DE1589024A1 - Gluehkathode und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Gluehkathode und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/13—Solid thermionic cathodes
- H01J1/20—Cathodes heated indirectly by an electric current; Cathodes heated by electron or ion bombardment
- H01J1/22—Heaters
Landscapes
- Solid Thermionic Cathode (AREA)
- Electrodes For Cathode-Ray Tubes (AREA)
Description
DR. CLAUS REINLÄNDER DlPL-ING, KUUS BERNHARDT 15890
D-8 MÜNCHEN 23 ' * MAINZERSTRASSE 5 V1 P93 B
TARIAIi ASSOCIATES Palo Alto / California
v. St» v· Amerika
Glühkathode und Verfahren zu ihrer Herstellung
■-Prioritätj 23· August 1965 * V* St. ν« Amerika - Ser.No. 481,818
Die Erfindung betrifft allgemein Elektronenentladungseinrichtungen
und insbesondere verbesserte Glühkathoden für diese, die Heizdrähte
aus hochschmelzenden Metallen enthalten, auf denen eine Vielzahl Partikel aus hochschmelzendem Metall angeordnet ist·
Für die Konstruktion von Elektronenentladungseinrichtungen, insbe««
sondere Elektronenröhren wie Pentoden, Trioden, Klystrons, Wanderfeldröhren und dergl* ist der GlühemisBionsteil, vor allem die
Kathode, von der es verschiedene übliche Typen gibt, wie die Vorratskathode
, die Oxydkathode uswe, denen allen gemeinsam ist, daß
ein Heizdraht aus hochschmelzendem Metall eingebaut ist, der dazu
verwendet wird, die Glühemission von der elektronenemittxerenden Ober*
fläche einzuleiten· -
• · «/2
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Durch die Erfindung sollen verbesserte Heisdrähte aus hochschmelzendem
Metall und damit verbesserte Glühkathoden verfügbar gemacht werden, indem eine Vielzahl von kleinsten Partikeln aus hochschmelzendem Metall auf der Oberfläche des Heizdrahtes selbst verwendet
wird} und zwar entweder im nackten oder nicht isolierten Fall oder
auch bei einem beschichteten oder feuerfest isolierten Heizdraht« Dadurch wird bei einem nackten oder nicht isolierten Heizdraht die
Heizdrahtbetriebstemperatur für eine bestimmte Ausgangsleistung herabgesetzt und damit die Lebensdauer und Abstrahlung bei solchen
nackten Heizdrähten vergrößert« Venn ein nackter oder roher Heizdraht
aus hochschmelzendem Metall aufgerauht wird und anschließend die hitzefeste Isolierschicht entweder durch übliche kataphoretische
Niederschlagstechniken oder durch chemischen Niederschlag aus dem
Dampf aufgebracht wird, ergibt sich in etwa eine ähnliche Herabsetzung der Heizdrahtbetriebstemperatur für eine bestimmte Eingangsleistung
und eine merkliche Verbesserung in bezug auf die hitzebeständige Isolierschicht, sowohl bezüglich der Haftfähigkeit auf
dem Heizdraht selbst als auch bezüglich ihres physikalischen Zus-tandes.
Durch die Erfindung wird das Aufbringen von kleinsten Partikeln aus
hochschmelzendem Metall auf einen nackten oder Roh-Heizdraht als bevorzugtes Mittel zur Aufrauhung des Heizdrahtes gelehrt, um die
erwähnten Vorteile zu erreichen·
Eine Glühkathode, bestehend aus einem Kathodenröhrchen, einer darauf
montierten Glühkathode und einem Heizdraht aus einem hochschmelzen-
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den Metall mit Isolierschicht, der in dem Kathodenröhrch'en so untergebracht
ist, daß ein guter *ärmeübergang vom Draht zur Glühkathode
stattfinden kann, wird also erfindungsgemäß dadurch verbessert, daß
auf dem Heizdraht eine Vielzahl kleinster Partikel aus hochschmelzendem
Metall niedergeschlagen ist, so daß die Heizdrahtbetriebstemperatur
verringert und die Abstrahlung verbessert werden, und daß die Isolierschicht auf die mit Metallpartikeln bedeckte Heizdrahtoberfläche
aufgebracht ist.
Eine erfindungsgemäße Glühkathode wird in der *eiee hergestellt-9 daß
kleinste Partikel aus einem hochsohmelzenden Metall auf der Oberfläche
eines nackten metallenen Heizdrahtes niedsrgesshlagen werden
und anschließend die Isolierschicht in üblicher Weis© niedergeschlagen
wird«
Weitere Merkmale sind den Unteransprüchen zu entnehmen und ergeben
sieh ebenso wie weitere Vorteile aus folgenders ins einzelne gehenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung; es zeigen»
,Figur 1 eine teilweise geschnittene Teilansicht eines Klystrons mit
einer erfindungsgemäßen Glühkathode;
Figur 2einen Schnitt durch die in Figur 1 mit der Linie 2-2 umschlossene
Glühkathode;
Figur 3 einen Schnitt durch einen Heizdraht aus hochschmelzendem Metall
mit einer Vielzahl kleinster Partikel aus hochschmelzendem Metall nach der Erfindung;
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Figur 4 einen Schnitt entsprechend der Linie 4— 4 in Figur 2} und
Figur 5 die Abhängigkeit der Eingängeleistung von der Temperatur
für einen nackten rohen Heizdraht aus hochsphmelzendem Metall im Vergleich zu einem nackten Heizdraht aus hochschmelzendem Metall
mit einer Vielzahl von Partikeln aus hochschmelzendem Metall auf der Oberfläche·
In Figur 1 ist eine Elektronenentladungseinrichtung 6, ein Klystron»
mit einer Glühkathode nach der Erfindung dargestellte Bas Klystron
ist ein übliches Reflexklystron« mit einem üblichen Reflektor 7 e^1
stromabwärtigen Ende, der auf einen Hauptkörper 8 montiert ist? der
eine Glühkathode 9 am stromaufwärtigen Ende enthält» Ein üblicher
Tuner-Mechanismus 10 wird dazu verwendet, die Resonanzfrequenz des
einspringenden Hohlraums 11 in üblicher Weise zu verändern· Die elektromagnetische Schwingungsenergie wird über den Ausgangshdileiter
12 über ein vacuumdichtgeschlossenes Fenster 13 aus Tonerde
oder einem derartigen Dielektrikum abgezogen» Für die speziellen
Einzelheiten einer solchen Elektronenentladungseinrichtung vergleiche beispielsweise U. S.-Patentschrift 5,097,325.
In Figur 2 ist ein Schnitt durch die Glühkathode 9 des Klystrons
gezeigt· Die Glühkathode 9 nach Figur 2 ist eine Oxydkathod· und soll· nur als representatives Beispiel von üblichen Glühkathoden
dienen, die Heizdrähte aus hochschmelzendem Metall verwenden, wie beispielsweise die imprägnierte Vorratskathode· Glühkathoden wie
die Oxydkathode 9 enthalten eine elektronenemittierende Fläche 16,
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« 5 -■
die in gutem Wärmeübergang zu einem Heizdraht aus hochschmelzendem
Metall angeordnet sind, beispielsweise den beschichteten Draht 17»
der in einem beliebigen, geeigneten Montageelement 18, beispielsweise
einem Eöhrchen aus hochschmelzendem Metall, untergebracht ist.
Der isolierte oder beschichtete Heizdraht 17 aus hochschmelzendem
Metall nach Figur 2 ist vorzugsweise ein Wolframdraht 19» kann aber
auch aus Rhenium und einer Rhenium-Wolfram-Legierung bestehen. Der
Wolfram-Heizdraht 19 ist mit einer Schicht aus einer Vielzahl klein«
ster Partikel 20 aus hochschmelzendem Metall versehen, wie am besten
in Figuren 3 und 4 erkennbar ist, und bei einem isolierten oder be«
schichteten Heizdraht ist eine äußere hitzebeständige Isolierschicht aus Tonerde (.AIpO-") darauf aufgebrachte
Es können getrennte Montagehilfsmittel dazu verwendet werden, den
Heizdraht innerhalb des Röhrohens 18 zu stützen^ vergleiche beispielsweise IT»S„-Patentschrift 2,990,495» gemäß der ein nackter
Heizdraht im Abstand von den Röhrchen in -diesem gehaltert ist» Ein
beschichteter Heizdraht 17» der mit einer Zwischenlage aus einer
Vielzahl von Partikeln aus hochschmelzendem Metall,wie Wolfram,
Molybdän oder Rhenium versehen ist,wie in Figuren 3 und 4 erkennbar
ist, hat gegenüber bekannten Glühheizern mit einer Isolier« schicht aus Tonerde oder dergleichen auf einem nackten oder rohen
Heizdraht beträchtliche Vorteile in mechanischer und in thermischer
Beziehung« ' ■
In Figur 5 ist die Verbesserung der thermischen Abstrahlung und die
Verringerung der Betriebstemperatur durch Niederschlag einer"Viel·*
' V../6 ■ ■ 009812/0968
zahl von Partikeln aus hochschmelzendem Metall auf einen Heizdraht
aus hochschmelzendem Metall dargestellt. Kurve A zeigt einen einfachen gewendelten Wolfram-Heizdraht ohne Partikel aus hochschmelzendem
Metall auf der Oberfläche mit einem Drahtdurchmesser von etwa 0,15 mm (0,006") und Kurve B einen ähnlichen Wolfram-Draht
mit einer Vielzahl von Wolfram-Partikeln von etwa 1 Mikron Durchmesser und einer Gesamtdicke von etwa 0,01 mm bis 0,03 mm (0,0005"
bis 0,001"). Annehmbare Ergebnisse können auch mit Dicken kleiner als 0,01 mm (0,0005") beispielsweise 0,008 mm (0,0003") erreicht
werden, wenn auch der zuerst erwähnte Bereich erfahrungsgemäß gute Ergebnisse liefert. TJm einen brauchbaren Tergleich zwischen den
beiden Heizdrähten zu erhalten, wurden beide Heizdrähte in einer Vacuumglocke angeordnet und bei verschiedenen Eingangsleistungen
wurden optische Pyrometermessungen vorgenommen» Die merkliche Herabsetzung der optisch mit dem Pyrometer gemessenen oder Leuchttemperatur
für den aufgerauhten Heizdraht nach Kurve B in Vergleich zum nicht aufgerauhten oder nackten Heizdraht nach Kurve A spricht für
sich selbst» Es wird also für jede Eingangsleistung eine erhebliche
Herabsetzung der Heiζdrahttemperatur erreicht, und dementsprechend
wird die Lebensdauer des Heizdrahtes vergrößert und die thermischen
Abstrahleigenschaften werden verbesserte
Es wurde festgestellt, daß auch erhebliche mechanische Verbesserungen
sich durch die Vielzahl von Partikeln aus hochschmelzendem Metall auf dem nackten Heizdraht ergeben, wenn ein beschichteter Heizdraht
wie 17 in Figur 4 verwendet wirdo Bei beschichteten Heizdrähten
mit hitzebeständigen Isolierschichten .21 aus Tonerde oder dergleichen
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traten immer Probleme auf, weil die Isolierschicht zu Sprüngen
neigt und manchmal schlecht am nackten Heizdraht haftet. Es wurde festgestellt, daß bei Verwendung von Partikeln 20 aus hochschmelzen«
dem Metall die beobachteten Sprünge erheblich zurückgingen, und zwar sowohl bei kataphoretisch als auch bei chemisch aus dem -Dampf niedergeschlagenen
Tonerdeschichten· Weiter ergab sich eine wesentlich bessere Haftung von solchen Isolierschichten aus hitzebeständigem
Material wie Tonerde, wenn eine Vielzahl Partikel aus hochsehmelzen·.
des Metall auf dem nackten Draht niedergeschlagen wurde, so daß
•ine Zwischenschicht gebildet wurde· Experimentell wurde das bestätigt,
indem versucht wurde, die Tonerde-Isolierschicht mit Federzangen oder dergleichen abzustreifen«. Weiterhin, sind auch die
thermißchen^Emissionseigenschaften des aufgerauhten Heizdrahtes
mit der hitzebeständigen Isolierschicht verbessert, wie sich aus beobachteten Leuchtteraperaturen im Vergleich su beschichteten glat-
- . ■ tr ■
ten Drähten ergab· Wenn auch die beobachtete Verringerung der
Leuchttemperatur bei gegebener Eingangsleistung nicht so groß war
wie bei einem einfachen aufgerauhten nackten Heizdraht, wo Verringerungen der Leuchttemperatur um 200 C oder mehr beobachtet
'werden konnten, so haben doch Untersuchungen gezeigt, daß Verringerungen
der Leuchttemperatur bei gegebener Eingangsleistung von etwa 120° C bei kataphoretisch niedergeschlagener Tonerde und
Verringerungen von etwa 100 C bei chemisch aus dem Dampf niedergeschlagener
Tonerde zu erreichen sind·
Die Vielzahl kleinster Partikel aus hochschmelzendem Metall wie
Wolfram, Rhenium, Molybdän oder deren Legierungen kann wie folgt
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auf einem Heizdraht aus hoch schmelz endein Metall wie Wolfram, Rhenium
oder deren Legierungen niedergeschlagen werden»
Der nackte Heizdraht aus hochschmelzendem Metall kann einfach in
eine Lösung von Wolframpulver in Xylol und Methakrylat eingetaucht
werden· Der nackte Draht wird oft genug eingetaucht( so daß die
Oberfläche vollständig bedeckt wird, wie in der älteren Anmeldung
7 27 592 VIII c/2ig, 13/04«der Anmelderin beschrieben. Die Anteile
von Wolframpulver und Xylol in der Lösung sind nicht kritisch. Der
Gewichtsanteil der Methakrylatlösung soll vorzugsweise zwischen
0,1 und 5 f°s vorzugsweise bei e'twa 0,3 $ liegen. Der Anteil an
Wolframpulver kann zwischen 35 und 75 Gewichtsprozent liegen, der
Rest der Lösung besteht aus Xylol. Vorzugsweise werden größenord« nungemäßig 60 Gewichtsprozent Wolframpulver verwendet. Die Wolfram-Partikel
haben vorzugsweise einen mittleren Durchmesser von 1 Mikron
und haben vorzugsweise eine Korngröße kleiner als 74 Mikron (200 mesh-Sieb)
um optimale Ergebnisse zu erhalten. Der beschichtete Heizdraht
wird in einer kontrollierten inerten oder reduzierenden Atmosphäre,
beispielsweise einem Wasseretoffofen bei etwa I5OO0 C etwa 1 Minute
lang gebrannt, und danach ist der Heizdraht gebrauchsfertig.
Erfindungsgemäß können die Metallpartikel auch nach der folgenden kataphoretischen Niederschlagstechnik auf einem Heizdraht aus hochschmelzendem
Metall niedergeschlagen werden. Die Suspension zum kataphoretischen Niederschlag enthält etwa 12 g Wolframpulver der
Firma Wah-Chang Company (bezeichnet als Wah-Chang grade C-3)| etwa
0,4 g Yttriumnitrat Y(NO,)' .6H2O; etwa 0,6 g H-Oj etwa 65 ecm Me-
009812/0968 .,../9
.thanol und zusätzlich 0,1 g "Aluminiumnitrat Al(N0-.),,9H?0 mit einer
angelegten Gleichspannung von etwa 50 Volt in einer Niederschlagkämmer
ο Diese Parameter haben sich als sehr zufriedenstellend herausgestellt,
wenn gute Partikelschichten in etwa 4 bis 5 see. erzielt werden sollen. Der Wolfram-Heizer ist die Kathode; die Anode
besteht aus Aluminium. Es wird gerührt, um die Partikel in Suspension
zu halten· Eine Schichtdicke von 0,01 mm bis 0,03 mm (0t0005H
bis 0,001") wird erreicht. Nachdem die Partikel auf dem nackten
Heizdraht aufgebrach-t sind, wird die Beschichtung gesintert, beispielsweise
durch Brennen bei etwa I65O C etwa 30 Minuten lang
in einer feuchten Atmosphäre aus dissoziiertest Ammoniak« Gute Ergebnisse
sind auch erreicht worden, indem die gesinterten aufgerauhten
Heizdrähte aus hochschmelzendem Metall in eine Lösung aus
etwa 4 g H WO in 25*ecm konzentrierter NH.OH nochmals eingetaucht,
getrocknet und nochmals bei etwa I65O G gebrannt werden, wodurch
die Schicht weiter verfestigt wird, so daß der Widerstand gegen
Flockenbildung und die Haftung der Partikel aneinander und am
nackten Heizdraht aus hochschmelzendem Metall verbessert werden·
Nachdem der Heizdraht vorzugsweise nach dem zuletzt beschriebenen
Verfahren aufgerauht worden ist, wird die hitzebeständige Isolierschicht
zur Bildung eines beschichteten Heizdrahtes aufgebracht.
Diese hitzebeständige Isolierschicht hat bei kataphoret|soh niedergeschlagener
Tonerde eine Dicke von vorzugsweise zwischen 0*05 und
0,08 mm (0,002" und 0,003·*) und bei chemisch aus dem Dampf niedergeschlagener
Tonerde von vorzugsweise zwischen 0,025 und Ot05
(0,00t und 0,002"). Ein geeignetes Verfahren zum kataphoretischen
.../to
Niederschlag von Tonerde ist beschrieben in The Oxide Coated
Cathode τοη G. Hermann und S. Wagener, YoI· 1, Chapman and Hall,
Ltd· 1951, insbesondere Seiten 45'Ms 55. Ein. geeignetes Verfahren
zu« chemiechen Niederschlag aus des Dampf τοη Tonerde auf den auf··
gerauhten Wolfram-Heizdraht ist beispielsweise beschrieben in "The Deposition of Oxide on Silicon by the Reaction of a Metal
Halide with a Hydrogen-Carbon Dioxide Mixture" von S, K. Tung und
H. S. Caffrey, Transactions of the Metallurgical Society of AIME,
Seiten 572-577» Vol. 253, Mär« 1965*
Im Falle τοη beschichteten Heizdrähten, bei denen, allgemein gesprochen, der beschichtete Heizdraht seibat mit enger Passung in
einer Tragröhre aus hoohschmelzendem Metall, wie beispielsweise einer Nickelröhre 1Θ gemäß Figur 2 liegt, werden sowohl Wärmeleitung als
auch Wärmestrahlung dazu verwendet, die Wärme vom Heizdraht zum
Kathodenknepf I5 aus Nickel zu übertragen* Der Obergang der Strahlung»»
energie vom beschichteten Heizdraht zur Rückseite oder Absorption···
seite des Knopfes ist außerordentlich bedeutsam, weil die Strahlungs-Smissionseigenschaften des nackten Heizdrahtes auSerordentiich
wichtig sind, und es ist auch sehr wichtig, daß der Heisdraht nicht
kurzgeschlossen wird, was eintreten kann, wenn die Tonerdebeschichtung
während des Betriebes abblättert oder springt« Sowohl bei kataphoretisch als auch aus dem Dampf niedergeschlagener Schicht ergibt sich
ein· Verbesserung der Haftung der Tonerdeschicht am Draht als auch
•int Verringerung der Anzahl der Sprünge der Isolierschicht im Gebrauch, wenn eine rauhe Zwischenschicht verwendet wurde, die in
Figur 4 zwischen der hitzebeständigen Isolierung und dem nackten
• ••/IT
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Heizdraht aus hochschmelzendem Metall verwendet wurde. Die verbesserte
thermische Abstrahlung, wie sie durch die verringerten Betriebstemperaturen bei. verschiedenen Eingangeleistungen erhalten
wird, wie beispielsweise in Figur 5 dargestellt, spricht bezüglich
der erhöhten Lebensdauer und der verbesserten Wärmestrahlung von erfindungsgemäßen beschichteten Heizdrähten für sich selbst.
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Claims (3)
- P A T B H T A N S P 1 US C E EΜ» !Glühkathode, bestehend aus einem Kathodenröhrchen, einer darauf montierten Glühkathode und einem Heizdraht aus einem hochschmelzenden Metall mit Isolierschicht, der in dem Kathodenröhrchen so untergebracht ist, daß ein guter Wärmeübergang rom Draht zur Glühkathode stattfinden kann, dadurch gekennzeichnet; daß auf dem Heizdraht eine Vielzahl kleinster Partikel aus hochschmelzendem Metall niedergeschlagen ist, so daß die Heizdrahtbetriebstemperatur verringert und die Abstrahlung verbes«· sert werden, und daß die Isolierschicht auf die mit Metallpar» tikeln teedeckte Heizdrahtöberflach® aufgebracht ist.
- 2. Glühkathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieMetallpartikel auf dem Heizdraht eine Korngröße kleiiier ale74 Mikron (SOO-mesh-Sieb) haben und eine Schient von wenigstens" 0,008 mm (0,0003-"} bilden.
- 3. Glühkathode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallpartikel auf dem Heizdraht eine Schicht von 0,01 mm bis 0,025 mm (0,0005" bis 0,001") Dicke bilden und die Isolierschicht eine Dicke von 0,025 mm bis 0,08 mm (0,001M biß 0,003") hat.4· Glühkathode nach Anspruch 1., 2.oder 3? dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht aus Wolfram* Ehenium oder deren Legierungen00 9812/0980' .../a 2besteht und die Partikel aus Wolfram, Rhenium, Molybdän oder deren Legierungen-*"5ο Glühkaihode nach Anspruch 4t dadurch gekennzeichnet, daß der Heizdraht und die Partikel aus Wolfram bestehen» ■-.,"■6· Glühkathode nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht aus Tonerde besteht·7ο ^erfahren zur Herstellung einer Glühkathode nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß kleinste Partikel aus einem hochschmelzen den Metall auf der Oberfläche eines nackten metallenen Heizdrahtes niedergeschlagen werden und anschließend die Isolierschicht in üblicher Weise niedergeschlagen wird»0 0 9812/Q$6I1kLeerseile
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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US3401297A (en) | 1968-09-10 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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