method for its production. The purpose of the invention is to produce and use a cathode with high emissivity at operating temperatures that lie considerably below the temperature at which the active substance evaporates, so that it has a long service life even when used in tubes for large currents .
It is known to coat hot cathodes with oxy of the alkaline earth metals or to bring them into connection in some other way for the purpose of increasing their electron emission. The cathodes were used at temperatures at which these oxides are still chemically stable.
It has now been shown that when hot cathodes, which are coated with compounds of alkaline earth metals, are heated to a sufficiently high temperature, a chemical conversion evidently produces mass of even higher emissivity than that of oxides. This mass has a metallic appearance and it appears as if it consists of a thin layer of an alloy or a compound of the basic substance of the cathode and components of the coating.
The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing in which two possible applications of an embodiment of the glow cathode are shown. As can be seen from Fig. 1 and 3, the cathode consists of a metal sheet, for example nickel or its alloys (including Manelmeta11), iron. Molybdenum, tungsten or platinum that is bent together in the shape of a cylinder 1.
The emissio, nsschicht consists of a translucent coating of alkaline earth barriers on this carrier metal. The ends of the sheet are welded together at 2 and welded to a wire 3 or otherwise connected to it, which in turn is attached to the insertion wire 4. A heating coil made of Wäifram,
Tantalum or some other heat-resistant metal is arranged in the nickel cylinder 1 and welded to the conductors 4 and 6. These conductors are fused into the foot 7 of the tube 8 as usual. The anode 9, which is held by the anode lead 10, completes the tube.
To manufacture the cathode can. proceed as follows: the cylinder 1, which is preferably made of nickel, is covered with a layer of an alkaline earth compound, for example barium carbonate; instead, a strontium or calcium compound can also be used.
A mixture of the coating mass, for example barium and strontium carbonate, is also suitable for some of the carrier metals. The nickel or another carrier metal is dipped into a solution of aluminum carbonate, or the carbonate is painted on in the form of an aqueous solution, preferably using a binder.
All such can, for example, a cellulose compound in a suitable solvent; for example amyl acetate is dissolved, can be used. Apparently the carbon residues of the ceblulose exert a very favorable influence on the formation of the emission layer.
The cathode cylinder is then housed with its heating element in the tube 8, which is pumped out through the tube 11. As soon as a good vacuum is achieved, the temperature of the cathode is increased step by step up to a temperature which is considerably above <B> 1000 '</B> without interrupting the pumping process.
The cathode emits gas that is for the most part made up of carbon dioxide, since the carbonate falls into the oxide. As soon as the temperature of the cathode mass exceeds about <B> 1050 '</B>, a change occurs on the surface of the coating.
The temperature is best driven as high as possible without the nickel melting. The white, characteristic oxy crust then disappears and the surface of the nickel becomes translucent and takes on a metallic appearance.
The tube is now through the tap; 12: closed off by the pump and can through a pipe 1 3 with a desired gas,. for example argon, neon, hydrogen or the like, or some mercury, as indicated at 14, can be provided for generating an ionizable vapor with or without the addition of other gases. The tube is then melted off at 15.
The heat treatment can also be carried out in a hydrogen, argon or nitrogen atmosphere instead of in a vacuum, for example a coated cathode can be heated in hydrogen to about 1200 'for about 10 minutes and then allowed to cool in hydrogen.
If the electrodes are activated in a gas atmosphere, it is expedient to subject them to a heat treatment in a vacuum afterwards so that they are degassed.
After its formation, the cathode is operated at a temperature which is considerably below the formation temperature, that is to say around <B> 1000 ', </B> and then has a long service life.
The arrangement in Fig. 2 represents a full wave rectifier with two anodes 16 and 17 and with a cathode 18 made according to the invention. The tube 19 can be evacuated or only contain mercury vapor, as shown in Fig. 1, or a neutral gas, for example argon. The anode leads 20 and 21 and cathode leads 22 and 2'3 are melted into the tube wall and see outside with the usual contact pins.
Fig. 4 shows a cathode manufactured according to the invention, which is provided with a screen 25 during operation. Such a protective screen is particularly advantageous in the case of rectifiers with several anodes 1, 6 and 17. The screen 2'5 can be connected to the cathode by a fused-in conductor 26, but can also be insulated from the cathode, if necessary. The screen prevents detached anode particles from precipitating on the anode.
This is particularly important when using the anodes 16 and 17 for full wave rectification. In this case one of the anodes is alternately at a higher negative potential than the cathode during operation.
The cathodes produced according to the invention have a surface layer of great emissivity, which adheres firmly to the carrier metal and firmly with it. Is bound so that it does not peel off and shows great uniformity in operation.
The behavior of the cathodes suggests that the electron-emitting surface layer consists of an alloy or a complex compound of the carrier metal with a decomposition product of the coating material.