DE2321516B2 - Indirectly heated cathode - Google Patents

Description

ür eine Schnellheizkathode wünschenswert ist, er lürfte aber mit relativ großen vagabundierenden Strömen verbunden sein. Eine Abstimmung der thernischen Ausdehnungskoeffizienten von Heizung und Einbettungsmaterial ist dabei nicht getroffen.A rapid heating cathode is desirable, but it would work with relatively large stray cathodes Stream be connected. A coordination of the thermal expansion coefficients of heating and Embedding material is not affected.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand bevorzugter Austührungsformen beschrieben. Es ze'tgiThe invention is described below with reference to preferred embodiments. It ze'tgi

F i g. 1 eine Ausführungsforu einer indirekt geheizten Kathode in einem Längsschnitt,F i g. 1 an embodiment of an indirectly heated Cathode in a longitudinal section,

F i g. 2 eine spiralförmige Heizfolie, die bei der in F i g. 1 dargestellten Kathode verwandt wird,F i g. 2 shows a spiral-shaped heating foil which, in the case of the in FIG. 1 shown cathode is used,

F i g. J eine geänderte Ausführungsform der Erfindung in einem Längsschnitt,F i g. J shows a modified embodiment of the invention in a longitudinal section,

F i g. 4 eine Draufsicht auf eine spiralförmige Heizfolie, die bei der in F i g. 3 dargestellten Kathode verwandt wird,F i g. 4 is a plan view of a spiral heating foil which is used in the case of the FIG. 3 shown cathode is used,

F i g. 5 eine perspektivische Teilansicht, die eine elektrische Verbindung zwischen der Heizfolie und einem Leitungsdraht zeigt, die bei der in F i g. 3 dargestellten Kathode verwandt wird,F i g. 5 is a partial perspective view showing an electrical connection between the heating foil and shows a lead wire formed in the case of the FIG. 3 shown cathode is used,

F i g. 6 die Schnittansicht eines Preßstempels, der bei der Herstellung der in F i g. 4 dargestellten spiralförmigen Heizfolien verwandt wird,F i g. 6 shows the sectional view of a press ram which is used in the manufacture of the in FIG. 4 shown spiral heating foils is used,

Fig. 7 in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen der Zusammensetzung einer Vergußmischung, die zur Bildung eines elektrisch isolierenden, wärmebeständigen Körpers verwandt wird, und dem Ableitungsstrom zwischen der Heizung und dem Zylinder,7 is a graph showing the relationship between the composition of a potting compound, which is used to form an electrically insulating, heat-resistant body is used, and the leakage current between the heater and the cylinder,

Fig. 8 in einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen der Zusammensetzung der Vergußmischung und der Temperatur der Heizung,8 is a graph showing the relationship between the composition of the grouting mixture and the temperature of the heater,

F i g. 9 in einer graphischen Darstellung einen Vergleich der Anheizzeiten der in F i g. 3 dargestellten Kathode und einer bekannten Kathode.F i g. 9 in a graphical representation a comparison of the heating times of those in FIG. 3 shown Cathode and a known cathode.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte bevorzugte Ausführungsform der Erfindung weist e>n hcisryoicweise aus Molybdän bestehendes zylindrisches Teil bzw. Gehäuse 1 mit einem Außenüurchmesser von etwa 20 mm und ein scheibenförmiges Substrat bzw. Kathodensubstrat 2 auf, das an ein offenes Ende des zylindrischen Teils 1 gelötet ist, und damit das eine Ende verschließt. Das Kathodensubstrat 2 hat die Aufgabe, einen Elektronenstrahl auszusenden, wenn es auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt ist, und besteht aus einer porösen, hitzebeständigen Metallscheibe, die mit einer Elektronen emittierenden Substanz in bekannter Weise imprägniert ist. Die frei liegende Oberfläche des Kathodensubstrats 2 ist mit einem bestimmten Krümmungsradius nach innen konkav ausgebildet, :;o daß sie die von der Oberfläche emittierten Elektronen zu einem Strahl bündelt. Ein Oxidfilm bzw. Isolator 4 aus einem elektrisch isolierenden und wärmebeständigen Metalloxid ist auf der Unterfläche des Kathodensubstrats 2 im zylindrischen Teil 1 befestigt. Eine spiralförmige Heizfolie 5 aus hitzebeständigem Wolfram, ist in Berührung mit der Unterfläche des Oxidfilmes 4 angeordnet. Wie es in F i g. 2 dargestellt ist, besteht die spiralförmige Folienheizung 5 aus einer langgestreckten Folie mit einer Dicke von 25 um bis 0,1 mm, vorzugsweise von 30 um. Die frei liegenden Flächen der spiralförmigen Heizfolie 5 und des Oxidfilms 4 sind von einer Vergußschicht bzw. einem Isolator 3 aus einer elektrisch isolierenden und wärmebeständigen Vergußmischung bedeckt, die dicht in das zylindrische Teil 1 eingefüllt ist. Auf diese Weise ist die spiralförmige Heizfolie 5 in die elektrisch isolierenden Körper bzw. Isolatoren 3, 4 eingebettet. Die elektrisch isolierende und wärmebeständige Vergußschicht 3 ist dadurch gebildet, daß ein Gemisch aus wärmebeständigem, elektrisch isolierendem AIuminiumoxidpulver (ΑΙ.,Ο.,) und Molybdänpulver m einem Verhältnis von 75 :25 (Masseverhältnis) zusammengepreßt ist. Die inneren Enden von Leitungsdrähten 7 sind elektrisch mit den gegenüberliegenden Enden der spiralförmigen Heizfolie 5 verbunden. DieThe in the F i g. The preferred embodiment of the invention shown in FIGS. 1 and 2 has a cylindrical part or housing 1 made of molybdenum with an outer diameter of about 20 mm and a disk-shaped substrate or cathode substrate 2 which is soldered to an open end of the cylindrical part 1 , and so that one end closes. The cathode substrate 2 has the task of emitting an electron beam when it is heated to a certain temperature, and consists of a porous, heat-resistant metal disk which is impregnated with an electron-emitting substance in a known manner. The exposed surface of the cathode substrate 2 is designed to be concave inwards with a certain radius of curvature, so that it bundles the electrons emitted from the surface into a beam. An oxide film or insulator 4 made of an electrically insulating and heat-resistant metal oxide is fixed on the lower surface of the cathode substrate 2 in the cylindrical part 1. A spiral-shaped heating foil 5 made of heat-resistant tungsten is arranged in contact with the lower surface of the oxide film 4. As shown in FIG. 2, the spiral-shaped foil heater 5 consists of an elongated foil with a thickness of 25 µm to 0.1 mm, preferably 30 µm. The exposed surfaces of the spiral-shaped heating foil 5 and the oxide film 4 are covered by a potting layer or an insulator 3 made of an electrically insulating and heat-resistant potting mixture, which is filled tightly into the cylindrical part 1. In this way, the spiral-shaped heating film 5 is embedded in the electrically insulating bodies or insulators 3, 4. The electrically insulating and heat-resistant cast layer 3 is formed in that a mixture of heat-resistant, electrically insulating AIuminiumoxidpulver and molybdenum powder m a ratio of 75 (ΑΙ, Ο,..): 25 (mass ratio) is compressed. The inner ends of lead wires 7 are electrically connected to the opposite ends of the spiral heating foil 5. the

ίο Vergußschicht 3 ist dadurch gebildet, daß ein Gemisch aus Aluminiumoxidpulver und Molybdänpulver dicht in das zylindrische Teil 1 eingefüllt, komprimiert und geformt und dann durch Erhitzen auf eine hohe Temperatur gesintert ist. Ein beim Komprimieren des Gemisches verwandter metallischer Preßstempel 6 ist zur Durchführung von Leitungsdrähten 7 mit Bohrungen versehen. Die Vergußschicht 3 kann im zylindrischen Teil 1 nur mit Hilfe einer Sinterung ausgebildet werden, eine Komprimierung ist nicht immer erforderlich. Die spiralförmige Heizfolie 5 kann mit einem dünnen Film aus einem elektrisch isolierenden und wärmebeständigen Oxid überzogen sein. \n diesem Fall wird die Heizung 5 von einem flüssigen Oxidbrei überzogen und der Breiüberzug gesintert, um den dünnen Film zu bilden. Bei der in den F i g. 3 und 4 dargestellten geänderten indirekt geheizten Kathode weist das an einer Endöffnung eines metallischen zylindrischen Teils 1 befestigte Kathodensubstrat 2 eine kugelförmig nach innen gewölbte Oberfläche auf, um einen gebündelten Elektronenstrahl zu erzeugen, und eine kugelförmige Unterfläche, die nahezu parallel zur Oberfläche verläuft. Im zylindrischen Teil 1, dessen eines Ende durch das Kathodensubstrat 2 verschlossen ist, ist eine Vergußschicht 3 aus einer elektrisch isolierenden und wärmebeständigen Vergußmischung ausgebildet. Die Vergußschicht 3 ist dadurch ausgebildet, daß ein Gemisch aus einem wärmebeständigen Metalloxidpulver und einem Metallpulver im bestimmten Verhältnis, wie es im Zusammenhang mit der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde, gesintert ist. In die Oberfläche dieser Vergußschicht 3 ist eine spiralförmige Heizfolie S eingebettet, die kugelförmig parallel zur Unterfläche des Kathodensubstrats 2 gewölbt ist und in einem bestimmten geringen Abstand von der Unterfläche des Kathodensubstrats 2 angeordnet ist. Die spiralförmige Heizfolie 5 ist durch Ätzen einer ebenen Wolframfolie gebildet und weist einen ringförmigen mittleren Abschnitt 5 a und zwei ineinander verlaufende Spiralen 5 b auf, deren radiale Breite vom mittleren Abschnitt 5a zum Randabschnitt ansteigt, wie es in F i g. 4 dargestellt ist. Die inneren Enden der Spiralen sind elektrisch mitcinander verbunden, und die äußeren Enden sind mit Leitungsdrähten verbunden. Die radiale Breite des Randabschnittes Sb ist etwa zweimal so groß wie die des mittleren Abschnittes 5 a.The potting layer 3 is formed in that a mixture of aluminum oxide powder and molybdenum powder is tightly filled into the cylindrical part 1, compressed and shaped and then sintered by heating to a high temperature. A metallic ram 6, which is used when compressing the mixture, is provided with bores for the passage of lead wires 7. The potting layer 3 can only be formed in the cylindrical part 1 with the aid of sintering; compression is not always necessary. The spiral-shaped heating foil 5 can be covered with a thin film made of an electrically insulating and heat-resistant oxide. In this case, the heater 5 is coated with a liquid oxide slurry and the slurry coating is sintered to form the thin film. In the case of the FIGS. 3 and 4, the cathode substrate 2 attached to an end opening of a metallic cylindrical member 1 has a spherically inwardly curved surface for generating a collimated electron beam, and a spherical lower surface which is almost parallel to the surface. In the cylindrical part 1, one end of which is closed by the cathode substrate 2, a potting layer 3 is formed from an electrically insulating and heat-resistant potting mixture. The potting layer 3 is formed by sintering a mixture of a heat-resistant metal oxide powder and a metal powder in a certain ratio, as has been described in connection with the previous embodiment. A spiral-shaped heating foil S is embedded in the surface of this potting layer 3, which is curved in a spherical shape parallel to the lower surface of the cathode substrate 2 and is arranged at a certain small distance from the lower surface of the cathode substrate 2. The spiral-shaped heating foil 5 is formed by etching a flat tungsten foil and has an annular central section 5 a and two coils 5 b extending into one another, the radial width of which increases from the central section 5 a to the edge section, as shown in FIG. 4 is shown. The inner ends of the coils are electrically connected to each other and the outer ends are connected with lead wires. The radial width of the edge section Sb is about twice as large as that of the central section 5 a.

Diese Ausführungsform der Kathode weist eine Auslegung für 10 Ampere auf und hat die folgen den Abmessungen. Der Außendurchmesser de: zylindrischen Teils beträgt etwa 20 mm und ist da mit ebenso groß wie bei den bekannten Vorrichtun gen, während die Länge des zylindrischen Teils etwa 7 mm beträgt, und damit beträchtlich kleine als die Länge von 15 mm eines zylindrischen Teil ist, das eine schraubenförmige Heizspirale herköir.rr liehen Aufbaus enthalten kann. Das kann der VeiThis embodiment of the cathode is rated for 10 amps and has the following the dimensions. The outer diameter of the cylindrical part is about 20 mm and is there with the same size as in the known Vorrichtun conditions, while the length of the cylindrical part is about 7 mm, which is considerably smaller than the length of 15 mm of a cylindrical part is that a helical heating coil herköir.rr may contain borrowed construction. The Vei can do that

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Wendung einer ebenen Heizfolie zugeschrieben wer- äußerst dünnen Randabschnitt der spiralförmigen den. Da die Länge des zylindrischen Teils auf diese Heizfolie nahe der Innenfläche des metallischen zy-Weise verringert ist, ist es möglich, den von der lindrischen Teiles anzuordnen, so ist es notwendig, Wärmeabfuhr von der Außenfläche des zylindri- die Menge des Metallpulvers auf eine bestimmte sehen Teils hervorgerufenen Wärmeverlust propor- 5 obere Grenze zu beschränken, um zu vermeiden, daß tional zu senken. Da die Verkürzung des zylindri- ein vagabundierender oder Ablcitstrom quer über sehen Teils die Wärmespeicherkapazität der Kathode das metallische zylindrische Teil und die spiralförherabsetzt, kann ihre Anheizzeit ebenfalls verringert mige Heizfolie fließt, und um die Anheizzeit der werden. Das wird ebenfalls dadurch hervorgerufen, Kathode zu verringern. Fig. 7 zeigt die Beziehung daß eine konkav geformte Heizfolie 5 in der Nähe io zwischen dem Ableitstrom und dem Verhältnis des Kathodensubstrats 2 angeordnet ist. Diese Aus- (Massevcrhältnis) des Aluminiumoxids zum Molybführungsform einer Kathode mit den oben beschrie- dän. Die in F i g. 7 dargestellte Kurve zeigt einen benen Abmessungen wird innerhalb von 2 Minuten Ableitstrom, der zwischen dem metallischen zylinnach der Energieversorgung betriebsbereit, wohin- drischen Teil und der spiralförmigen Heizfolie der gegen eine bekannte Kathode eine Anheizzeit von 15 in Fig. 3 dargestellten Ausführungstorm fließt, wenn mehr als 3 Minuten aufweist. eine bestimmte Spannung an diese Teile angelegt ist. Obwohl der Leitungsdraht 7 in einem Stück mit Das Masseverhältnis des Aluminiumoxidpulvers zum der spiralförmigen Heizfolie S ausgebildet sein kann, Molybdänpulver, aus denen die elektrisch isoliewobei beide getrennt hergestellt und später mitein- rende und wärmebeständige Vergußschicht 3 beander verbunden werden, ist es vorteilhaft, ein Ver- ao steht, variiert zwischen 100:0, 85:15, 80:20, bindungsglied 9 zu verwenden, wie es in Fig. 5 dar- 75:25, 70:30 und 50:50. Der bei den jeweiligen gestellt ist. Das Verbindungsglied 9 besteht aus zwei Verhältnissen gemessene Ableitstrom wurde aufgeleitenden Teilen, die nahezu im rechten Winkel ge- tragen, obwohl sich die Stärke des Ableitstromes in bogen sind und mit den gegenüberliegenden Seiten Abhängigkeit von der Höhe der angelegten Spander Heizfolie S verbunden sind. Der Leitungsdraht 7 25 nung und dem Abstand zwischen der spiralförmigen ist mit einem der leitenden Teile verbunden. Dieser Heizfolie und dem zylindrischen Teil ändert. Die in Aufbau vermeidet eine thermische Deformation der F i g. 7 dargestellte Kurve zeigt, daß das Verhältnis äußerst dünnen Heizfolie S. in einem Bereich von 100:0 bis 75:25 einen Ab-Ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen der leitstrom ergibt, der für Kathoden für die obenerfindungsgemäßen indirekt geheizten Kathode wird 30 genannten Verwendungszwecke zulässig ist. Im Falle im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben. Ein eines Verhältnisses von 100:0 zeigt das Zusetzen Photolack wird einheitlich auf die gegenüberliegen- des Metallpulvers keinen Vorteil. Es wurde gefunden Oberflächen einer flachen Wolframfolie mit den, daß ein Zusatz von 5 bis 30 Gewichtsprozent einer Dicke von 25 bis 100 μΐη aufgebracht. Eine Metallpulver im Hinblick auf eine Verringerung des mit dem gewünschten Muster perforierte Maske 35 Ableitstromes und eine Optimierung des durch das wird auf dem Photolacküberzug angeordnet und Metallpulver erzielten Effektes angemessen ist.
dieser durch die Perforation der Maske belichtet. Es ist vorteilhaft, metallische Schichten mit einem Schließlich wird der belichtete Photolacküberzug ge- hohen Schmelzpunkt, beispielsweise aus einer Ruätzt, so daß eine ebene spiralförmige Folie des ge- Mo-Legierung auf der Innenfläche des metallischen wünschten Musters, beispielsweise eines spiralförmi- 40 zylindrischen Teiles und der Unterfläche des Kathogen Musters wie es in F i g. 4 dargestellt ist, übrig- densubstrats vorzusehen, bevor das Gemisch aus dem bleibt. Die resultierende spiralförmige Folie wird Metallpulver in das zylindrische Teil dicht eingefüllt dann in einer Formeinrichtung geformt, die einen wird. Wenn das Molybdänpulver und die metallische oberen Preßstempel 11, einen Führungszylinder 12 Schicht bei einer Temperatur von 1700° C etwa und einen unteren Preßstempel 13 aufweist, die alle 45 1 Stunde lang gesintert werden, schmelzen sie zu· aus Molybdän hergestellt sind. Der untere Preß- sammen, wodurch der resultierende, elektrisch isostempel 13 weist eine konvexe Oberfläche 14 auf, lierende und wärmeleitende Körper fest an dem und der obere Preßstempel 11 ist mit einer komple- metallischen, zylindrischen Teil haftet,
inentären konkaven Oberfläche 15 ausgebildet; so Bei der Kathode ist es möglich, die Arbeitstemdaß die ebene Folie, wenn sie zwischen den oberen 5° peratur der Heizung durch eine geeignete Wahl des und den unteren Preßstempel gepreßt wird, in eine Verhältnisses eines Pulvers aus einem Metalloxid zu teilkugelförmige Gestalt verformt wird, die den glei- einem Pulver aus Metall zu verringern, die den elekchen Krümmungsradius wie die konkaven und kon- irisch isolierenden und wärmeleitenden Körper bilvexen Oberflächen aufweist. Es ist vorteilhaft, die den. F i g. 8 zeigt die Beziehung zwischen der Tem-Heizfolie einer geeigneten Wärmebehandlung zu 55 peratur der Heizung und dem Verhältnis des Aluunterwerfen, während der Druck angelegt ist. Das miniumoxids zum Molybdän. F i g. 8 zeigt, daß dii kann dadurch erfolgen, daß die Preßstempelanord- Arbeitstemperatur der Heizung auf 1570° C zu stei nung und die Heizfolie auf eine Temperatur von gern ist, wenn nur Pulver aus Aluminiumoxid ver 1700° C 2 Stunden lang in einem Wasserstoff ent- wandt wird. Mit zunehmendem Anteil an Metall haltenden Ofen erhitzt wird. 60 pulver sinkt die Arbeitstemperatur ab und betrag Der elektrisch isolierende und wärmebeständige an der unteren Grenze des zugesetzten Metalls, d. h Körper, in den die spiralförmige Heizfolie eingebet- bei einem Masseanteil von 30⁰/o, nur 1320° C.
tet ist, besteht aus einem Gemisch aus Aluminium- F i g. 9 zeigt einen Vergleich der Anheizzeit der ii oxid und einer geeigneten Menge Molybdänpulvers, F i g. 3 dargestellten Ausführungsform und einer be d.h. er wird nicht nur durch das Metalloxid gebil- 65 kannten Konstruktion, bei der eine schraubenföi det. Die wirksame Oberfläche oder die Oberfläche der mige Spulenheizung verwandt wird, wobei auf de spiralförmigen Heizfolie befindet sich nahe dem Ordinate der Heizstrom und auf der Abszisse di Kathodensubstrat. Wenn es erforderlich ist, den Zeit in Minuten aufgetragen ist. Die Kurve A stelThe turn of a flat heating film is attributed to the extremely thin edge section of the spiral-shaped den. Since the length of the cylindrical part on this heating foil is reduced near the inner surface of the metallic zy-way, it is possible to arrange that of the cylindrical part, so it is necessary to dissipate heat from the outer surface of the cylindri- the amount of metal powder to a certain level see part of the heat loss caused by limiting it proportionally to the upper limit in order to avoid that tional lowering. Since the shortening of the cylindri- a vagabonding or ablcit current across the see part reduces the heat storage capacity of the cathode, the metallic cylindrical part and the spiral conveyor, their heating-up time can also be reduced. This is also caused by reducing the cathode. FIG. 7 shows the relationship that a concave-shaped heating foil 5 is disposed in the vicinity of the leakage current and the ratio of the cathode substrate 2. This aspect (mass ratio) of the aluminum oxide to the molyb lead form of a cathode with the above-described. The in F i g. 7 curve shows a benen dimensions leakage current within 2 minutes, which flows between the metallic cylinder after the energy supply ready for operation, domestic part and the spiral heating foil against a known cathode a heating time of 15 in Fig. 3, if more than 3 minutes. a certain voltage is applied to these parts. Although the lead wire 7 can be formed in one piece with the mass ratio of the aluminum oxide powder to the spiral heating foil S, molybdenum powder, from which the electrically insulating layers are produced separately and later connected to one another and heat-resistant potting layer 3, it is advantageous to use a Ver - stands ao, varies between 100: 0, 85:15, 80:20, use link 9 as shown in Fig. 5 - 75:25, 70:30 and 50:50. Which is placed with the respective. The connecting link 9 consists of two proportions measured leakage current was carried upward parts, which are carried almost at right angles, although the strength of the discharge current are curved and are connected to the opposite sides depending on the height of the applied Spander heating foil S. The lead wire 7 25 voltage and the distance between the spiral is connected to one of the conductive parts. This heating foil and the cylindrical part changes. The under construction avoids thermal deformation of the FIG. 7 shows that the ratio of extremely thin heating foil S. in a range from 100: 0 to 75:25 gives an example of a method for producing the conductive current that is mentioned 30 for cathodes for the indirectly heated cathode according to the invention Uses is permitted. In the case described in connection with FIG. 6. A ratio of 100: 0 indicates that adding photoresist will be uniform to the opposing metal powder with no benefit. It has been found surfaces of a flat tungsten foil with the addition of 5 to 30 percent by weight of a thickness of 25 to 100 μm. A metal powder with a view to reducing the mask 35 leakage current perforated with the desired pattern and optimizing the effect achieved by it being arranged on the photoresist coating and metal powder is appropriate.
this exposed through the perforation of the mask. It is advantageous to etch metallic layers with a finally the exposed photoresist coating has a high melting point, for example from a Ru, so that a flat spiral-shaped foil of the Ge-Mo alloy on the inner surface of the desired metallic pattern, for example a spiral-shaped cylindrical part and the lower surface of the cathogen pattern as shown in FIG. 4 is shown to provide leftover substrate before the mixture remains out of the. The resulting spiral sheet is filled with metal powder in the cylindrical part tightly then molded in a mold which becomes one. When the molybdenum powder and the metallic upper press ram 11, a guide cylinder 12 layer at a temperature of 1700 ° C approximately and a lower press ram 13, which are sintered every 45 for 1 hour, they are made of molybdenum melt. The lower press ram, whereby the resulting, electrical isostamper 13 has a convex surface 14, lined and heat-conducting body firmly to the and the upper press ram 11 is adhered to a completely metallic, cylindrical part,
internal concave surface 15 formed; In the case of the cathode, it is possible to shape the flat film into a ratio of a powder of a metal oxide to a partially spherical shape when it is pressed between the upper 5 ° temperature of the heating by a suitable choice of the and the lower press die, which reduce the same powder of metal, which has the elekchen radius of curvature like the concave and conical insulating and heat-conducting bodies bilvex surfaces. It is beneficial to have the. F i g. Fig. 8 shows the relationship between the tem-heating film to a suitable heat treatment to 55 temperature of heating and the ratio of aluminum subject while the pressure is applied. The minium oxide to molybdenum. F i g. 8 shows that this can be done by setting the press ram operating temperature of the heater to 1570 ° C and the heating foil to a temperature of good, if only powder of aluminum oxide ver 1700 ° C for 2 hours in a hydrogen. is turned. With increasing proportion of metal holding furnace is heated. 60 powder drops the working temperature and amounts to The electrically insulating and heat-resistant at the lower limit of the added metal, i.e. h Body in which the spiral-shaped heating foil is embedded - with a mass fraction of 30 ⁰ / o, only 1320 ° C.
tet is composed of a mixture of aluminum F i g. 9 shows a comparison of the heating time of the oxide and a suitable amount of molybdenum powder, FIG. 3 shown embodiment and a be that it is not only formed by the metal oxide 65 known construction in which a screw föi det. The effective surface or the surface of the moderate coil heating is used, with the heating current being located on the spiral-shaped heating foil near the ordinate and the cathode substrate on the abscissa. If necessary, the time is plotted in minutes. The curve A stel

clic Anhei/kcniilinic tier eiTmdimgsgemälk'ii K;Ulioc!e und die Kurve Il die tier bekannten Konstruktion dar. In beiden Fällen wurilc eine 1 lei/spaiinung von (i,3 V verwandt. Wie es ;in llaiul der Kurve A zu ersehen ist, erreicht bei der eiTmdungsgcmälk'n Kathode die Temperatur der Heizung innerhalb von etwa 2 Minuten einen dleichgeuiehts/iiManil, wohingegen bei tier Kurve /i für die bekannte Vorrichtung eine Anheiz/eit von etwa 3 Minuten erforderlich ist.clic Anhei / kcniilinic tier eiTmdimgsgemälk'ii K; Ulioc! e and the curve II represent the well-known construction. In both cases a lei / spaiination of (i, 3 V was used. As can be seen in Ilaiul of curve A. is, in the case of the eiTmdungsgcmälk'n cathode, the temperature of the heater reaches a level of equilibrium within about 2 minutes, whereas with the curve / i for the known device a heating time of about 3 minutes is required.

Aus Clründen, die im folgenden dargelegt werden, liegt die lücke der Metallfolie, tlie die Kathodenheizung bildet, vorzugsweise in einem Bereich von 25 ιun bis 0.1 mm. Die Folie besieht aus Wolfram, das einen hohen Schmelzpunkt aufweist und bei hohen Temperaturen stabil ist. Dieses Metall ist jedoch schwer zu walzen, und die kleinste erhältliche Dicke liegt bei etwa 20 μηι. Folien von etwa 20 μΐη variieren in ihrer Dicke in Walzrichtung, was zu lokalen Aufheizungen und Brüchen an diesen Stellen führt. Aus diesem Grund ist es notwendig, die Dicke tier Folie auf einen Wert zu steigern, der eine solche Änderung der Dicke nicht verursacht. Eine solch minimale Dicke liegt bei etwa 25 μΐπ. Andere γιο seits werden Folien gewünschten Muslers gewöhnlich durch die Photoätztechnik hergestellt, wie es oben beschrieben wurde. Die maximale Dicke für diese Technik liegt bei 0,1 mm. Dicken, die diesen Wer überschreiten, vermindern den Vorteil der Verweil· dung dünner Folien.For reasons set out below, If the gap is in the metal foil, tlie the cathode heater forms, preferably in a range from 25 μm to 0.1 mm. The foil is made of tungsten, which has a high melting point and is stable at high temperatures. However, this metal is difficult to roll, and the smallest available thickness is about 20 μm. Foils of about 20 μm vary in their thickness in the rolling direction, which leads to local heating and fractures at these points leads. For this reason, it is necessary to increase the thickness of the film to a value that is one such change in thickness does not cause. Such a minimum thickness is around 25 μΐπ. Other γιο on the other hand, foils of desired musler are usually made by the photo-etching technique, as above has been described. The maximum thickness for this technique is 0.1 mm. Thick who this who exceed the advantage of lingering thin films.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

509 582/509 582 /

Λ QQ3 Λ QQ3

Claims (5)

ι 2 Teil der von der Heizung erzeugten Wärme von Patentansprüche: einem Metallzylinder, der die Heizspule und den elektrischen Isolator enthält, nach außen abgestrahltι 2 part of the heat generated by the heater of patent claims: a metal cylinder, which contains the heating coil and the electrical insulator, radiated to the outside 1. Indirekt geheizte Kathode, bei der ein Elek- wird. Darüber hinaus ist die Anheizzeit, d. h. der tronen emittierendes Substrat an einem Ende 5 Zeitabschnitt zwischen der Energieversorgung der eines Kathodengehäuses durch eine Heizspirale Hebung und einem Zeitpunkt, an dem ein Elekaus einer Metallfolie erhitzt wird, die in einen tronenstrahl ausgesandt wird, lang. Die Anhei-aeit wärmebeständigen, elektrischen Isolator einge- läßt sich durch eine Folienheizung verringern,
bettet und dicht an dieses Gehäuse eingesetzt Durch die deutsche Offenlegungsschrift 15 64 841 ist, wobei die wirksame Oberfläche der Heizfolie io ist eine derartige indirekt geheizte Kathode mit einer diesem Substrat zugewandt und im Abstand da- gegenläufigen Heizspirale aus einer Metallfolie bevon angeordnet ist, dadurch gekenn- kannt, die nach dem Fotoätzverfahren hergestellt ist. zeichnet, daß die Heizfolie (5) aub Wolfram Die Folie dieser Heizspirale weist eine Dicke von und der Isolator (3, 4) aus einem Gemisch aus 60 bis 90 (im auf und besteht aus einem Metall mit wärmebeständigem, elektrisch isolierendem Alu- »5 einem geringen elektrischen Leitwert, insbesondere miniumoxid und Molybdänpulver im Masse- aus einer Eisen-Nickel-Molybdän-Legierung. Sie ist verhältnis von 95 : 5 bis 70: 30 besteht. in eine Isolierschicht eingebettet, die vorzugsweise1. Indirectly heated cathode, where an elec- In addition, the heating-up time, ie the electron-emitting substrate at one end 5 time segment between the energy supply of a cathode housing by a heating coil and a point in time at which an electrode of a metal foil is heated, which is emitted in an electron beam, is long. The amount of heat-resistant, electrical insulator can be reduced by using a foil heater,
embedded and inserted close to this housing. The German Offenlegungsschrift 15 64 841, whereby the effective surface of the heating foil is such an indirectly heated cathode facing this substrate and is arranged at a distance from it, a heating coil made of a metal foil - knows, which is made by the photo-etching process. shows that the heating foil (5) is made of tungsten. The foil of this heating coil has a thickness of and the insulator (3, 4) consists of a mixture of 60 to 90 (im and consists of a metal with heat-resistant, electrically insulating aluminum a low electrical conductivity, in particular minium oxide and molybdenum powder in bulk - from an iron-nickel-molybdenum alloy, with a ratio of 95: 5 to 70:30, embedded in an insulating layer, which is preferably 2. Kathode nach Anspruch Ϊ, dadurch gekenn- Berylliumoxid- oder Aluminiumoxidpulver enthält, zeichnet, daß das Gehäuse (1) die Form eines Wird Aluminiumoxid allein als Isolator verwandt, so Zylinders mit zwei offenen Enden aufweist und 20 kann der Verluststrom infolge der guten elektrischen das Elektronen emittierende Substrat (2) an dem Isolation sehr klein gehalten werden. Dabei ist jedoch Zylinder so befestigt ist, daß es seine eine End- die Wärmeleitfähigkeit sehr gering, und die von der öffnung verschließt. Heizfolie erzeugte Wärme wird nur ungenügend an2. Cathode according to claim Ϊ, characterized in that it contains beryllium oxide or aluminum oxide powder, draws that the housing (1) has the shape of a. If aluminum oxide is used alone as an insulator, so Has cylinder with two open ends and 20 can reduce the leakage current due to the good electrical the electron-emitting substrate (2) can be kept very small on the insulation. There is, however Cylinder is fixed so that there is one end - the thermal conductivity is very low, and that of the opening closes. Heat generated by heating foil is insufficient 3. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch die Emissionsschicht übertragen. Dies verursacht eine gekennzeichnet, daß die frei liegende Oberfläche 25 Verlängerung der Anheizzeit. Eine große Bedeutung des Elektronen emittierenden Substrats (2) kommt der thermischen Ausdehnung von Heizfolie konkav nach innen gewölbt und die andere Seite und Isolation zu, die infolge der relativ großen Heizdieses Substrats eben ist. fläche beachtlich ist. Unterschiede in den Ausdeh-3. Cathode according to claim 1 or 2, thereby transferring the emission layer. This causes a characterized in that the exposed surface 25 extends the heating time. Great importance of the electron-emitting substrate (2) comes from the thermal expansion of the heating foil concave inward and the other side and insulation too, as a result of the relatively large Heizdieses Substrate is flat. area is considerable. Differences in the 4. Kathode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch nungsKoeffizienten von Heizfolie und Isolator führen gekennzeichnet, daß das Elektronen emittierende 30 schnell zum Bruch der Heizfolie. Bei dieser bekann-Substrat (2) an seiner frei liegenden Oberfläche ten Kathode ist das Emissionsmaterial auf einen aus und an der anderen Seite parallel zur Folien- Metall bestehenden Kathodenkörper aufgebracht, heizung konkav nach innen gewölbt ist. was sich nachteilig auf den thermischen Wirkungs-4. Cathode according to claim 1 or 2, characterized by voltage coefficients of heating foil and insulator characterized in that the electron-emitting 30 quickly breaks the heating foil. With this well-known substrate (2) on its exposed surface th cathode is the emission material on one off and applied on the other side parallel to the foil metal existing cathode body, heating is concave inward. which has a detrimental effect on the thermal 5. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekenn- grad auswirkt.5. Cathode according to claim 1, characterized in that it has an effect. zeichnet, daß die Heizfolie (5) über ein Verbin- 35 Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu dungsglied (9) aus zwei flachen Winkelstücken Grunde, eine indirekt geheizte Kathode zu entwikmit einem Leitungsdraht (7) elektrisch verbun- kein, die einen verbesserten thermischen Wirkungsden ist. grad und eine kurze Anheizzeit aufweist. Die Aufshows that the heating foil (5) has a connection. Therefore, the invention is based on the object extension member (9) from two flat angle pieces to develop an indirectly heated cathode a lead wire (7) electrically connected, which has an improved thermal effect is. degree and has a short heating-up time. The on gabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des An-40 spruchs 1 gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sindtask is solved according to the characterizing part of claim 1. Embodiments of the invention are in den Unteransprüchen beschrieben.described in the subclaims. Die Wirkung der damit beanspruchten Maßnahme besteht darin, daß der auftretende Verluststrom gering ist und die thermische Nutzleistung und Lebens-The effect of the measure thus claimed is that the leakage current that occurs is low and the thermal power output and life Die Erfindung betrifft eine indirekt geheizte 45 dauer der Kathodenanordnung verbessert sind. Die Kathode, bei der ein Elektronen emittierendes Sub- Verringerung der Anheizzeit beruht im wesentlichen strat an einem Ende eines Kathodengehäuses durch auf den elektrischen und thermischen Eigenschaften eine Heizspirale aus einer Metallfolie erhitzt wird, des Isolationsmaterials zwischen Heizfolie und die in einen wärmebeständigen, elektrischen Isolator Kathodensubstanz.The invention relates to an indirectly heated 45 duration of the cathode arrangement are improved. the Cathode, in which an electron-emitting sub- reducing the heating-up time is essentially based strat at one end of a cathode housing through on the electrical and thermal properties a heating coil made of a metal foil is heated, the insulation material between the heating foil and the cathode substance in a heat-resistant, electrical insulator. eingebettet und dicht an dieses Gehäuse eingesetzt 50 Da das für die Isolation verwendete Aluminiumist, wobei die wirksame Oberfläche der Folienhei- oxid einen viel kleineren Ausdehnungskoeffizienten zung diesem Substrat zugewandt und im Abstand als Wolfram hat, das als Heizfolie verwendet wird, davon angeordnet ist. ist die Bruchgefahr für die Folie erhöht und damilembedded and inserted close to this housing 50 As the aluminum used for the insulation is the effective surface of the foil heat oxide having a much smaller coefficient of expansion facing this substrate and at a distance as tungsten, which is used as a heating foil, of which is arranged. the risk of breakage for the film is increased and damil Bei einer indirekt geheizten Kathode, die bei Elek- die Lebensdauer der Kathode herabgesetzt. Zui tronenröhren, Klystrons, Wanderfeldröhren verwandt 55 Lösung dieses Problems wird dem Aluminiumoxid wird, wird eine Elektronen emittierende Substanz Molybdänpulver im Verhältnis 95 :5 bis 70 : 30 zudurch eine Zwischenlage aus einem elektrischen gesetzt. Enthält dieses Gemisch mehr als 95°/c Alu-Isolator hindurch geheizt, so daß von ihr Elektronen miniumoxid, so treten die Schwierigkeiten mit der in Form eines Elektronenstrahles ausgehen. Die elek- unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten auf, enttrische Heizung weist im allgemeinen einen Wider- 60 hält es weniger als 70 %> Aluminiumoxid, so werden standsdraht auf, der in Form einer schraubenform!- die elektrischen Verlustströme zu hoch,
gen Spule gewickelt und in einen elektrischen Isolator Zum einschlägigen Stand der Technik wird zusätzeingebettet ist. lieh auf die deutsche Offenlegungsschrift 20 52 17^In the case of an indirectly heated cathode, which in the case of elec- trodes reduces the service life of the cathode. Zui tronenröhren, klystrons, traveling wave tubes related 55 solution to this problem is the aluminum oxide, an electron-emitting substance molybdenum powder in the ratio 95: 5 to 70: 30 is put through an intermediate layer of an electrical. If this mixture contains more than 95 ° / c aluminum insulator heated through it, so that its electron minium oxide, the difficulties arise with the emanating in the form of an electron beam. The electrical expansion coefficients are different, Enttrische heating generally has a resistance - if it is less than 70%> aluminum oxide, then stand wire, which is in the form of a helical shape! - the electrical leakage currents are too high,
Gen coil wound and in an electrical insulator to the relevant state of the art is additionally embedded. loaned to the German Offenlegungsschrift 20 52 17 ^ Ein Kennzeichen dieser Heizspule liegt darin, daß verwiesen, gemäß der eine bifilare Heizwicklung au: das von ihr ausgebildete magnetische Feld in keiner 65 Wolfram mit einer dünnen Aluminiumschicht über Weise den von der Kathode ausgehenden Elektronen- zogen und in eine Pulvermischung aus Molybdän unc strahl beeinflußt. Andererseits ist der thermische· Nickel eingebettet ist. Dabei wird sicherlich ein ge Wirkungsgrad der Heizung klein, da ein wesentlicher ringer Wärmeübergangswiderstand erreicht, wie e:A characteristic of this heating coil is that it is referred to, according to which a bifilar heating coil is: the magnetic field it creates is not covered by a thin layer of aluminum in tungsten Wise the electron drawn from the cathode and converted into a powder mixture of molybdenum unc beam affected. On the other hand, the thermal · nickel is embedded. There is certainly a ge Efficiency of the heating is low, since a significant low heat transfer resistance is achieved, such as e: