DE2604765B2

DE2604765B2 - Nachlieferungskathode

Info

Publication number: DE2604765B2
Application number: DE19762604765
Authority: DE
Inventors: Antonius Johannes Alberta van Os Johannes Gerardus van Blatter Johannes Reimer ZaIm Pieter Eindhoven Stratum (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1975-02-21
Filing date: 1976-02-07
Publication date: 1977-07-21
Also published as: FR2301914B1; NL165880C; DE2604765A1; JPS5622103B2; DE2604765C3; US4007393A; SE7601812L; CA1042061A; GB1476914A; FR2301914A1; SE406019B; NL7502052A; NL165880B; JPS51108761A

Description

40

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nachlieferungskathode für eine elektrische Entladungsröhre mit einem mit einer emittierenden Oberfläche versehenen porösen Metallkörper, der mit an die emittierende Oberfläche mindestens Barium und Scandium nachliefernden Verbindungen gefüllt ist, die mindestens Bariumoxid (BaO) und Scandiumoxid (Sc₂O₃) enthalten.

Eine scandiumhaltige Nachlieferungskathode ist aus der USA-Patentschrift 3 358 178 bekannt, in der ein Gemisch aus pulverformigem Wolfram und Bariumscandat (Ba₃Sc₄Og) zu einem mit einer emittierenden Oberfläche versehenen Körper gepreßt wird. Etwa 5-3Ü Gew.% dieses Körpers besteht aus Bariumscandat, das seinerseits aus 62,5 Gew.% Bariumoxid (BaO) und 37,5 Gew.% Scandiumoxid (Sc₂O₃) zusammengesetzt ist. Wegen des 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 Anwendungsbe reich beschränkt bleibt. Außerdem ist Scandium sehr teuer und somit für die Massenfertigung von Katho

den weniger attraktiv. . . . . _A,

Eine Nachlieferungskathode der im ersten Absatz genannten Art ist aus der USA-Patenjchrit 3719856 bekannt, in der u. a. imprägnierte Kathoden beschrieben sind, bei denen die nachliefernden Verbindungen ein Gemisch von Bariumoxid (BaO), Calciumoxid (CaO), Scandiumoxid (Sc₂O₃) und Yttnumoxid iY O) enthalten. In den nachliefernden Verbindungen sind 5 5 bzw. 18 Gew.% Scandiumoxid und Yttriumoxid enthalten. Durch die Anwendung dieser verhältnismäßig großen Mengen an seltenen Erdmetalloxiden, Scandiumoxid und dem ebenfalls teuren Yttriumoxid, wird dieser Kathodentyp besonders

^ODie Erfindung bezweckt, eine Kathode zu schaffen, die nur eine 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 nachliefernden Verbindungen auch Aluminiumoxid in Form von Aluminaten enthalten und die Scandiumoxidmenge in Form von Scandaten weniger als 10 Gew.% der Gesamtmenge der nachliefernden Verbindungen bildet.

Es stellte sich heraus, daß derartige Kathoden nahezu die gleichen günstigen Emissionseigenschaften wie gepreßte Kathoden mit als nachliefernder Verbindung lediglich Bariumscandat oder wie die Kathoden nach der genannten USA-Patentschrift 3 719856 aufweisen. Ein großer Vorteil ist, daß derartige Kathoden im Gegensatz zu den bariumscandathaltigen Kathoden durch Imprägnierung mit nachliefernden Verbindungen hergestellt werden können, während außerdem die Menge des kostspieligen Scandiumoxids, die erforderlich ist, erheblich kleiner ist und vorzugsweise 3 Gew.% der nachliefernden Verbindungen 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 Verbindungen 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 Bariumscandataluminat und Calciumscandataluminat bestehen.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Vorhandensein einer sehr dünnen Scandiumoxidschicht auf der emittierenden 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 · 2Al₂O₃ · 3CaO hergestellt ist, wird mit Scandiumoxid (Sc₂O₃) dadurch überzogen, daß sie mit

einer verdünnten Lösung von Scandiumnitrat in Was- gesetzt wird.

ser benetzt oder die emittierende Oberfläche durch 17 g, A1(NO₃)₃

Zrrstäubung mit einer Schicht aus Scandiumoxid 26,1 g Ba(NO₃J₂

(Sc₂O₃) versehen wird. Die Emissionseigenschaften 9,8 g Ca(NOj)₂

einer derartigen Kathode gleichen annäht rnd denen 5 1,6 g Sc₂O₃ in 5 ml HNO₃.

der in der USA-Patentschrift 3 358178 beschriebenen Dieser Lösung von Nitraten wird 50 g ΝΗ,,-Karbo-

Kathoden aus Wolfram und Bariumscandat. Die Le- nat in 200 ml Wasser zugesetzt. Dieser Zusatz muß

bensdauer derartiger Kathoden ist selbstverständlich tropfenweise und unter stetigem Rühren stattfinden.

kurz, weil keine Nachlieferung stattfindet. Nach dem Der Feststoff, der das gewünschte Gemisch bildet,

Entfernen der dünnen Scandiumoxidschicht, z. B. ¹⁰ wird durch Schleudern, Abtrennen und dreimaliges

durch Polieren oder Zerstäuben in Argon, tritt wieder Waschen in Wasser und anschließende Trocknung in

die bekannte niedrigere Emission auf. Luft bei 20° C erhalten. Der poröse Metallkörper der

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausfüh- Kattioden wird mit dem geschmolzenen Gemisch im-

rungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. prägniert, wobei letzteres in die Poren fließt und ein-

Es zeigt ^l5 diffundiert und die Poren nahezu völlig ausfüllt. Lie

Fig 1 eine Kathode nach der Erfindung, und imprägnierten Kathoden werden dann mit einer

Fig. 2 eine Übersicht, in dem die erfindungsge- Wolframbürste von dem überschüssigen Gemisch bemäße Kathode mit dem bisherigen Stand der Technik freit, abgespült und in Difluordichlormethan (Freon) verglichen wird. einer Ultraschallschwingungsbehandlung unterwor-

Fig. 1 zeigt eine Kathode nach der Erfindung. ^ao fen. Anschließend wird die Kathode in einer Umhül-

Der poröse Metallkörper ist von einem Metallzy- lung angeordnet und bei etwa 1500° K aktiviert,

linder 2, vorzugsweise aus Molybdän, umgeben. In Fig. 2 zeigt in Spalte 1 die Zusammensetzung in

diesem Zylinder befindet sich ein Heizkörper 3 und Gew.% und die Eigenschaften der Nachlieferungska-

eine Querwand 4, vorzugsweise ebenfalls aus Molyb- thode gemäß der genannten USA-Patentschrift

dän, um eine Emission aus dem emittierenden Kör- ^a5 3358178. Spalte 2 zeigt die Zusammensetzung in

per 1 zu dem Heizkörper 3 zu verhindern. 5 bezeich- Gew.% und die Eigenschaften der Kathode gemäß

net die emittierende Oberfläche der Kathode. der USA-Patentschrift 3719856, und die Spalte 3

Der poröse Metallkörper, der aus Wolfram herge- zeigt die Zusammensetzung in Gew.% und die Eigenstellt ist, weist eine Dichte von etwa 80% (meist zwi- schäften der Kathode nach der vorliegenden Erfinschen 78 und 85%) auf. Dieser poröse Metallkörper 3° dung. Aus dieser Tabelle geht hervor, daß eine wewird dann auf übliche Weise mit einem Gemisch, her- sentlich kleinere Menge an seltenen Erdnietalloxiden gestellt aus 3 Gew.% Scandiumoxid und aus Barium- in der Kathode nach der Erfindung benötigt wird, um oxid, Calciumoxid und Aluminiumoxid, imprägniert. eine lange Lebensdauer von 3000 Stunden (h) und Dieses Gemisch ist zuvor lange Zeit gemahlen und günstige Emissionseigenschaften (5 A/cm² bei gesiebt worden, so daß der Durchmesser dieser Teil- 35 1000° C) zu erhalten. Außerdem kann sich die erfinchen im wesentlichen zwischen 5 und 50 μπι liegt. dungsgemäße Kathode schneller (in weniger als 10

Das Gemisch kann auch dadurch erhalten werden, Minuten) nach einem Ionenbeschuß (Vergiftung der

daß dem nachstehenden Gemisch 800 ml Wasser zu- Kathode) als die bekannten Kathoden regenerieren.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nachlieferungskathode für eine elektrische Entladungsrohre mit einem mit einer emittieren- S den Oberfläche versehenen porösen Metallkörper, der mit an die emittierende Oberfläche mindestens Barium und Scandium nachliefernden Verbindungen gefüllt ist, die mindestens Bariumoxid (BaO) und Scandiumoxid (Sc₂O₃) enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die nachliefernden Verbindungen auch Aluminiumoxid (Al₂O₃) in Form von Aluminaten enthalten und die Scandiumoxidmenge in Form von Scandaten weniger als 10 Gew.% der Gesamtmenge der nachliefernden Verbindungen bildet.

2. Nachlieferungskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Scandiumoxid 2-7 Gew.% der Gesamtmenge der nachliefernden Verbindungen bildet. ^ao

3. Nachlieferungskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an Scandiumoxid etwa 3 Gew.% der Gesamtmenge der nachliefernden Verbindungen bildet.

4. Nachlieferungskathode nach einem der vor- *5 stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nachliefernden Verbindungen neben dem Scandiumoxid und Bariumoxid auch Calciumoxid und Aluminiumoxid in einem Gewichtsverhältnis zwischen dem Bariumoxid, Calciumoxid und Aluminiumoxid von 5:3:2 enthalten.

5. Nachlieferungskathode nach einem der Ansprüche 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nachliefernden Verbindungen neben dem Scandiumoxid und Bariumoxid auch Calciumoxid und Aluminiumoxid in einem Gewichtsverhältnis zwischen dem Bariumoxid, Calciumoxid und Aluminiumoxid von 4:1:1 enthalten.