DE975761C - Kathode fuer elektrische Entladungsgefaesse - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 23. AUGUST 1962

S 28737 VIII c 121g

Es sind Kathoden für elektrische Entladungsgefäße bekannt, bei denen im Betrieb der Kathode unter dem Einfluß der Arbeitstemperatur Emissionssubstanzen aus einem Emissionsstoffvorrat durch einen Emissionsstoffträger, der den Emissionsstoffvorrat bedeckt, zur Kathodenoberfläche gelangen. Bei diesen Emissionssubstanzen handelt es sich um Stoffe, die auf die Elektronenaustrittsarbeit an der Kathodenoberfläche herabsetzend wirken oder überhaupt diese im wesentlichen bestimmen. Der den Emissionsstoffvorrat bedeckende Emissionsstoffträger kann entweder so dicht und dünn gestaltet sein, daß die Emissionssubstanzen durch ihn hindurchzudiffundieren vermögen, oder er besitzt derart feine Öffnungen, z. B. durch poröse Struktur, daß ein Hindurchwandern der Substanzen gewährleistet ist. Es ist aber auch möglich, den Emissionsstoffträger mehrteilig zu gestalten, wobei die aneinanderstoßenden Teile enge Fugen bilden, an deren Wandungsfiächen die Substanzen an die Kathodenoberfläche wandern. An der Kathodenoberfläche bildet sich eine außerordentlich dünne Emissionsschicht, wobei die emissionsfördernd wirkenden Substanzen laufend aus dem Emissionsstoffvorrat nachgeliefert werden. Es hat sich herausgestellt, daß auf einem Emissionsstoffträger aus Wolfram oder Molybdän Barium oder Thorium gut zu wandern vermögen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei derartigen Kathoden im Emissionsstoffvorrat Erdalkalimetallverbindungen nach Art von Bariumkarbonat od. dgl. vorzusehen. Unter der Einwirkung von Wärme findet eine Reduktion des Erdalkalimetallkarbonats zu Erdalkalioxyd statt, wonach durch weitere Reduktion schließlich Erdalkalimetall allein gebildet wird. Es ist deshalb eine andere Vor-

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ratskathode mit porösem Mantel vorgeschlagen worden, bei der unter anderem zur unbedingten Vermeidung eines Schmelzflusses der in geringer Menge vorhandenen, aus mindestens einem Erdalkalimetalloxyd bestehenden Vorratssubstanz säurebildende Oxyde in körniger Form im Überschuß zugesetzt sind und bei der eine kleine Menge Bor oder Metallborid in einer gesonderten abgeschlossenen Höhlung vorhanden ist, die nur durch ίο eine poröse Metallwand mit der die Oxyde enthaltenden verschlossenen Höhlung verbunden ist und die, von der Emissionsfläche her gesehen, unterhalb der letztgenannten Höhlung liegt. Bei dieser vorgeschlagenen Kathode ist unter anderem nachteilig, daß die durch die säurebildenden Oxyde stabilisierte Vorratssubstanz (Bariumoxyd) infolge ihrer zusätzlichen Bindung einen höheren Reduktionsaufwand, d. h. eine höhere Reaktionstemperatur als bei nichtstabilisiertem Zustand der Vorratssubstanz, erfordert.

Es ist weiterhin bereits vorgeschlagen worden, zur Verbesserung der Kathode Zusätze von Reduktionsmitteln, wie z. B. Silizium, zu verwenden. Dabei kommt es aber darauf an, zu verhindern, daß unter dem Einfluß der hohen Temperaturen, die auf den Emissionsstoffvorrat einwirken, das Silizium mit dem Erdalkalikarbonat bzw. dem Erdalkalioxyd unerwünscht reagiert. Man kann dies innerhalb gewisser Grenzen vermeiden, indem man das Silizium in grob kristalliner Form dem Emissionsstoffvorrat beimengt, so daß nur an wenigen Stellen eine innige Berührung zwischen den Erdalkalimetallverbindungen und den Siliziumkristallen zustande kommt. Trotzdem läßt es sich nicht immer ausreichend vermeiden, daß die Reduktion unerwünscht schnell abläuft und metallisches Barium bzw. andere Erdalkalimetalle von der Kathode abdampfen und sich innerhalb der Röhre unerwünscht niederschlagen.

Diese Nachteile zu vermeiden, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Erfindung betrifft eine Kathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der im Betrieb Emissionssubstanzen aus einem Emissionsstoffvorrat durch einen den Vorrat bedeckenden porösen Sinterkörper als Emissionsstoff träger zur Kathodenoberfläche hin gelangen, bei der der Emissionsstoff vorrat Sauerstoffverbindungen oder -legierungen, vorzugsweise von Barium, enthält, die Substanzen liefern, welche herabsetzend auf die Elektronenaustrittsarbeit der Kathodenoberfläche wirken und bei der dem Vorrat als chemisches Reduktionsmittel Silizium und/oder Siliziumlegierungen zugesetzt sind. Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Silizium und/oder die Siliziumlegierungen ohne unmittelbare Berührung mit dem Emissionsstoffvorrat angeordnet sind.

Durch diese Maßnahme wird der zeitliche Ablauf der Reduktion des Erdalkalikarbonats zum Oxyd und schließlich zum Erdalkalimetall so gesteuert, daß diese Stoffe unter dem Einfluß der Heiztemperatur nicht sofort unmittelbar miteinander reagieren können, sondern daß diese Vorgänge in größerem Zeitabstand aufeinander folgen. Man kann zu diesem Zwecke das Silizium, das z. B. in kristalliner Form dem Emissionsstoffvorrat beigefügt ist, in Stoffe einbetten, die verzögernd auf die Reaktionszeit wirken. Das Silizium wird auf diese Weise nicht unmittelbar, sondern erst bei Erhitzung über die Dampfphase wirksam. Die Erfindung läßt sich auch in einfacher Weise dadurch realisieren, daß man den Behälter zur Aufnahme des Emissionsstoffvorrates mit Hilfe durchlässiger Wandungen, wie Siebe od. dgl., in mehrere Teilräume auftrennt, so daß das Reduktionsmittel nicht mehr in unmittelbare Berührung mit dem Emissionsstoffvorrat kommt. Diese Maßnahme hat gegenüber der Verwendung von Bor oder Metallborid bei der vorgeschlagenen Kathode unter anderem den Vorteil, daß Silizium einen um etwa 900⁰ C niedrigeren Schmelzpunkt als Bor bzw. um 1300⁰ C niedrigeren Schmelzpunkt als das ebenfalls vorgeschlagene Siliziumkarbid hat und dementsprechend auch einen viel höheren Dampfdruck als die genannten Reduktionsmittel besitzt. Durch diesen Umstand ist es in vorteilhafter Weise bei der erfindungsgemäßen Kathode möglich, die Kathodentemperatur wesentlich niedriger als bei der vorgeschlagenen Kathode zu wählen.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in vereinfachter schematischer Darstellung. Oberhalb des Emissionsstoffvorrates befindet sich als Emissionsstoffträger ein poröser Sinterkörper, ζ. B. eine Wolfram-Sinterplatte i, durch deren feine Öffnungen Emissionssubstanzen aus dem Emissionsstoffvorrat 2 an die Kathodenoberfläche 3 gelangen. Die Emissionssubstanzen enthalten im wesentlichen Bariumkarbonat oder entsprechende Verbindungen ähnlicher Metalle und werden in einem topfförmigen Behälter 4 zusammengehalten. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Behälter als Blechtopf aus Molybdän ausgebildet, der mit seinem flanschartigen Rand 5 dicht mit der Sinterscheibe 1 verschweißt ist. Ein Sieb 6 schließt diesen Raum noch nach oben hin ab.

Das Reduktionsmittel, z. B. Silizium, befindet sich in Gestalt von Kristallen 7 in einem getrenn- no ten Vorratsraum, der durch den rohrförmigen Ansatz 8 gebildet ist. Dieser Ansatz kann gleichfalls aus Molybdän bestehen und ist mit dem Topf 4 durch Verschweißen fest verbunden. An seiner Unterseite ist der Ansatz 8 mit einem geeigneten Verschluß stück 9 dicht verschlossen. Ein Sieb, das gleichfalls aus Molybdän bestehen kann und in der Zeichnung mit 10 bezeichnet ist, trennt das Silizium 7 von dem übrigen Vorrat 2. Der Heizer ist mit 11 bezeichnet und so angebracht, daß mit Hilfe des Schirmbleches 12 eine annähernd gleichmäßige Beheizung der Kathodenoberfläche und des Emissionsstoffvorrates erfolgt.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Röhrchen 8 nur zum Teil mit Silizium angefüllt. Es ist nämlich mengenmäßig an sich nicht

viel Silizium notwendig, um die gewünschte Wirkung zu erzielen, da über die Dampfphase Silizium sowieso örtlich verteilt wird.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Kathode für elektrische Entladungsgefäße, bei der im Betrieb Emissionssubstanzen aus einem Emissionsstoffvorrat durch einen den Vorrat bedeckenden, porösen Sinterkörper als Emissionsstoffträger zur Kathodenoberfläche hin gelangen, bei der der Emissionsstoffvorrat Sauerstoffverbindungen oder -legierungen, vorzugsweise von Barium, enthält, die Substanzen liefern, welche herabsetzend auf die Elektronenaustrittsarbeit der Kathodenoberfläche wirken, und bei der dem Vorrat als chemische Reduktionsmittel Silizium und/oder Siliziumlegierungen zugesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Silizium und/oder die Siliziumlegierungen ohne unmittelbare Berührung mit dem Emissionsstoffvorrat angeordnet sind.
2. 2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktionsmittel in die Reaktionszeit verzögernde Stoffe eingebettet sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 546/381 6.56 (209 654/2 8.62)