DE2604765A1

DE2604765A1 - Nachlieferungskathode

Info

Publication number: DE2604765A1
Application number: DE19762604765
Authority: DE
Inventors: Johannes Reinier Blatter; Johannes Gerardus Van Os; Antonius Johannes Albe Stratum; Pieter Zalm
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-02-21
Filing date: 1976-02-07
Publication date: 1976-09-02
Also published as: FR2301914B1; NL165880C; JPS5622103B2; DE2604765C3; US4007393A; SE7601812L; CA1042061A; GB1476914A; DE2604765B2; FR2301914A1; SE406019B; NL7502052A; NL165880B; JPS51108761A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nachlief erungskathode mit einem mit einer emittierenden Oberfläche versehenen porösen Metallkörper, der mit (einer) an die emittierende Oberfläche mindestens Barium und Scandium nachliefernden Verbindung(en) gefüllt ist, welche Verbindung(en) mindestens Bariumoxid (BaO) und Scandiumoxid (Sc OJ enthält (enthalten.)

Eine scandiumhaltige Nachlieferungskathode ist aus der USA-Patentschrift 3.358.178 bekannt, in der ein Gemisch aus pulverförmigem Wolfram und Bariumscandat (BaoSc. 0_Q) zii einem mit einer emittierenden

609838/0599 original inspected

-«- PHN.7909

3.7.75

Oberfläche versehenen Körper gepresst wird. Etwa 5-30 dieses Körpers besteht aus Bariumscandat, das seinerseits aus 62,5 Gew.^o Bariumoxid (BaO) und 37 »5 Gew. ^ Scandiumoxid (SCpO„) zusammengesetzt ist. Wegen das hohen Schmelzpunkts dieses Bariumscandats ist eine Imprägnierung" unmöglich und ist es auch nicht möglich, den emittierenden Körper auf andere Weise als durch Pressen eines Gemisches von Metallpulver und Bariumscandat herzustellen. Dadurch lassen sich sehr schwer grosse Kathoden herstellen, wodurch der Anwendungsbereich beschränkt bleibt. Ausserdem ist Scandium sehr teuer und somit für die Massenfertigung von Kathoden weniger attraktiv.

Eine Nachlieferungskathode der im ersten Absatz genannten Art ist aus der USA-Patentschrift 3·719·856 bekannt, in der u.a. imprägnierte Kathoden beschrieben sind, bei denen die nachliefernde(n) Verbindung(en) ein Gemisch von Bariumoxid (BaO), Calciumoxid (CaO), Scandiumoxid (Sc„O^) und Yttriumoxid (YpO„<) enthält (enthalten) . Die Mengen an Scandiumoxid und Yttriumoxid in der (den) nachliefernden Verbindung(en) sind 5j5 bzw. 18 Gew.^. Durch die Anwendung dieser verhältnismässig grossen Mengen an seltenen Erdmetalloxiden, Scandiumoxid und dem ebenfalls teueren Yttriumoxid, wird dieser Kathodentyp besonders kostspielig.

S0 9836/0599

.7909

3.7,75

Die Erfindung bezweckt, eine Kathode

zu schaffen, die nur eine sehr geringe Scandiumoxidmenge und kein Yttriumoxid enthält, jedoch wohl die gleichen günstigen Emissionseigenschaften wie die vorgenannten Kathoden aufweist, und die auch durch Imprägnierung hergestellt werden kann. Die Kathode ist dadurch preiswert und kann unbeschränkte Abmessungen aufweisen.

Eine Kathode der im ersten Absatz erwähnten Art ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die nachliefernde(n) Verbindung(en) auch Aluminiumoxid enthält (enthalten) und die Scandiumoxidmenge weniger als 10 Gew.^ der Gesamtmenge der nachliefernden Verbindungen) bildet.

Es stellte sich heraus, dass derartige Katho.de nahezu die gleichen günstigen Emissionseigenschaften wie gepresste Kathoden mit als nachliefernder Verbindung lediglich Bariumscandat oder wie die Kathoden nach der genannten USA-Patentschrift 1·719·856 aufweisen. Ein grosser Vorteil ist dass derartige Kathoden im Gegensatz zu den bariumscandathaltigen Kathoden durch Imprägnierung mit (einer) nachliefernden Verbindung(en) hergestellt werden können, während ausserdem die Menge des kostspieligen Scandiumoxids, die erforderlich ist, erheblich kleiner ist und vorzugsweise 3 Gew.$ der nachliefernden Verbindung(en)

609838/0599

-h- ' PHN.7909

3.7.75

beträgt. Ausserdem stellt sich heraus, dass sich derartige Kathoden nach einem Ionenbeschuss (Vergiftung) der emittierenden Oberfläche im Gegensatz zu den bekannten Kathoden schnell reaktivieren. Die Reaktivierungszeit beträgt weniger^ als 10 Minuten. Derartige Kathoden können in jeder gewünschten Abmessung hergestellt und in einem grossen Bereich angewendet werden.

Sehr günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn die Scandiumoxidmenge 2-7 Gew.^ der Gesamtmenge der nachliefernden Verbindung(en) bildet. Das Ergebnis ist optimal bei 3 Gew.$ Scandiumoxid.

Wenn die nachliefernden Verbindungen

aus Scandiumoxid unter Zusatz von Bariumoxid, Calciumoxid und Aluminiumoxid in einem Gewichtsverhältnis von 5 : 3 ' -2 oder 4:1:1 zusammengesetzt werden, werden diese im Wesentlichen aus Bariumscandatalumxnat und Calciumscandatalumxnat bestehen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis

zugrunde, dass das Vorhandensein einer sehr dünnen Scandiumoxidschicht auf der emittierenddn Oberfläche für die Wirkung der Kathode von wesentlicher Bedeutung ist. Dies ergibt sich aus dem nachstehenden Versuch. Eine bekannte Kathode, die durch Imprägnierung mit Bariumcalciumaluminaten mit der Bruttozusammensetzung 5BaO.2AlpO„.3Ca0 hergestellt ist, wird mit Scandiximoxid

S09836/0599

-ί- PIIN. 7909

3.7-75

260Α765

(Sc_0„) dadurch überzogen, dass sie mit einer verdünnten Lösung von Scandiuranitrat in Wasser benetzt oder die emittierende Oberfläche durch Zerstäubung mit einer Schicht aus Scandiumoxid (Sc„O„) versehen wird. Die Emissionseigenschaften einer derartigen Kathode gleichen annähernd denen der in der USA-Pa.tentschrift 3«35ß«178 beschriebenen Kathoden aus Wolfram und Bariumscandat. Die Lebensdauer derartiger Kathoden ist selbstverständlich kurz, weil keine Nachlieferung stattfindet. Entfernung der dünnen Scandiumoxidschiclit z.B. diirch Polieren oder Zerstäuben in Argon hat wieder die bekannte niedrigere Emission zur Folge.

Die Erfindung wird nachstehend an einem

Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kathode nach der Erfindung, und Fig. 2 eine Übersicht, in dem die

erfindungsgemässe Kathode mit dem bisherigen Stand der Technik verglichen wird.

Fig. 1 zeigt eine Kathode nach der Erfindung, Der poröse Metallkörper ist von einem

Metallzylinder 2, vorzugsweise aus Molybdän, umgeben. In diesem zylinder befindet sich ein Heizkörper 3 und eine Querwand h, vorzugsweise ebenfalls aus Molybdän, um Emission aus dem emittierenden Körper 1 zu dem

609836/0599

ΓΗΝ.79Ο9 3.7-75

Heizkörper 3 ^zu verhindern. 5 bezeichnet die emittierende Oberfläche der Kathode.

Der poröse Metallkörper, der aus Wolfram hergestellt ist, weist eine Dichte von etwa 80 ^ (meist zwischen 7ß und 85 $) auf. Dieser poröse Metallkörper wird dann auf übliche Weise mit einem Gemisch aud 3 Gew.^ Scandiumoxid, ergänzt mit Bariumoxid, Calciumoxid und Aluminiumoxid, imprägniert. Dieses Gemisch ist zuvor lange Zeit gemahlen und gesiebt worden, so dass der Durchmesser der Teilchen im wesentlichen zwischen 5 und 50 /um liegt.

Das Gemisch kann auch dadurch erhalten werden, dass das nachstehende Gemisch 800 ml Wasser zugesetzt wird.

17 g A

26,1 g
9,8 g Ca(NO₃)₂
1,6 g Sc₂O₃ in 5 ml HWO₃.

Diese:· Lösung von Nitraten wird 50 g

NHk-Karbonat in 200 ml Wasser zugesetzt. Dieser.Zusatz muss tropfenweise und unter stetigem Rühren stattfinden. Der Feststoff, der das gewünschte Gemisch bildet, wird durch Schleudern, Abtrennen und dreimaliges Waschen in Wasser und anschliessende Trocknung in Luft bei 20°C erhalten. Die Kathoden werden dadurch gebildet, dass

609836/0599

-7- PHN.7909

3.7-75

260A765

der poröse Metallkörper mit dem Gemisch imprägniert wird, das sich im geschmolzenen Zustand befindet. Dazu muss der poröse Metallkörper in innigen Kontakt mit dem geschmolzenen Gemisch gebracht werden, wobei letzteres in die Pore"h fliesst und eindiffundiert und die Poren nahezu völlig ausfüllt, Die imprägnierten Kathoden werden dann mit einer Wolframbürste von dem überschlüssigen Gemisch befreit, abgespült und in Freon einer Ultraschallschwingungsbehandlung unterworfen. Anschliessend wird die Kathode in einer Umhüllung angeordnet und bei etwa 1500⁰K aktiviert.

Fig. 2 zeigt in Spalte 1 die Zusammensetzung in Gew.^£ und die Eigenschaften der Nachlieferungskathode gemäss der genannten USA-Patentschrift 3«358..1 Spalte 2 zeigt die Zusammensetzung in Gew.^o und die Eigenschaften der Kathode gemäss der USA-Patentschrift 3·719·856 und die Spalte 3 zeigt die Zusammensetzung in Gew.$ und die Eigenschaften der Kathode nach der vor-^ liegenden Erfindung. Aus dieser Tabelle geht hervor, dass eine wesentlich kleinere Menge an seltenen Erdmetalloxiden in der Kathode nach der Erfindung benötigt wird, während eine lange Lebensdauer von 3000 Stunden (h) und günstige Emissionseigenschaften (5 A/cm² bei 1000^CC) enthalten werden. Ausserdem kann sich die erfindungsgemässe Kathode schneller (in weniger als 10 Minuten) nach einem Ionenbeschuss (Vergiftung dor Kathode) als die bekannten Kathoden wioierhersteilen..

609836/0599

Claims

-8- PHN.7909

3.7-75

PATENTANSPRÜCHE:

1.j Nachlieferungskathode mit einem mit

einer emittierenden Oberfläche versehen porösen Metallkörper, der mit (einer) an die emittierende Oberfläche mindestens Barium und Scandium nachliefernden Verbindung(en) gefüllt ist, welche Verbindung(en) mindestens Bariumoxid (BaO) und Scandiumoxid (Sc 0„) enthält (enthalten), dadurch gekennzeichnet, dass die nachliefernde(n) Verbindung(en) auch Aluminiumoxid (Α1_?0_) enthält (enthalten) und die Scandiumoxidmenge weniger als 10 Gew.^ der Gesamtmenge der nachliefernden Verbindung(en) bildet.

2. Nachlieferungskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Scandiumoxid 2-7 Gew.% der Gesamtmenge der nachliefernden Verbindung(en) bildet.

3. Nachlieferungskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an Scandiumoxid etwa 3 Gew.^ der Gesamtmenge der nachliefernden Verbindung(en) bildet.

h. Nachlieferungskathode nach einem der

vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nachliefernde(n) Verbindung(en) neben dem Scandiumoxid und Bariumoxid auch Calciumoxid und Aluminiumoxid in einem Gewichtsverhältnis zwischen dem Bariumoxid, Caldiumoxid und Aluminiumoxid von 5*3:2 enthält (enthalten).

609836/0599

-9- PHN.7909

3.7.75

5· Nachlieferungskathode nach einem der

Ansprüche 1, 2 und 3i dadurch gekennzeichnet, dass die nachliefernde(n) Verbindung(en) neben dem Scandiumoxid und Bariumoxid auch Calciumoxid und Aluminiumoxid in einem Gewichtsverhältnis zwischen dem Bariumoxid, Calciumoxid und Aluminiumoxid von 4:1:1 enthält(enthalten).

6. Elektrische Entladungsröhre, die mit

einer Nachlieferungskathode nach einem der vorstehenden Ansprüche versehen ist.

609836/0599

AO

Leerseite