DE1130070B - Kathode fuer Gas- und/oder Dampfentladungslampen und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Kathode fuer Gas- und/oder Dampfentladungslampen und Verfahren zu ihrer Herstellung

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DE1130070B
DE1130070B DEG31133A DEG0031133A DE1130070B DE 1130070 B DE1130070 B DE 1130070B DE G31133 A DEG31133 A DE G31133A DE G0031133 A DEG0031133 A DE G0031133A DE 1130070 B DE1130070 B DE 1130070B
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cathode
barium
oxide
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emissive material
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Dr Dimitrios Mandamadio Speros
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General Electric Co
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02Details
    • H01J61/04Electrodes; Screens; Shields
    • H01J61/06Main electrodes
    • H01J61/073Main electrodes for high-pressure discharge lamps
    • H01J61/0735Main electrodes for high-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode
    • H01J61/0737Main electrodes for high-pressure discharge lamps characterised by the material of the electrode characterised by the electron emissive material

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Description

  • Kathode für Gas-und/oder Dampfentladungslampen und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung betrifft Kathoden für elektrische Entladungseinrichtungen und insbesondere ein emissionsfähiges Material und Verfahren zur Herstellung und Aktivierung von Kathoden, die ein derartiges Material enthalten. Die Kathoden gemäß der Erfindung vermögen hohe Entladungsströme zu liefern und eignen sich besonders für im Dauerbetrieb arbeitende Gasentladungslampen.
  • Es ist bereits eine sehr große Anzahl von Verbindungen und Zusammensetzungen für emissionsfähi-Aktivierungsstoffe von Kathoden bekannt. Man kennt beispielsweise, um nur einige Verbindungen aufzuzählen, Boride, Karbide, Hydride, Oxyde, Silizide der verschiedensten Metalle einschließlich der Erdalkalien und der Seltenen Erdenmetalle, und zwar sowohl für sich allein als auch in Kombinationen. Außerdem kennt man die verschiedensten Bindemittel, Schutzschichten, Zwischenschicht- und Grundmaterialien. Der Stand der Technik dieses Gebietes zeigt, daß Kathoden und Kathodenpasten bisher im allgemeinen auf empirischem Wege entwickelt wurden. Trotzdem gibt es bereits recht gute Kathoden. So haben sich beispielsweise Kathoden auf der Basis von Erdalkalioxyden bei Leuchtstofflampen gut bewährt. Dieser Kathodentyp, der gelegentlich als Dreikarbonatmischung bezeichnet wird, da er durch Eintauchen einer Wolframspirale in eine Suspension der Karbonate des Bariums, Strontiums und Kalziums hergestellt wird, erfordert jedoch eine ziemlich mühevolle Behandlung zur Zersetzung der Karbonate zu den Oxyden bei der Formierung der Kathode. Außerdem sind Betriebstemperatur und Stromdichte bei Erdalkalioxydkathoden begrenzt, da sonst eine nicht mehr tragbare Verdampfung und eine dementsprechende Kolbenschwärzung eintreten. Um eine Kolbenschwärzung zu verhindern oder wenigstens zurückzudrängen, hat man den Erdalkalioxyden bereits ein widerstandsfähiges Oxyd, wie Zirkonoxyd oder Thoriumoxyd, beigemischt; dies schafft jedoch auch nur in begrenztem Maße Abhilfe.
  • In Lampen, die bei höheren Temperaturen und mit höheren Stromdichten betrieben werden sollen, wie Quecksilberhochdrucklampen, hat man bisher meistens Kathoden in Form einer Wolframwendel, die auf einen Wolframschaft oder Einführungsdraht gewickelt ist und die ein kleines Stück Silber oder Thoriummetall enthält, das innerhalb der Wendel längs des Wolframschaftes liegt, verwendet. Derartige Kathoden weisen keinen so hohen Wirkungsgrad auf wie Erdalkalioxydkathoden, da der Kathodenfall höher ist. Sie erfordern außerdem eine höhere Zündspannung, und während des Betriebes der Lampe tritt eine allmähliche Schwärzung des Lampenkolbens durch verdampfendes oder zerstäubendes Kathodenmetall ein.
  • Durch die Erfindung soll daher ein verbessertes, emissionsfähiges Material für Kathoden von elektrischen Entladungslampen angegeben werden, das bessere Betriebseigenschaften aufweist und leichter hergestellt und formiert werden kann. Insbesondere soll ein emissionsfähiges Material für mit Glühemission arbeitende Lampenkathoden angegeben werden, das einen Betrieb bei verhältnismäßig hohen Stromdichten oder Temperaturen bei gleichzeitig geringerer Schwärzung des Lampenkolbens während der Lebensdauer der Lampe erlaubt. Das Herstellungsverfahren soll sich für eine industrielle Fertigung eignen. Ferner sollen durch die Erfindung wissenschaftliche Richtlinien für die Zusammensetzung und Herstellung von Kathodenpasten angegeben werden, die es erlaubt, die Eigenschaften der Kathoden dem vorgesehenen Anwendungsgebiet und den gewünschten Betriebseigenschaften nach Wunsch anzupassen.
  • Es hat sich nun gezeigt, daß die Zwischenoxydsysteme bzw. Mischoxyde aus Bariumthorat Ba Th03 und Bariumzirkonat BaZr03 ausgezeichnete Kathodenmaterialien für Entladungslampen ergeben, wenn sie durch einen überschuß an Bariummetall, das fest im Mischoxydgitter gebunden ist, aktiviert werden. Diese Mischoxyde sind außerdem vor der Formierung oder Aktivierung in Luft stabil, wenn sie gleiche molare Anteile an emissionsfähigem Oxyd, nämlich Ba O und hitzebeständigem Oxyd, je nachdem Th02 oder Zr02 enthalten. Der überschuß an emissionsfähigem Erdalkalimetall (Barium) kann durch eine im festen Zustand ablaufende Reaktion des Mischoxyds mit einem überschuß an beständigem Metall, also Thorium bzw. Zirkon, das in Pulverform eingeführt sein kann, gebildet werden. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht ein sehr bequemes und praktisches Verfahren zur Herstellung und Formierung von Kathoden gemäß der Erfindung darin, daß eine Unterläge oder ein Kathodenträger auf irgendeine geeignete Weise mit der emissionsfähigen Mischung aus dem Mischoxyd und pulverisiertem, beständigem Metall versehen bzw. überzogen und anschließend erhitzt wird, so daß eine Festkörperreaktion stattfindet, bei der sich der erwünschte überschuß an emissionsfähigem Bariummetall im Mischoxydgitter bildet.
  • Eine Kathode für Gas- und/oder Dampfentladungslampen mit einem leitenden Kern und einem emissionsfähigen Material, das ein hitzebeständiges Metalloxyd, Bariumoxyd und freies Barium enthält, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das emissionsfähige Material nach der Formel a Ba O; R0,; b Ba aufgebaut ist, wobei R02 das hitzebeständige Metalloxyd darstellt, das transparente Sublimationsprodukte liefert und die Werte für und vorzugsweise 0,15 < ß < 0,30 betragen, wenn das Ausgangsgemisch dieZusammensetzung BaO+R02+ßR hat. Die Erfindung soll nun an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, dabei bedeutet Fig. 1 eine Quecksilberhochdrucklampe mit Kathoden gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine vergrößerte Teilansicht einer Kathode und Fig. 3 ein Diagramm zum Vergleich von Quecksüberhochdrucklampen, die einerseits die Kathoden gemäß der Erfindung und andererseits Kathoden nach dem Stand der Technik enthalten.
  • Ein bekanntes, emissionsfähiges Material mit einem Überschuß an Barium im Gitter erhält man durch eine im festen Zustand durchgeführte Reduktion von Bariumaluminat mit Aluminium. Bariumaluminat, das einen überschuß an Barium enthält, eignet sich ausgezeichnet für kalte Kathoden und damit insbesondere für intermittierend betriebene Blitzlampen. Es hat sich nun gezeigt, daß man in gewisser Hinsieht vergleichbare Ergebnisse mit Bariumthorat und Bariumzirkonat erzielen kann und daß sich die so erhaltenen Kathodenpasten überraschenderweise für eine Glühemission bei verhältnismäßig hohen Temperaturen und damit für im Dauerbetrieb arbeitende Gasentladungslampen eignen.
  • Mischoxyde a (M#, 0y) (p; (R, OH,); bei denen M, Oy ein emissionsfähiges Oxyd, z. B. Bariumoxyd, und R# 0" ein hitzebeständiges bzw. widerstandsfähiges Oxyd, wie Th02, bedeutet, ergeben bei direkter Verwendung schlechte Kathoden, auch wenn a kleiner als 1 ist. Die Emissionseigenschaften verbessern sich jedoch sprunghaft, wenn ein überschuß an emissionsfähigem Metall M eingeführt wird. Dies erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung durch chemische Reduktion eines Teiles der M, 0,-Komponente entsprechend folgender Reaktionsgleichung: die linke Seite der Gleichung entspricht der Ausgangsmischung, die rechte Seite der formierten Kathode, bzw. deren emissionsfähiger Kathodenpaste. Mit a =1, x=1, y=1, z=1, w=z ergibt sich für den geschweiften Klammerausdruck: d. h. die im Anspruch angegebene Beziehung. Das Reduktionsmittel R ist in allen Fällen gleich dem Metall der beständigen Oxydkomponente R, 0W, nämlich Thorium im Fall von Thorat und Zirkon im Fall von Zirkonat. Durch dieses Verfahren erhält man nach der Formierung die chemisch einfachsten der Kathodenmaterialien gemäß der Erfindung.
  • Durch Anwendung der oben angegebenen allgemeinen Formel läßt sich eine große Vielfalt von Kathodenmaterialien erhalten. Die Art der sich ergebenden Kathode kann durch die folgenden Veränderlichen beeinflußt werden: erstens Wahl des Mischoxydsystems; zweitens Wahl des Reduktionsmittels; drittens Menge des Reduktionsmittels und viertens Verteilungszustand des Reduktionsmittels. Ausgedehnte Untersuchungen und Versuchsreihen haben ergeben, daß die Mischoxyde Bariumthorat Ba Th 03 (oder B a O - Th 02) und Bariumzirkonat Ba Zr 03 (oder Ba O - Zr 02) die besten Kombinationseigenschaften für Glühkathoden bzw. Kathodenpasten im Hinblick auf die Einfachheit der Herstellung, den Wirkungsgrad im Betrieb und Standfestigkeit, d. h. das Fehlen von Schwärzung des Kolbens während der Lebensdauer der Lampe zeigen. Verwendet man als Ausgangsmaterial Bariumthorat oder Bariumzirkonat im stöchiometrischen Verhältnis, d. h. 1 Mol Ba O pro Mol Th 02 bzw. 1 Mol BaO pro Mol Zr 02, so sind die Mischungen vor der Aktivierung in Luft stabil und können lange Zeit in einer verschlossenen Flasche aufbewahrt werden. Bei Versuchen wurden solche Materialien vor der Verwendung und Formierung bis zu einem Jahr gelagert, und es zeigten sich keinerlei nachteilige Folgen der Lagerung. Im Hinblick auf die Fertigung stellt dies einen besonderen Vorteil dar. Gemäß der Erfindung sind die Ausgangsmaterialien daher Mischungen von Bariumthorat oder Bariumzirkonat mit Bariumoxyd und dem hitzebeständigen Oxyd in stöchiometrischen Verhältnissen. Wenn Bariumoxyd und das beständige Oxyd in stöchiometrischen Verhältnissen vorliegen, vereinfacht sich die oben angegebene allgemeine Gleichung (I) zu der folgenden, wesentlich einfacheren Form: R steht dabei für Th oder Zr, und ß bedeutet die Anzahl von Mol von R, die in die Reaktion pro Mol Ba O - R OZ eintreten.
  • Wendet man die oben angegebene Formel auf zwei spezifische Mengenverhältnisse an, die die bevorzugten Mengenverhältnisse für die beiden Materialien darstellen, wie noch genauer erläutert werden wird, so erhält man:
    Bariumthorat mit 0,2 Mol Th:
    750° C
    BaTh03 -E- 0,2 Th D- 1,2 (0,5 Ba0 - 1 Th 02 ' 0,33 Ba) (III)
    Bariumzirkonat mit 0,25 Mol Zr:
    700° C
    BaZr 03 -I- 0,25 Zr
    1,25 (0,4 Ba O - 1 Zr 02 - 0,4 Ba) (IV)
    Die linke Seite der oben angegebenen Reaktionsgleichungen entspricht der Emissionsmischung, die auf die Elektrodenanordnung oder Unterlage vor der Formierung aufgebracht wird. Die Elektrodenanordnung kann aus Wolframdraht bestehen, z. B. aus einer Doppelwendel mit einer dritten überwicklung, wie sie in vielen Leuchtstofflampen und anderen Niederdruckgasentladungslampen üblich ist. Die Elektrode kann auch eine einfache oder doppelte Wolframwendel enthalten, die um einen Wolframschaft gewickelt ist, wie in vielen Quecksilberhochdrucklampen. Bei solchen Anordnungen kann die Kathodenpaste auf die Elektrode entweder durch Eintauchen der Elektrode in eine Suspension der Mischung in einem leicht flüchtigen Träger, wie Butylazetat oder Äthylalkohol aufgebracht werden. Für manche Anwendungsgebiete kann auch eine einfachere Anordnung mit einer Pille aus gepreßtem Material verwendet werden. Die rechten Seiten der oben angegebenen Reaktionsgleichungen entsprechen wieder dem aktivierten, emissionsfähigen Material, das sich bei den angegebenen Temperaturen bildet.
  • Bei den oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Elektroden gemäß der Erfindung erfolgte die Formierung durch eine im festen Zustand ablaufende chemische Reaktion, bei der weder Gase frei werden noch irgendeine spezielle Gasatmosphäre zur Durchführung erforderlich ist. Die Reaktion läuft außerdem bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen ab, so daß eine längere Erhitzung oder eine Erhitzung auf sehr hohen Temperaturen nicht erforderlich ist. Auch das Erhitzen in einer reduzierenden Atmosphäre, beispielsweise im Wasserstoffstrom, kann entfallen, das bei manchen Kathodenpasten für Quecksilberhochdrucklampen erforderlich ist, die Mischungen aus Bariumkarbonat und Thoriumoxyd enthalten. Das Verfahren gemäß der Erfindung stellt also einen wesentlichen Fortschritt bei der Herstellung von Lampen, insbesondere der Formierung der Kathode dar.
  • Ein anderer Vorteil der Festkörperreaktion gemäß der Erfindung ist darin zu sehen, daß keine Gase entstehen und frei werden. Hierdurch wird das Pumpsystem während der Formierung entlastet. Bei der Freisetzung von Gasen aus der Kathodenpaste tritt außerdem immer ein Schwund an Volumen oder Gewicht ein, so daß im Endeffekt weniger aktive Substanz auf einer gegebenen Elektrodenanordnung verbleibt. Alle diese Nachteile werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung vermieden. Verwendet man insbesondere mit den beschriebenen Materialien einen Schwamm, Preßling oder Verbundstoff aus hitzebeständigem Metall, so erhält man eine weniger poröse Struktur, und die Gefahr einer Vergiftung durch Eindringen von Wasser oder Kohlensäure aus der Umgebung nach der Formierung wird verringert.
  • Eine Untersuchung der Ergebnisse, die mit einer großen Anzahl verschiedener Kathoden bei Änderung von ß unter Verwendung verschiedener widerstandsfähiger Oxyde durchgeführt wurden, zeigte als Ergebnis die Möglichkeit, daß die Austrittsarbeit e-99 oder genauer die Neigung der Kurve der Richardson-Gleichung zwischen etwa 750 und 850° C annähernd gleich und bei etwa 1,6 eV gehalten werden kann, unabhängig von dem beständigen Oxyd (A12 03, Th 02, ZrO2) und mit Ausnahme von extremen Mischungsverhältnissen, unabhängig vom BaO-Gehalt des Mischoxydsystems. Emissionsfähige Schichten wurden auf Kathodenanordnungen bzw. Unterlagen aus Wolfram, Molybdän und Nickel aufgebracht und Untersuchungen ergaben, daß das Austrittspotential 99 praktisch unabhängig von der Beschaffenheit der Unterlage ist. Ferner ergab sich, daß der Faktor A in der Richardson-Gleichung von der Menge an Barium abzuhängen scheint, der über das stöchiometrische Verhältnis des Mischoxydsystems im überschuß vorhanden ist; A ist dabei sehr klein für reine Substanzen und wächst mit dem Bariumgehalt.
  • Diese Ergebnisse führen zu der Hypothese, daß das Austrittspotential 99 und damit der Kathodenfall des Mischoxydsystems durch die Natur der vorhandenen Emissionszentren (in diesem Fall BaO-Ba) bestimmt werden, während die Sättigungsstromdichte von der Anzahl von Emissionszentren pro Flächeneinheit der emissionsfähigen Oberfläche abhängt. Aus dem Obenstehenden scheint ferner hervorzugehen, daß die Rolle der beständigen Komponente (Th 02 oder Zr 02) einfach darin besteht, die Stabilität der BaO-Ba-Emissionszentren und die Menge des Bariums, das mit dem aus Bariumaxyd und dem beständigen Oxyd bestehende Gitter kombiniert werden kann, zu erhöhen.
  • Die obigen Ausführungen lassen es wahrscheinlich erscheinen, daß ein weiter Bereich von verschiedenen Mischungen mit verschiedenen molaren Verhältnissen des emissionsfähigen Oxyds und des emissionsfähigen Metalles in bezug auf das beständige Oxyd vorhandden ist, in dem eine Elektronenemission stattfindet; dies wurde auch tatsächlich im vorliegenden Fall gefunden. Der Bereich optimaler Anteilsverhältnisse läßt sich dadurch verhältnismäßig einfach bestimmen, daß den Ausgangspunkt vor der Formierung immer eine stöchiometrische Verbindung bildet, d. h. eine Verbindung, die pro Mol Ba 0 1 Mol 1h02 im Fall von Ba Th 03 oder 1 Mol B a O pro Mol Zr 02 im Fall von BaZr03 enthält. Diese Bedingung beruht natürlich auf der Forderung, daß die Emissionsmischung vor der Formierung in Luft stabil sein soll, wie oben bereits erläutert wurde. Außerdem ergeben sich die endgültigen, formierten und aktivierten Verbindungen aus einer Festkörperreaktion des stöchiometrischen Bariumthorats bzw. Bariumzirkonats mit ß Mol Ba bzw. Zr notwendigerweise in der Form aBa0-1R02*bBa, wobei die Molzahlen des Endprodukts sind. Durch die Wahl von ß wird also die Zusammensetzung der endgültigen formierten Mischung bestimmt.
  • In der nachfolgenden Tabelle sind die Werte für x und y für verschiedene Werte von ß in bezug auf die Festkörperreaktion von Bariumthorat mit Thorium oder Bariumzirkonat mit Zirkon angegeben.
    _ i -2ß _
    ß a 1+ß b 1+ß
    0,05 0,86 0,095
    0,1 0,73 0,18
    0,2 0,5 0,33
    0,25 0;4 0,4
    0,3 0,30 0,46
    0,4 0;14 0,57
    0,5 0 0,67
    Es ist ersichtlich,- daß ß nicht gleich oder kleiner als 0,5 werden kann, da dann kein Ba0 in der Verbindung verbleiben würde und keine BaO-Ba-Emissions-Zentren gebildet werden. Man erhielte dann einen großen Oberschuß an Barium, und obwohl die Emissionsfähigkeit beträchtlich ist, wäre eine schnelle Schwärzung des Kolbens infolge übermäßigen Verdampfens von Barium zu befürchten. Dies hat sich auch in der Praxis bestätigt.
  • Am anderen Ende des Bereiches, wenn ß=0,05 ist, ergibt sich ein Verhältnis von Barium (b=0,095) zu Bariumoxyd (a=0,86) von etwa 1: 9, und man kann erwarten, daß die Emissionsfähigkeit zu gering wird; auch das haben die Untersuchungen bestätigt.
  • Es ergibt sich also, daß bei einem annehmbaren Elektronen emittierenden Material gemäß der Erfindung das molare Verhältnis von zum stöchiometrischen Bariumthorat zugesetzten Thorium oder zum stöchiometrischen Bariumzirkonat zugesetzten Zirkon größer als 0,05 und kleiner als 0,5 sein soll. Innerhalb dieser Grenzen ergab eine thermogravimetrische Analyse, daß a für eine optimale Stabilität in der Nähe von 0,5 liegen soll, vorausgesetzt, daß das Lösungsvermögen von Barium im Gitter dabei nicht überschritten wird. Experimente ergaben, daß der bevorzugte Bereich von ß für thermisch emittierende Kathoden, die sich in der Praxis gut bewähren, zwischen etwa 0,15 und 0,25 bei einem Optimalwert von etwa 0,2 im Fall von Thorium und im Bereich von etwa 0,20 bis 0,30 bei einem Optimalwert von etwa 0,25 im Fall von Zirkon liegt. Im Fall einer Thorat enthaltenden Kathode ergibt sich dadurch im formierten Zustand die Formel 0,5 BaO-Th02-0,33 Ba.
  • Im Fall von Bariumzirkonat ergibt sich für die formierte Verbindung die Formel 0,4BaO-Zr02*0,4Ba.
  • Beim Thorat ist ein etwas geringerer Bariumgehalt als beim Zirkonat vorzuziehen, da die Löslichkeit von Barium im Thoratgitter etwas kleiner zu sein scheint.
  • Fig. 1 der Zeichnung zeigt eine Quecksilberhochdrucklampe 1 mit einem aus Quarz bestehenden Entladungsgefäß 2, das von einem durchsichtigen Kolben 3 umschlossen wird, der in einen Schraubsocke14 endet. Das Entladungsgefäß 2 enthält Quecksilber und ein inertes Zündgas. Die Hauptelektroden 5, 6 an den beiden Enden des Quarzrohres bestehen aus zwei annähernd konzentrischen Wolframwendeln 7, 8 (Fig. 2), von denen die eine fest um einen die Einführung bildenden Wolframschaft 9 gewickelt ist, während die andere Spirale auf die kleinere aufgeschraubt ist, wie Fig. 2 zeigt. Die innere Wendel? weist im Mittelteil eine größere Steigung auf, dadurch werden Hohlräume gebildet, die mit Kathodenpaste gefüllt werden können. Ein Zünden bei niedriger Spannung wird durch eine Hilfselektrode 10 erleichtert, die nahe bei der Hauptelektrode 5 angeordnet ist.
  • Die Elektroden werden vor dem Einschmelzen in das Entladungsgefäß der Lampe in eine Mischoxydsuspension aus Bariumthorat mit zusätzlichem Thorium. getaucht oder in eine Suspension aus Bariumzirkonat mit zusätzlichem Zirkon. Die Suspension kann außer den Käthodenmaterialien gemäß der Erfindung eine verhältnismäßig leicht flüchtige organische Flüssigkeit, wie Butylazetat oder Äthylalkohol, enthalten. Das Material füllt die Höhlungen und Zwischenräume zwischen den Windungen der Wendeln 7, B. Die Aktivierung der Kathoden kann ein-, fach durch Erhitzung auf eine Temperatur über 700 bis 800° C während des Einschmelzens der Elektroden in die Quarzröhre erfolgen. Das Entladungsgefäß wird dann evakuiert und mit einem inerten Zündgas, wie Argon, unter einem verhältnismäßig niedrigen Druck sowie einer geringen Menge Quecksilber, die den Betrag übersteigt, der im normalen Betrieb der Lampe verdampft, gefüllt.
  • Fig. 3 zeigt in einem Diagramm die Verbesserungen der Betriebseigenschaften und Standfestigkeit, die durch Verwendung von Mischoxyd-Kathodenpasten gemäß der Erfindung erreicht werden, insbesondere durch eine Kathodenpaste, die durch eine Reaktion von 0,2 Mot Th mit stöchiometrischem Bariumthorat zu einer Verbindung mit der Formel 0,5 Ba0 - 1 Th02-0,33 Ba gebildet wurde. In dem Diagramm ist auf der Ordinate die Lichtausbeute der Lampe in Lumen in Prozent der Lichtausbeute bei Inbetriebnahme der Lampe und auf der Abszisse die Betriebsdauer in Stunden angegeben. Die gestrichelte Linie 12 zeigt die Lichtleistung einer bekannten Lampe in Abhängigkeit von der Betriebsdauer; die Lampe enthielt bekannte und im weitesten Umfange verwendete Kathoden mit einem Kern aus Wolframdraht mit thoriertem Silber, das zwischen den aus Wolfram bestehenden Einführungsdraht der Elektrode und die Wolframwendel eingekeilt war. Die ausgezogene Kurve 13 zeigt die Lichtleistung einer Lampe mit der in Fig. 2 dargestellten Kathodenanordnung, die mit Bariumthorat gemäß der Erfindung aktiviert war. Die erhebliche Verbesserung der Standfestigkeit der Lampe ist offensichtlich.
  • Ein im Hinblick auf die Erhaltung der Lichtausbeute der Lampe während der Lebensdauer erwähnenswertes Merkmal der Lampen mit verbesserten Mischoxydkathoden gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Sublimationsprodukte, die sich während des Betriebs der Lampe auf der Innenwand des Lampenkolbens niederschlagen, weißlich und durchscheinend sind und nicht schwarz und lichtabsorbierend wie bisher. Dies rührt daher, daß die Sublimationsprodukte, die von den Kathodenpasten gemäß der Erfindung abgegeben werden, transparent sind.
  • Ein anderer wichtiger Vorteil ist die Erniedrigung der Zündspannung, die erlaubt, die Lampen bei wesentlich niedrigerer Spannung zu zünden. So erniedrigt sich z. B. die Zündspannung der dargestellten Lampe bei Verwendung von Bariumthorat-Mischoxyden gemäß der Erfindung von etwa 300 V auf ungefähr 225 V.
  • Die erläuterten Ausführungsformen und die beschriebenen und dargestellten Einzelheiten dienen nur zur Erläuterung und sind nicht einschränkend auszulegen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Kathode für Gas- und/oder Dampfentladungslampen mit einem leitenden Kern und einem emissionsfähigen Material, das ein hitzebeständiges Metalloxyd, Bariumoxyd und freies Barium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das emissionsfähige Material nach der Formel aBaO; R02; b Ba aufgebaut ist, wobei R O2 das hitzebeständige Metalloxyd darstellt, das transparente Suplimationsprodukte liefert und die Werte für und 0,05 < ß < 0,5, vorzugsweise 0,15<ß<0,30, betragen, wenn das Ausgangsgemisch die Zusammensetzung (p BaO+R02+ß R hat.
  2. 2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das emissionsfähige Material in. an sich bekannter Weise Thoriumoxyd enthält und daß der molare Anteil an Barium zwischen 0,15 und 0,25 liegt.
  3. 3. Kathode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das emissionsfähige Material annähernd nach der Formel 0,5 BaO-Th02*0,33 Ba aufgebaut ist.
  4. 4. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das emissionsfähige Material in. an sich bekannter Weise Zirkonoxyd enthält und daß der molare Anteil an Barium zwischen 0,20 und 0,30 liegt.
  5. 5. Kathode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das emissionsfähige Material annähernd nach der Formel 0,4BaO-Zr02.0,4Ba aufgebaut ist.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung einer Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein leitender Kathodenkern mit einer Mischung überzogen wird, die aus einer stöchiometrischen Verbindung der Formel BaO-R02 (R=Th oder Zr) und Thonum bzw. Zirkon in pulverisierter Form in einem molaren Anteil zwischen 0,05 und 0,5 auf 1 Mol der Verbindung besteht, und daß die so hergestellte Kathodenanordnung in einer neutralen Atmosphäre zur Formierung auf eine verhältnismäßig niedrige Temperatur erhitzt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Mischung auf 1 Mol Bariumthorat entsprechend der Formel Ba O - Th 02 gepulvertes. Thorium in einem molaren Anteil zwischen 0,15 und 0,25 verwendet wird. B. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Mischung auf 1 Mol Bariumzirkonat entsprechend der Formel Ba O - Zr 02 gepulvertes Zirkon in einem molaren Anteil zwischen 0,20 und 0,30 verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 597 580; britische Patentschrift Nr. 526 064; USA.-Patentschrift Nr. 2 843 801.
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