DE1039140B - Process for the production of supply cathodes - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
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- H01J1/28—Dispenser-type cathodes, e.g. L-cathode
Landscapes
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
- Microwave Tubes (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Vorratskathoden mit langer Lebensdauer für Ultrakurzwellenröhren.The invention relates to a method for producing supply cathodes with a long service life for ultra-short wave tubes.
Hochleistungs-Ultrakurzwellenröhren müssen mit Kathoden versehen sein, die hohe Stromdichten abgeben können und eine genügend große Lebensdauer haben.High-performance ultra-short wave tubes must be provided with cathodes that emit high current densities can and have a sufficiently long lifespan.
Viele Kathodenarten sind zu diesem Zweck vorgeschlagen worden. Insbesondere hat eine Art, nämlich die Oxydkathode, bei impulsbetriebenen Röhren sehr gute Ergebnisse gezeitigt.Many types of cathodes have been proposed for this purpose. In particular, has one type, viz the oxide cathode, has shown very good results with impulse-operated tubes.
Diese Kathoden bestehen gewöhnlich aus einer metallischen Unterlage, auf der ein emittierendes Material angebracht ist, das im wesentlichen aus Erdalkalioxyd oder Thoriumoxyd besteht. Das aktive Element dieser Kathoden wird durch das Überschußmetall des Oxyds gebildet.These cathodes usually consist of a metallic base on which an emitting material is placed is attached, which consists essentially of alkaline earth oxide or thorium oxide. The active one The element of these cathodes is formed by the excess metal of the oxide.
Jedoch haben solche Kathoden die folgenden Nachteile: Erstens, und zwar insbesondere bei Erdalkalioxydkathoden, können sie nur bei Impulsbetrieb hohe Stromdichten abgeben.However, such cathodes have the following disadvantages: First, in particular with alkaline earth oxide cathodes, they can only emit high current densities in pulsed operation.
Ferner sind sie sehr empfindlich gegen Gasvergiftungen, d. h. gegen Ionenbeschuß, der von der Ionisierung der in der Röhre befindlichen Restgase durch die Elektronen herrührt. Ferner kann das aktive Metall durch chemische Reaktion mit den von den Elektroden der Röhre adsorbierten Gasen zerstört werden, wenn die Gase durch den Elektronenbeschuß in Freiheit gesetzt werden.Furthermore, they are very sensitive to gas poisoning; H. against ion bombardment caused by ionization the residual gases in the tube caused by the electrons. Furthermore, the active metal destroyed by chemical reaction with the gases adsorbed by the electrodes of the tube, if the gases are set free by the electron bombardment.
Barium sowohl wie auch Bariumoxyd neigen ferner dazu, im Vakuum zu verdampfen, und dies trägt natürlich zur Begrenzung der Lebensdauer der Kathode bei.Barium, as well as barium oxide, also tend to evaporate in vacuo, and this of course wears off to limit the service life of the cathode.
Schließlich sind diese Kathoden empfindlich gegen Spratzen. Hierdurch werden die Oxydkörner zerstört, die einen hohen elektrischen Widerstand haben und an der Oberfläche der Glühkathode vorhanden sind.After all, these cathodes are sensitive to spattering. This destroys the oxide grains, which have a high electrical resistance and are present on the surface of the hot cathode.
Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Kathode, bei der diese Nachteile vermieden sind und die Lebensdauer wesentlich erhöht ist.An object of the invention is to provide a cathode in which these disadvantages are avoided and which Service life is significantly increased.
Das Verfahren zur Herstellung einer Vorratskathode für Hochleistungs-Ultrakurzwellenröhren mit
einer ebenen elektronenemittierenden Oberfläche und Mitteln zur Vergrößerung der Oberfläche des metallischen Kathodenträgers ist nach der Erfindung durch
folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet: Ordnung und Ausrichtung einer Mehrzahl zylindrischer Metallröhrchen,
deren Länge von der Größenordnung des Durchmessers ist, derart, daß sie gleichachsig nebeneinanderliegend
sich berühren und daß ihre einen Enden in einer Ebene liegen; Einführung dieser Röhrchen in einem nach einer Seite hin offenen Behälter,
derart, daß ihre Achsen senkrecht zur späteren Kathodenoberfläche liegen; Befestigung der Röhrchen
Verfahren zur Herstellung
von VorratskathodenThe method for producing a supply cathode for high-performance ultra-short wave tubes with a flat electron-emitting surface and means for enlarging the surface of the metallic cathode support is characterized according to the invention by the following method steps: order and alignment of a plurality of cylindrical metal tubes, the length of which is of the order of magnitude of the diameter, in such a way that they touch one another lying coaxially next to one another and that their one ends lie in one plane; Insertion of these tubes in a container open on one side, in such a way that their axes are perpendicular to the subsequent cathode surface; Attachment of the tubes Method of manufacture
of supply cathodes
Anmelder:Applicant:
Compagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, ParisCompagnie Generale de Telegraphie
sans FiI, Paris
Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 3 aRepresentative: Dipl.-Ing. E. Prinz, patent attorney,
Munich-Pasing, Bodenseestr. 3 a
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 2. April 1953Claimed priority:
France from April 2, 1953
Harry Huber, Paris,
ist als Erfinder genannt wordenHarry Huber, Paris,
has been named as the inventor
aneinander sowie an dem Behälter; Füllung des Ganzen mit einer elektronenemittierenden Substanz, so daß die Abschlußfläche der Metallröhrchen gleichzeitig die elektronenemittierende Oberfläche der Kathode darstellt.to each other and to the container; Filling the whole thing with an electron-emitting substance, like that that the end surface of the metal tube is also the electron-emitting surface of the cathode represents.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. Hierin zeigtFurther details of the invention emerge from the following description with reference to the Drawing. Herein shows
Fig. 1 eine nach dem Verfahren hergestellte Kathode, 1 shows a cathode produced by the method,
Fig. 2 und 3 schematische Zeichnungen zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens der in Fig. 1 dargestellten Kathode,FIGS. 2 and 3 are schematic drawings for explaining the manufacturing process for the one shown in FIG Cathode,
Fig. 4 eine andere Ausführungsform einer nach dem Verfahren hergestellten Kathode,4 shows another embodiment of a cathode produced according to the method,
Fig. 4 a eine Teilansicht von Fig. 4,FIG. 4 a is a partial view of FIG. 4,
Fig. 5 eine schematische Ansicht eines in der Kathode verwendeten Röhrchens und5 is a schematic view of a tube used in the cathode and FIG
Fig. 6 eine Stirnansicht der Kathode unter Verwendung mehrerer Röhrchen nach Fig. 5,6 shows an end view of the cathode using a plurality of tubes according to FIG. 5;
In Fig. 1 sind identische Röhrchen 1 dargestellt, die beispielsweise aus Nickel sein können. Diese Röhrchen haben eine dünne Wand in der Größenordnung von Vioo mm und eine Höhe zwischen 0,5 mm und mehreren Millimetern. Ihre Höhe ist mindestens gleich ihrem Innendurchmesser. Die Röhrchen 1 sind in einem rechteckigen Behälter aus Nickel- oder Molybdänblechen mit Seitenwänden 2 und einem Boden 4 untergebracht. Die Röhrchen 1 berühren einander und sind so angeordnet, daß sie möglichst wenig Raum einnehmen. Die Höhe der Wände 2, vom Boden 4 aus gerechnet, ist gleich der Länge der Röhrchen. DieIn Fig. 1 identical tubes 1 are shown, which can be made of nickel, for example. These tubes have a thin wall of the order of Vioo mm and a height between 0.5 mm and several Millimeters. Their height is at least equal to their inner diameter. The tubes 1 are in a rectangular container made of nickel or molybdenum sheets with side walls 2 and a bottom 4 housed. The tubes 1 touch each other and are arranged so that they have as little space as possible take in. The height of the walls 2, calculated from the bottom 4, is equal to the length of the tubes. the
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Röhrchen 1 und die Zwischenräume zwischen ihnen sind bis zum oberen Rand mit einem emissionsfähigen Material 7 gefüllt. Dieses Material besteht beispielsweise aus einer Mischung von Erdalkalicarbonaten.Tubes 1 and the spaces between them are up to the top with an emissive Material 7 filled. This material consists, for example, of a mixture of alkaline earth carbonates.
Der Heizfaden 5 der Kathode befindet sich unterhalb des Bodens 4 und in unmittelbarer Berührung mit dem letzteren. Dieser Heizfaden ruht auf einer Unterlage 6.The filament 5 of the cathode is located below the base 4 and in direct contact with the latter. This filament rests on a base 6.
Die Fläche der emittierenden Oberfläche setzt sich im wesentlichen aus den Endflächen der Zylinder und aus den Flächen der zwischen den Zylinderenden befindlichen krummlinigen Dreiecke zusammen.The area of the emitting surface is essentially made up of the end surfaces of the cylinders and from the areas of the curvilinear triangles located between the cylinder ends.
Wenn re und r,· der äußere und der innere Radius dieser Röhren sind und wenn man beispielsweise rf = 0.3 mm und r, = 0,25 mm annimmt, kann man leicht finden, daß die emittierende Oberfläche, welche gleich der Summen der Flächen der freien Räume in den Röhrchen und der Zwischenräume zwischen ihnen ist, in der Größenordnung von 7O°/o der Gesamtfläche der Kathode liegt.If r e and r, · are the outer and inner radius of these tubes and if one assumes, for example, r f = 0.3 mm and r i = 0.25 mm, one can easily find that the emitting surface, which is equal to the sums of the The area of the free spaces in the tubes and the spaces between them is of the order of 70% of the total area of the cathode.
Es ist hieraus ersichtlich, daß der Verlust an emittierender Fläche, der durch die Gesamtfläche der Ränder der metallischen Wände der Röhrchen 1 dargestellt wird, nur klein ist. Ferner wurde festgestellt, daß diese Metall ränder auch noch zur Elektronenemission beitragen.It can be seen from this that the loss of emitting area caused by the total area of the edges the metallic walls of the tube 1 is shown, is only small. It was also found that these metal edges also contribute to electron emission.
Die Berührungsfläche zwischen dem Oxyd und der Innenwand des Röhrchens, d. h. die Seitenfläche dieser Wand, ist offenbar mehr als doppelt so groß wie die Oberfläche der Endflächen. Nun geht längs dieser Berührungsfläche die Reduktion des Bariumoxyds oder eines anderen Oxyds durch das Metall des Röhrchens vor sich. Es ergibt sich also eine verbesserte Erzeugung des aktiven emittierenden Elements.The interface between the oxide and the inner wall of the tube, i.e. H. the side face of this Wall, is apparently more than twice the surface area of the end faces. Now go along this contact area the reduction of barium oxide or some other oxide by the metal of the tube in front of you. This therefore results in an improved production of the active emitting element.
Fig. 2 zeigt schematisch, wie die Röhrchen in regelmäßiger Anordnung gestapelt werden können, wenn sie aus Xickel bestehen. Die Röhrchen 1 werden in eine rechteckige Plexiglasschachtel 20 geworfen. Eine der Abmessungen dieser Schachtel ist um ein geringes größer als die Länge der Röhrchen. Diese Schachtel wird zwischen die Pole eines Magneten gebracht, der ein gleichförmiges magnetisches Feld erzeugt, und so gerichtet, daß die erwähnte Abmessung parallel zu diesem Feld steht. Die Röhrchen nehmen deshalb dieselbe Stellung ein, d. h., sie sind parallel zu diesem Feld, wobei ihre Grundflächen auf einer Seitenwand der Schachtel ruhen, welche in leichte Schüttelbewegung versetzt wird. Die Schachtel wird dann von dem Magneten entfernt und so aufgestellt, daß die Achsen der Röhrchen vertikal sind (Fig. 3). Eine Seitenwand der Schachtel wird nun entfernt und die erforderliche Anzahl von Röhrchen in einem Arbeitsgang mit der Hilfe einer Zange entfernt.Fig. 2 shows schematically how the tubes in regular Arrangement can be stacked if they are made of Xickel. The tubes 1 are in a rectangular plexiglass box 20 thrown. One of the dimensions of this box is a small one larger than the length of the tube. This box is placed between the poles of a magnet that generated a uniform magnetic field, and directed so that the dimension mentioned parallel to this field stands. The tubes therefore occupy the same position, i.e. i.e., they are parallel to this Field, with its base resting on a side wall of the box, which is shaking gently is moved. The box is then removed from the magnet and positioned so that the axes the tubes are vertical (Fig. 3). One side wall of the box is now removed and the required Number of tubes removed in one operation with the aid of pliers.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Röhrchen in der Schachtel von Fig. 1 zu befestigen.There are several ways to secure the tubes in the box of FIG.
1. Durch Erhitzung des Ganzen in einem Vakuum oder einer Wasserstoffatmosphäre bei einer solchen Temperatur, daß die Röhrchen aneinander und an der Schachtel festhaften (1050° C für Nickel).1. By heating the whole in a vacuum or a hydrogen atmosphere in such Temperature at which the tubes stick to each other and to the box (1050 ° C for nickel).
2. Durch Aufbringung eines Überzugs aus Nickelpulverpaste auf dem Boden 4 der Schachtel, Anbringung der Nickelröhrchen und Sinterung des Ganzen.2. By applying a coating of nickel powder paste to the bottom 4 of the box, attachment the nickel tubes and sintering the whole.
3. Durch Anbringung einer dünnen Metallschicht auf der Außenfläche der Röhrchen und auf dem Boden 4 der Schachtel mittels eines Pinsels, mit Elektrolyse oder Aufdampfung. Die Metallschicht kann aus Kupfer, einer Platin-Silber-Legierung oder einer Kupfer-Nickel-Legierung bestehen. Das Ganze wird im Vakuum bei folgenden Temperaturen gelötet: 1080° C (Kupfer), 1160c C (Platin-Silber-Legierung), 12050C (Kupfer-Nickel-Legierung). 3. By applying a thin metal layer on the outer surface of the tubes and on the bottom 4 of the box by means of a brush, with electrolysis or vapor deposition. The metal layer can consist of copper, a platinum-silver alloy or a copper-nickel alloy. The whole is soldered in a vacuum at temperatures above 1080 ° C (copper), 1160 c C (platinum-silver alloy), 1205 0 C (copper-nickel alloy).
Nachdem die Röhrchen so an ihrer Stelle befestigt sind, wird ein Heizelement 5 zwischen dem Boden 4 und der Unterlage 6 (Fig. 1) eingeführt, und alle Zwischenräume werden mit einem trockenen Pulver oder einer viskosen Paste aus Erdalkalicarbonaten, beispielsweise Barium- und Strontiumcarbonat, bis zu den Rändern der Röhrchen mit Hilfe eines Löffelwerkzeugs ausgefüllt.After the tubes are thus secured in place, a heating element 5 is placed between the bottom 4 and the pad 6 (Fig. 1) inserted, and all spaces are covered with a dry powder or a viscous paste of alkaline earth carbonates, for example barium and strontium carbonate, up to the edges of the tubes with the help of a spoon tool.
Nach dem Trocknen kann ferner eine dünne Carbonatschicht oder eine Mischung aus Carbonat und Metallpulver bis zu einer Dicke von 10 Mikron angebracht werden. Diese Schicht gestattet eine Herabsetzung des Verlustes an darunterliegendem emittierendem Material durch Verdampfung. After drying, a thin layer of carbonate or a mixture of carbonate and metal powder can also be used can be applied to a thickness of 10 microns. This layer allows degradation the loss of underlying emissive material through evaporation.
Die so vorbereitete Kathode wird in der Elektronenröhre langsam aufgeheizt, um die Carbonate in Oxyde überzuführen. Das Kohlendioxyd entweicht durch die Poren der emittierenden Oberfläche. Die Temperatur wird auf etwa 1100° C gesteigert. Wenn die Umwandlung beendet ist, emittiert die Kathode Elektronen. Die Temperatur wird hierauf allmählich auf 900 oder 850° C abgesenkt. Nach einer gewissen Stabilisierungszeit ist die Kathode zur Verwendung bereit.The cathode prepared in this way is slowly heated in the electron tube to convert the carbonates into To transfer oxides. The carbon dioxide escapes through the pores of the emitting surface. the The temperature is increased to around 1100 ° C. When the conversion is finished, the cathode emits Electrons. The temperature is then gradually lowered to 900 or 850 ° C. After a certain Stabilization time, the cathode is ready for use.
Fig. 4 zeigt eine Abänderung der in Fig. 1 gezeigten Kathode. In dieser Figur ruhen die Röhrchen auf der freien Oberfläche eines Vorrats an emittierendem Material 7, der seinerseits auf dem Boden 4 der Schachtel angeordnet ist. Dieser Vorrat ist eine zusätzliche Quelle des aktiven Elements. Das Element kann thermisch durch die in den Röhrchen enthaltenen Oxyde hindurchdiffundieren. Bei einer solchen Kathode ist es vorteilhaft, dünne Drähte 9 (Fig. 4 a) in die Zwischenräume zwischen den Röhrchen einzuführen. Auf diese Weise werden schmale Kapillarwege 10 erzeugt, durch die das aktive Element an die Oberfläche diffundieren kann.FIG. 4 shows a modification of the cathode shown in FIG. In this figure the tubes rest on the free surface of a supply of emissive material 7, which in turn on the bottom 4 of the Box is arranged. This supply is an additional source of the active element. The element can thermally diffuse through the oxides contained in the tubes. With such a cathode it is advantageous to introduce thin wires 9 (Fig. 4 a) into the spaces between the tubes. In this way, narrow capillary paths 10 are created through which the active element to the Surface can diffuse.
Die Kathode nach Fig. 4 a vereinigt die Vorteile der Kathoden nach Fig. 1 mit den \'orteilen der Kathoden, bei denen emittierendes Material hinter einer porösen Wand eingeschlossen ist, beispielsweise einer L-Kathode.The cathode according to FIG. 4 a combines the advantages of the cathodes according to FIG. 1 with the advantages of the cathodes, where emissive material is enclosed behind a porous wall, for example one L cathode.
Man kann leicht sehen, daß diese Drähte dem emittierenden Material eine vollkommen definierte und reproduzierbare Porosität erteilen, was einen Vorteil gegenüber der L-Kathode bedeutet.One can easily see that these wires give the emitting material a perfectly defined and Grant reproducible porosity, which means an advantage over the L-cathode.
In Fig. 5 und 6 sind verschiedene Stufen eines anderen Verfahrens zur Herstellung der Kathode dargestellt. In Figs. 5 and 6, different stages are different from one another Process for the manufacture of the cathode shown.
In Fig. 5 sind lange Nickelröhren dargestellt, die mit Kernen 8, beispielsweise aus Aluminium, versehen sind. Diese Röhren werden bündelartig zusammengefaßt. Das Bündel wird in eine zylindrische Nickelröhre 2 (Fig. 6) eingeführt. Das Ganze wird in eine Ziehpresse gebracht, die die Röhren in dichte Berührung bringt. Das Röhrenbündel wird dann in Abschnitte der erforderlichen Länge geteilt.In Fig. 5 long nickel tubes are shown, which are provided with cores 8, for example made of aluminum are. These tubes are combined in bundles. The bundle turns into a cylindrical Nickel tube 2 (Fig. 6) inserted. The whole thing is placed in a drawing press which tightly touches the tubes brings. The tube bundle is then cut into sections of the required length.
Die Aluminiumkerne werden hierauf in Ätznatron aufgelöst. Auf diese Weise erhält man eine wabenartige Struktur mit einer Reihe von Hohlräumen, die mit emittierendem Material ausgefüllt werden. Das Ganze kann im Vakuum mit einem Haltezylinder verlötet werden. Die Kathode ist dann zur Verwendung bereit.The aluminum cores are then dissolved in caustic soda. In this way you get a honeycomb-like Structure with a series of cavities that are filled with emissive material. That The whole thing can be soldered to a holding cylinder in a vacuum. The cathode is then ready for use ready.
Bei diesem Verfahren können auch Röhren aus Tantal verwendet werden, die dann mit Nickel- oder Eisenkernen versehen sind. Diese Kerne werden nach-In this process, tubes made of tantalum can also be used, which are then coated with nickel or Iron cores are provided. These cores are
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