DE690852C - Schichten mit hoher Sekundaerelektronenemission und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Schichten mit hoher Sekundaerelektronenemission und Verfahren zu deren Herstellung

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DE690852C
DE690852C DE1936S0125311 DES0125311D DE690852C DE 690852 C DE690852 C DE 690852C DE 1936S0125311 DE1936S0125311 DE 1936S0125311 DE S0125311 D DES0125311 D DE S0125311D DE 690852 C DE690852 C DE 690852C
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alkaline earth
electrode
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Application number
DE1936S0125311
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Otto Krenzien
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Siemens and Halske AG
Siemens AG
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Siemens and Halske AG
Siemens AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/32Secondary-electron-emitting electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/12Manufacture of electrodes or electrode systems of photo-emissive cathodes; of secondary-emission electrodes
    • H01J9/125Manufacture of electrodes or electrode systems of photo-emissive cathodes; of secondary-emission electrodes of secondary emission electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/32Secondary emission electrodes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Description

  • Schichten mit hoher Sekundärelektronenemission und Verfahren zu deren Herstellung Unter den Verfahren, die für die Herstellung der aktiven Schicht für die Sekundäremissionselektroden von Elektronenvervielfacherröhren bekannt sind, wird besonders einem wegen der. mit ihm erreichbaren hohen Sekundärelektronenemission der Vorzug gegeben. Dieses Verfahren besteht darin, daß man auf den Grundkörper der Elektrode ein Gemisch von Silberoxyd, einem Alkalioxyd, z. B. Cäsiumoxyd, und einem Alkalimetall, z. B. Cäsium, in dünner Schicht aufträgt. Zu diesem Zwecke wird Silber in einer Glimmentladung in Sauerstoff oxydiert, das so entstandene Silberoxyd mit einem Alkalimetallbedampft und die Bestandteile dieser Schicht bei einer geeignet gewählten Temperatur miteinander zur Reaktion gebracht. Um die Eigenschaften solcher Sekundäremissionselektroden noch zu verbessern, wurde vorgeschlagen, die Reaktion zwischen dem Silberoxyd und dem Alkalimetall nur so weit zu führen, daß höchstens etwa 8o% des vorhandenen Silberoxydes durch das Alkalimetall reduziert werden. Die Menge des Alkalimetalls mini also genau bemessen werden. Eine solche Bemessung ist aber nicht so leicht und führt insbesondere dann zu Schwierigkeiten, wenn es sich um die Herstellung von Elektronenvervielfachern mit mehreren Stufen und geometrisch kompliziertem Innenaufbau handelt, da infolge der vergleichsweise hohen freien Elektronenweglängen der Alkalimetalle sowohl beim Aufbringen des Metalls auf die Schicht als auch beim Abdestillieren die Diffusionswiderstände, die für den Materietransport zu und von den einzelnen Elektroden maßgebend sind, für die einzelnen Elektroden niemals genau gleich gehalten werden können. Dazu kommt noch, daß es schwer möglich ist, die Aufheizungs- und Abkühlungsgeschwindigkeiten der einzelnen Elektroden einander genügend anzunähern, so daß man den Verlauft der Reaktionen, die im vorliegenden Fall nicht bis zur Erreichung des Gleichgewichtes durchgeführt werden dürfen, an den einzelnen Elektroden nur schwer hinreichend gleichmäßig führen kann: Daher ist es auch schwierig, derartige Röhren serienmäßig mit hinreichend gleichmäßigen Eigenschaften herzustellen. Bei Röhren mit Glühkathoden verdient noch eine weitere Tatsache Beachtung. Die bekannten Sekundäremissiönsschichten sind gegenüber der Einwirkung vori; Sauerstoff ziemlich empfindlich. Nun geben aber Bariumoxydpastekathoden bei ihrer Aktivierung sowie auch bei gelegentlicher späterer Überlastung nennenswerte Sauerstoffmengen ab. Außerdem bringt die Aktivierung durch Alkalimetalle auch den Nachteil mit sich, daß das Steuergitter sehr leicht durch adsorbierte und kondensierte Alkaliatome etwa bei nur wenig erhöhten Eigentemperaturen zur thermionischen Elektronenemission befähigt wird.
  • Zur Herstellung von Schichten für Photoelektroden hat man bereits auch die sogenannten Lenard-Phosphore verwendet. Diese bestehen beispielsweise aus Gemischen von Sulfiden, Oxyden oder Seleniden der Erdalkalimetalle. Es gibt eine große Anzahl verschiedener Zusammensetzungen dieser Phosphore. Die Versuche, derartige Phosphore auch für die Erzeugung von Schichten hoher Sekundäremission zu verwenden, schlugen jedoch fehl, ohne daß eine ausreichende Erklärung hierfür vorhanden gewesen wäre.
  • Die Erfindung gibt an, auf welche Weise es möglich ist, die erwähnten Gemische auch für die Herstellung von Sekundäremissionsschichten mit Vorteil nutzbar zu machen. Erfindungsgemäß werden für Sekundäremissionselektroden Schichten aus einem Gemisch von Sulfiden, Seleniden oder Oxyden eines oder mehrerer Erdalkalimetalle mit fein verteiltem Schwermetall und einem schmelzbaren Zusatz verwendet, deren Dicke nicht -über io-4 mm beträgt. Derartige Schichten zeigen überraschenderweise eine vorzügliche Sekundäremission. Es ist offenbar auch nicht notwendig, die Elektronenaustrittsarbeit dieser Schichten durch aufgedampfte Metalle noch besonders herabzusetzen. Die hohe Ausbeute an Sekundärelektronen ergibt sich vielmehr ohne weitere Nachhilfe.
  • Die Menge des fein verteilten Schwermetalls in der Schicht beträgt nicht mehr als o,1 °/o des Gesamtgewichtes der Mischung. Der farblose, schmelzbare Zusatz soll nicht mehr als io°1o betragen. Die Wahl der geringen Schichtdicke hat offenbar die Wirkung, daß sich keine schädlichen Aufladungen der Schicht bilden können. Der Forderung der geringen Schichtdicke hat man bei der Wahl des Herstellungs- und Auftragsverfahrens Rechnung zu tragen. Wenn man der Schicht z. B. vor dem Auftrag ihre endgültige physikalische Struktur verleihen will, so muß man dafür sorgen, daß der Teilchendurchmesser io-4 mm nicht überschreitet. Danach kann man beispielsweise durch Auftragen, etwa =@-lufspritzen, einer Aufschlämmung in Benzol ferne Schicht der entsprechenden Dicke auftra--,j@n. Dieses Verfahren hat jedoch einen -Nachteil. Bei der mechanischen Zerkleinerung der bereits geschmolzenen Substanz wird offensichtlich die für ihre Wirkungsweise nötige physikalische Struktur durch Druck leicht zerstört. Die physikalische Struktur der Schicht ist jedoch von großem Einfluß -auf die Sekundäremissionseigenschaften. Es ist deshalb vorzuziehen, der Schicht erst- nach der Aufbringung auf die Elektrode ihre endgültige physikalische Struktur zu geben. Dies geschieht, indem man die Schmelzung des Zusatzes erst nach dem Auftrag durchführt. Man kann das machen, indem man die Elektrode vor dem Einbau in die Röhre in einem Ofen, vorzugsweise im Vakuum, glüht. In vielen Fällen ist es aber auch zweckmäßig, die mit dem Auftrag versehene Elektrode nach dem Einbau in die Röhre zur Glut zu bringen, etwa durch Elektronenbombardement oder durch Wirbelstromheizung. In allen Fällen darf die Dauer des Glühens eine bestimmte Zeit nicht überschreiten, die wegen der geringen Dicke der Schicht meist in der Größenordnung von i bis 2 Minuten liegt.
  • Als Schwermetalle, welche dem erwähnten Gemisch der Sulfide, Selenide und Oxyde zugesetzt werden, kommen beispielsweise Cu, Bi, Pb, Mn, Ni, Sb in Frage. Der Gehalt dieser Schwermetalle muß ziemlich genau dosiert sein und darf, wie erwähnt, o, i Gewichtsprozent im allgemeinen nicht überschreiten. Die optimale Dosis liegt zumeist beim zweibis dreifachen dessen, was in den bekannten Rezepten zur Herstellung von Lenard-Phosphoren angegeben ist. Es ist dies wahrscheinlich auf das erfindungsgemäße, im folgenden noch zu besprechende Herstellungsverfahren zurückzuführen, bei dem leicht ein nennenswerter Bruchteil des beigegebenen Schwermetalls wegen der Behandlung im Vakuum und der geringen Schichtdicke verdampft. Als schmelzbare Zusätze bewähren sich ebenfalls alle, die bei Phosphoren üblich sind, also beispielsweise Lis P 04 mit 0,005 bis o,o5 Gewichtsteilen, NaH2 P 04 oder K H2 P 04 mit o,o5 bis o, i Gewichtsteilen, Na Cl oder K Cl mit o,oi bis o,i Gewichtsteilen, ebenso natürlich auch Fluoride, wie MgF2 (o,o5 bis o,i), NaF (0,0i bis o,03), CaF2 (o,oa bis o,oG), sowie Gemische verschiedener geeigneter Schmelzzusätze, besonders mit CaF2.
  • Ähnliche Wirkungen wie mit den beschriebenen Schichten können auch erzielt werden, wenn auf einer Wolframunterlage wasserhaltige Erdalkalioxyde mit einem Schwermetallzusatz aufgebracht werden. In diesem Falle kann man die Temperatur bis zum Schmelzpunkt des $ydroxydes erhöhen und auf weitere schmelzbare Zusätze verzichten.
  • Die Hauptbestandteile der Schicht (Sulfide, Selenide, Oxyde) müssen, weitestgehend von metallischen Verunreinigungen frei sein (unter io-4Gewichtsteilen), jedoch können sie bis über 5o11, anderer Erdalkaliverbindungen enthalten, beispielsweise Sulfate, Carbonate oder Nitrate. Es ist lediglich nötig, daß ein Teil des Schwefels bzw. Selens bzw. Sauerstoffes in Form des Sulfids, Selenids oder Oxyds vorhanden ist.
  • Für die, Vorbereitung des Auftrages gibt es grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten, je nachdem, ob die Bestandteile eine ausreichende Löslichkeit besitzen oder nicht. Man kann beispielsweise die Nitrate oder Sulfate der Erdalkalien in wäßriger oder alkoholischer Lösung verwenden, der man geringe Mengen außerordentlich verdünnter Lösungen des schmelzbaren Zusatzes und einige Tropfen einer hinreichend verdünnten Lösung eines Schwermetallsalzes beigibt, das bei der später anzuwendenden Glühung zerfällt.
  • Ein Beispiel für eine solche Lösung ist etwa iooo ccm H20, 6o g Ba (N 0,)" o,6 g Na Cl, 0,05 g Cu (N03)2.
  • Selbstverständlich kommen für dieses Auftragsverfahren auch alle anderen zur Herstellung von Lenard-Phosphoren bekannten Stoffkombinationen in Frage, soweit sie gegenseitig ihre Löslichkeit nicht beeinträchtigen.
  • In eine derartige Lösung hat man die Elektrode zu tauchen. Wenn einer der für die Schicht gewählten Bestandteile keine ausreichende Löslichkeit besitzt, so muß man ihn entweder mechanisch durch längeres Mahlen hinreichend zerkleinern oder ihn in einer hinreichend feinen Fällung darstellen. Am zweckmäßigsten ist es jedoch in diesen Fällen; den betreffenden unlöslichen Bestandteil in kolloider Lösung zu verwenden, wobei man z, B. von einem molekula.rdispersen System ausgeht und den gewünschten Stoff als Niederschlag entstehen läßt. Hierbei kommt es darauf an, die Niederschlagsbildung aufzuhalten, sobald die Teilchen kolloide Dimensionen erreicht haben. Auf diese Weise kann man beispielsweise Organosole von Erdalkalicarbonaten erhalten, indem man ein frisch geglühtes und gepulvertes Oxyd des betreffenden Erdalkalimetalls, beispielsweise Ca O, in absoluten, am besten frisch destillierten Methylalkohol einträgt und durch die Suspension mehrere Stunden lang Kohlensäure leitet.. Man erhält so ein Organosol von Ca C 0, Die Verwendung möglichst geringer Teilchengrößen beim Ansetzen des Gemisches erlaubt es, den Gehalt an schmelzbarem, schlecht leitendem Zusatz auf ein oder einige Tausendstel des. Gesamtgewichts herabzusetzen. Dies ist wichtig, da so die Leitfähigkeit der Schicht wünschenswert erhöht wird.
  • Das Haften der Schicht auf der metallischen Unterlage muß in vielen Fällen besonders gefördert werden. Eine bewährte Maschine dieser Art ist es, eine dünne Schicht von feinem Eisen- oder Nickelpulver auf der Unterläge in Wasserstoff festzusintern, so daß man den gewünschten Rauhigkeitsgrad der Unterlage erhält.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schicht für hohe Sekundärelektronenemissi.on, insbesondere für Sekundäremissionselektroden in Elektronenvervielfacher, bestehend aus einem Gemisch von Sulfiden, Seleniden oder Oxyden- eines oder mehrerer Erdalkalimetalle sowie einem fein verteilten Schwermetall und einem schmelzbaren Zusatz, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch höchstens o,i Gewichtsprozent von Schwermetall und höchstens io°lo des farblosen schmelzbaren Zusatzes enthält und- die Schichtdicke nicht über io-4 mm beträgt. z. Verfahren zur Herstellung einer Schicht nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden mit Lösungen der Schichtbestandteile oder solcher Bestandteile, aus denen sich durch Erhitzen die Schichtbestandteile herstellen lassen, benetzt werden. 3. Verfahren zur Herstellung einer Schicht nach den Ansprüchen i und a, dadurch gekennzeichnet, daß - die Bestandteile dieser Schichten alle oder teilweise durch Erhitzen auf den Elektroden selbst zum Schmelzen gebracht werden. 4. Verfahren zur Herstellung einer Schicht nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oxydischen Bestandteile der Schicht aus Carbonaten oder Nitraten der Erdalkalimetalle, die als Lösungen aufgetragen werden, durch Erhitzen gewonnen werden. 5. Verfahren zur Herstellung einer Schicht nach den Ansprüchen i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß solche Sulfide, Selenide oder Oxyde der Erdalkalimetalle verwendet werden, welche höchstens io-4 Gewichtsteile metallischer Verunreinigungen enthalten. 6. Verfahren zur Herstellung einer Schicht nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode mit einer wäßrigen oder alkoholischen Lösung der Nitrate oder Sulfate der Ergalkalien benetzt wird, der geringe Mengen außerordentlich verdünnter Lösungen des schmelzbaren Zusatzes und einige Tropfen einer hinreichend verdünnten Lösung eines Schwermetallsalzes beigegeben werden, welches beim nachfolgenden Glühen der Elektrode zerfällt. 7. Verfahren zur Herstellung einer Schicht nach den Ansprüchen r bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Stoffe, welche keine ausreichende Löslichkeit besitzen, in einer feinen Fällung dargestellt und die Elektrode mit einer Suspension dieser Fällung benetzt wird. B. Verfahren zur Herstellung einer Schicht nach den Ansprüchen r bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Bestandteile der Schicht in kolloidaler Lösung auf die Elektrode aufgebracht werden. g. Verfahren zur Herstellung einer Schicht nach den Ansprüchen r bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein frisch geglühtes und gepulvertes Oxyd eines Erdalkalimetalls in absoluten vorzugsweise frisch destillierten Methylalkohol eingetragen und durch die Suspension mehrere Stunden lang Kohlensäure geleitet wird. ro. Verfahren zur Herstellung einer Schicht nach den Ansprüchen r bis g, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Unterlage der Schicht in Wasserstoff eine dünne Schicht von feinem Eisen oder Nickelpulver festgesintert und darauf die aktive Schicht aufgetragen wird.
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