EP0512280A1 - Dispenser cathode and method of fabricating same - Google Patents

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EP0512280A1
EP0512280A1 EP92106389A EP92106389A EP0512280A1 EP 0512280 A1 EP0512280 A1 EP 0512280A1 EP 92106389 A EP92106389 A EP 92106389A EP 92106389 A EP92106389 A EP 92106389A EP 0512280 A1 EP0512280 A1 EP 0512280A1
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EP
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metal
group
weight
powder mixture
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Rolf Dr. Lotthammer
Frank Dr. Bossert
Manfred Hacker
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details 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
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/13—Solid thermionic cathodes
    • H01J1/20—Cathodes heated indirectly by an electric current; Cathodes heated by electron or ion bombardment
    • H01J1/28—Dispenser-type cathodes, e.g. L-cathode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus 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
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/04—Manufacture of electrodes or electrode systems of thermionic cathodes
    • H01J9/042—Manufacture, activation of the emissive part
    • H01J9/047—Cathodes having impregnated bodies

Definitions

  • the present invention relates to a supply cathode according to the preamble of claim 1.
  • Storage cathodes are also referred to as matrix cathodes or dispenser cathodes. They generally consist of a storage body which is pressed or sintered from a metal powder and which is impregnated with the actual emission material. Metals such as tungsten, molybdenum or chromium can be used as the metal powder for the storage body. It is also known to use mixtures of such metal powders. From DE-AS 10 68 818 it is known, for example, to build up the storage body in layers. From DE-OS 20 48 224 it is known to press the storage body into a cavity in a cathode sleeve. The porous matrix body can be impregnated with an emission material consisting, for example, of BaO-CaO-Al2O3, by impregnation, melting or the like.
  • mixed metal cathodes i.e. cathodes, whose storage bodies are pressed and sintered from a metal powder mixture, have improved emission properties and better current stability.
  • the stock bodies of mixed metal cathodes generally consist of metals from a first group such as tungsten, molybdenum or chromium and metals from a second group such as nickel (Ni), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), rhenium (Re) , Osmium (Os), Iridium (Ir), Platinum (Pt), Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lantan (La), Lanthanides, Titanium (Ti), Zircon (Zr), Hafnium (Hf), Niobium ( Nb), tantalum (Ta).
  • a first group such as tungsten, molybdenum or chromium
  • metals from a second group such as nickel (Ni), ruthenium (Ru), r
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a novel mixed metal supply cathode which, at least in the area of the emitting surface, has a higher content of a metal of the second group, in particular osmium, the aforementioned disturbing phenomena being largely reduced.
  • Another object of the invention is seen in a method to specify for the production of such a mixed metal supply cathode.
  • An important advantage of the mixed metal supply cathode described is that it has a supply body which has a high content of one or more metals from the second group mentioned, in particular osmium. A high porosity and a low shrinkage are achieved. This results in storage cathodes with a very stable long-term behavior.
  • the invention is explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiment shown schematically in the figure.
  • the left half shows a multi-layer storage cathode according to the invention which has been completed in the emission region.
  • the right half shows the cathode in an intermediate process step of a preferred manufacturing process.
  • the same parts are provided with the same reference numbers.
  • a section of a supply cathode with the cathode support 5 made of a high-melting metal such as molybdenum is shown, which is usually also referred to as a cathode sleeve and has a cavity 6 for an electric heating element and a cup-shaped cavity for the multi-layer storage body 1, 2.
  • the storage body consisting of the two porous, interconnected, pressed and sintered mixed metal layers 1 and 2 is impregnated with an emission material which essentially consists of oxides of the earth's earth metals (BaO and CaO) and contains at least one oxide of a metal from groups IIIa or IIIb of the periodic system, for example aluminum oxide.
  • the storage body 1, 2 By pressing and sintering, the storage body 1, 2 is connected to the wall of the cup-shaped part of the cathode sleeve 5 in a heat-tight manner.
  • the free surface 4 of the layer 2 forms the electron-emitting emission surface of the cathode.
  • the sintered body forming the first layer 1 consists of a mixture of metals from a first group such as W, Mo, Cr and metals from a second group such as Ni, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt , Sc, Y, La or lanthanides, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta.
  • a first group such as W, Mo, Cr
  • metals from a second group such as Ni, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt , Sc, Y, La or lanthanides, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta.
  • the proportion of the metal of the second group (Ni, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt, Sc, Y , La, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta) larger than in the first layer 1.
  • a preferred metal of the first group is tungsten.
  • a preferred metal of the second group is osmium.
  • the first layer 1 is preferably thicker than the second layer 2. However, both layers 1 and 2 are at least 0.01 mm thick.
  • a preferred thickness of the first layer 1 is 0.1 to 10 mm, in particular approximately 1 mm.
  • a preferred one The thickness of the second layer 2 is 0.01 to 1 mm, in particular approximately 0.05 to 0.5 mm. In a preferred exemplary embodiment, the thickness of the first layer 1 was approximately 0.9 mm and that of the second layer 2 approximately 0.3 mm.
  • the composition of the first layer 1 is advantageously 50 to 100 percent by weight of metal of the first group, in particular W and the rest of metal of the second group, in particular Os.
  • the composition of the second layer 2 is expediently 30% by weight to 100% by weight of metal of the second group, in particular Os and the rest of metal of the first group, in particular W.
  • the first layer 1 was 0.9 mm thick and consisted of 80% by weight tungsten and 20% by weight osmium.
  • the second layer 2 was 0.3 mm thick and consisted of 50% by weight W and 50% by weight Os.
  • the third sintered layer additionally applied in the three-layer process has the task, among other things, of forming a protective layer for the second layer during sintering and making the shrinkage of the second layer with a high proportion of metal of the second group easier to control during sintering. It will be removed later.
  • Powder mixtures of the following composition are preferably used.
  • first layer 1 an essentially powder-metal mixture of 50% by weight and 100% by weight of tungsten and the rest of the osmium.
  • second layer 2 a metal powder mixture consisting essentially of 30% by weight to 100% by weight of osmium and the rest of tungsten.
  • third layer 3 a metal powder mixture consisting essentially of 50% by weight to 100% by weight of tungsten and the rest of osmium.
  • a third layer 3 has proven to be expedient in the case of storage bodies with a high osmium content, for example> 50% by weight of the second layer 2. Furthermore, it may be expedient to add a neutral filler, for example emission material, in the case of a high osmium content to increase the porosity.

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Abstract

A dispenser cathode having a multilayer sintered body is proposed in which the layers are each between 0.01 and 10 mm thick and have different compositions. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorratskathode nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to a supply cathode according to the preamble of claim 1.

Vorratskathoden werden auch als Matrix-Kathoden oder Dispenser-Kathoden bezeichnet. Sie bestehen im allgemeinen aus einem Vorratskörper, der aus einem Metallpulver gepreßt oder gesintert ist und der mit dem eigentlichen Emissionsmaterial imprägniert ist. Als Metallpulver für den Vorratskörper kommen Metalle wie Wolfram, Molybdän oder Chrom in Frage. Es ist auch bekannt, Mischungen solcher Metallpulver zu verwenden. Aus der DE-AS 10 68 818 ist es z.B. bekannt, den Vorratskörper schichtförmig aufzubauen. Aus der DE-OS 20 48 224 ist es bekannt, den Vorratskörper in einer Höhlung einer Kathodenhülse einzupressen. Die Imprägnierung des porösen Matrix-Körpers mit einem Emissionsmaterial, das z.B. aus BaO-CaO-Al₂O₃ besteht, kann durch Tränken, Einschmelzen oder dergleichen erfolgen.Storage cathodes are also referred to as matrix cathodes or dispenser cathodes. They generally consist of a storage body which is pressed or sintered from a metal powder and which is impregnated with the actual emission material. Metals such as tungsten, molybdenum or chromium can be used as the metal powder for the storage body. It is also known to use mixtures of such metal powders. From DE-AS 10 68 818 it is known, for example, to build up the storage body in layers. From DE-OS 20 48 224 it is known to press the storage body into a cavity in a cathode sleeve. The porous matrix body can be impregnated with an emission material consisting, for example, of BaO-CaO-Al₂O₃, by impregnation, melting or the like.

Allgemein hat sich gezeigt, daß sogenannte Mischmetall-Kathoden, d.h also Kathoden, deren Vorratskörper aus einem Metallpulvergemisch gepreßt und gesintert sind, verbesserte Emissionseigenschaften und eine bessere Stromstabilität aufweisen. Die Vorratskörper von Mischmetall-Kathoden bestehen im allgemeinen aus Metallen einer ersten Gruppe wie Wolfram, Molybdän oder Chrom und Metallen einer zweiten Gruppe wie Nickel (Ni), Ruthenium (Ru), Rhodium (Rh), Palladium (Pd), Rhenium (Re), Osmium (Os), Iridium (Ir), Platin (Pt), Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lantan (La), Lanthaniden, Titan (Ti), Zirkon (Zr), Hafnium (Hf), Niob (Nb), Tantal (Ta). Dabei zeigte sich, daß ein höherer Anteil von Metallen der zweiten Gruppe, insbesondere ein höherer Os-Anteil sich sehr positiv auf die Stabilität des Emissionsstromes auswirkt. Als nachteilig stellt sich jedoch heraus, daß bei der Herstellung häufig eine Schrumpfung des Sinterskörpers auftritt, wodurch sich schlechte Wärmeübergänge zur Kathodenhülse und unerwünschte Abdampfungen des Emissionsmaterials ergeben.In general, it has been shown that so-called mixed metal cathodes, i.e. cathodes, whose storage bodies are pressed and sintered from a metal powder mixture, have improved emission properties and better current stability. The stock bodies of mixed metal cathodes generally consist of metals from a first group such as tungsten, molybdenum or chromium and metals from a second group such as nickel (Ni), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), rhenium (Re) , Osmium (Os), Iridium (Ir), Platinum (Pt), Scandium (Sc), Yttrium (Y), Lantan (La), Lanthanides, Titanium (Ti), Zircon (Zr), Hafnium (Hf), Niobium ( Nb), tantalum (Ta). It was found that a higher proportion of metals in the second group, in particular a higher proportion of Os, has a very positive effect on the stability of the emission current. It turns out to be disadvantageous, however, that shrinkage of the sintered body often occurs during production, which results in poor heat transfer to the cathode sleeve and undesired evaporation of the emission material.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Mischmetall-Vorratskathode anzugeben, die zumindest im Bereich der emitterienden Oberfläche einen höheren Gehalt an einem Metall der zweiten Gruppe, insbesondere Osmium, aufweist, wobei die vorgenannten störenden Erscheinungen weitgehend reduziert sind. Eine weitere Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Mischmetall-Vorratskathode anzugeben.The present invention is therefore based on the object of specifying a novel mixed metal supply cathode which, at least in the area of the emitting surface, has a higher content of a metal of the second group, in particular osmium, the aforementioned disturbing phenomena being largely reduced. Another object of the invention is seen in a method to specify for the production of such a mixed metal supply cathode.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 bzw. die im Kennzeichen der Patentansprüche 10 oder 11 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features specified in the characterizing part of patent claim 1 or in the characterizing part of patent claims 10 or 11.

Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Mischmetall-Vorratskathode besteht darin, daß sie einen Vorratskörper aufweist, der einen hohen Gehalt an einem oder mehreren Metallen der genannten zweiten Gruppe, insbesondere an Osmium, aufweist. Dabei wird eine hohe Porosität und eine geringe Schrumpfung erreicht. Damit ergeben sich Vorratskathoden mit einem sehr stabilen Langzeitverhalten.An important advantage of the mixed metal supply cathode described is that it has a supply body which has a high content of one or more metals from the second group mentioned, in particular osmium. A high porosity and a low shrinkage are achieved. This results in storage cathodes with a very stable long-term behavior.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die linke Hälfte zeigt eine im Emissionsbereich fertiggestellte erfindungsgemäße Mehrschicht-Vorratskathode. Die rechte Hälfte zeigt die Kathode in einem zwischenzeitlichen Verfahrensschritt eines bevorzugten Herstellungsverfahrens. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.The invention is explained in more detail below on the basis of the exemplary embodiment shown schematically in the figure. The left half shows a multi-layer storage cathode according to the invention which has been completed in the emission region. The right half shows the cathode in an intermediate process step of a preferred manufacturing process. The same parts are provided with the same reference numbers.

Im Querschnitt ist ein Ausschnitt einer Vorratskathode mit dem Kathodenträger 5 aus einem hochschmelzenden Metall wie z.B. Molybdän dargestellt, das üblicherweise auch als Kathodenhülse bezeichnet wird und eine Höhlung 6 für ein elektrisches Heizelement und eine topfförmige Höhlung für den Mehrschicht-Vorratskörper 1,2 aufweist. Der aus den beiden porösen, miteinander verbundenen, verpreßten und gesinterten Mischmetallschichten 1 und 2 bestehende Vorratskörper ist mit einem Emissionsmaterial getränkt, das im wesentlichen aus Oxyden der Erdkalimetalle (BaO und CaO) besteht und wenigstens noch ein Oxid eines Metalls der Gruppen IIIa oder IIIb des periodischen Systems, z.B. Aluminiumoxid enthält. Durch Pressen und Sintern ist der Vorratskörper 1,2 gut wärmeschlüssig mit der Wand des topfförmigen Teils der Kathodenhülse 5 verbunden. Die freie Oberfläche 4 der Schicht 2 bildet die Elektronen abgebende Emissionsfläche der Kathode. Durch formgebende Bearbeitung kann sie eben, gekrümmt oder anderweitig gestaltet werden.In cross section, a section of a supply cathode with the cathode support 5 made of a high-melting metal such as molybdenum is shown, which is usually also referred to as a cathode sleeve and has a cavity 6 for an electric heating element and a cup-shaped cavity for the multi-layer storage body 1, 2. The storage body consisting of the two porous, interconnected, pressed and sintered mixed metal layers 1 and 2 is impregnated with an emission material which essentially consists of oxides of the earth's earth metals (BaO and CaO) and contains at least one oxide of a metal from groups IIIa or IIIb of the periodic system, for example aluminum oxide. By pressing and sintering, the storage body 1, 2 is connected to the wall of the cup-shaped part of the cathode sleeve 5 in a heat-tight manner. The free surface 4 of the layer 2 forms the electron-emitting emission surface of the cathode. By shaping it can be made flat, curved or otherwise.

Der die erste Schicht 1 bildende Sinterkörper besteht ebenso wie der der zweiten Schicht 2 aus einer Mischung von Metallen einer ersten Gruppe wie W, Mo, Cr und Metallen einer zweiten Gruppe wie Ni, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt, Sc, Y, La oder Lanthaniden, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta. Bezüglich der Zusammensetzung, insbesondere bezüglich der anteilsmäßigen Zusammensetzung unterscheiden sich beide Schichten 1 und 2 jedoch und zwar weist die erste Schicht 1 einen höheren Anteil an einem Metall der ersten Gruppe (Mo, W, Cr) auf als die zweite Schicht 2. Entsprechend ist in der zweiten Schicht 2 der Anteil des Metalls der zweiten Gruppe (Ni, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt, Sc, Y, La, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta) größer als in der ersten Schicht 1. Ein bevorzugtes Metall der ersten Gruppe ist Wolfram. Ein bevorzugtes Metall der zweiten Gruppe ist Osmium. Die erste Schicht 1 ist bevorzugt dicker als die zweite Schicht 2. Beide Schichten 1 und 2 sind jedoch mindestens 0,01 mm dick. Eine bevorzugte Dicke der ersten Schicht 1 ist 0,1 bis 10 mm, insbesondere etwa 1 mm. Eine bevorzugte Dicke der zweiten Schicht 2 ist 0,01 bis 1 mm, insbesondere etwa 0,05 bis 0,5 mm.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel betrug die Dicke der ersten Schicht 1 etwa 0,9 mm und die der zweiten Schicht 2 etwa 0,3 mm.Like the second layer 2, the sintered body forming the first layer 1 consists of a mixture of metals from a first group such as W, Mo, Cr and metals from a second group such as Ni, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt , Sc, Y, La or lanthanides, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta. However, with regard to the composition, in particular with regard to the proportionate composition, both layers 1 and 2 differ, namely that the first layer 1 has a higher proportion of a metal first group (Mo, W, Cr) than the second layer 2. Accordingly, in the second layer 2 the proportion of the metal of the second group (Ni, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt, Sc, Y , La, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta) larger than in the first layer 1. A preferred metal of the first group is tungsten. A preferred metal of the second group is osmium. The first layer 1 is preferably thicker than the second layer 2. However, both layers 1 and 2 are at least 0.01 mm thick. A preferred thickness of the first layer 1 is 0.1 to 10 mm, in particular approximately 1 mm. A preferred one The thickness of the second layer 2 is 0.01 to 1 mm, in particular approximately 0.05 to 0.5 mm.
In a preferred exemplary embodiment, the thickness of the first layer 1 was approximately 0.9 mm and that of the second layer 2 approximately 0.3 mm.

Die Zusammensetzung der ersten Schicht 1 beträgt zweckmäßig 50 bis 100 Gewichtsprozente Metall der ersten Gruppe, insbesondere W und Rest Metall der zweiten Gruppe, insbesondere Os. Die Zusammensetzung der zweiten Schicht 2 beträgt zweckmäßig 30 Gew.% bis 100 Gew.% Metall der zweiten Gruppe, insbesondere Os und Rest Metall der ersten Gruppe, insbesondere W.
Bei einem Ausführungsbeispiel war die erste Schicht 1 0,9 mm dick und bestand aus 80 Gew.% Wolfram und 20 Gew.% Osmium. Die zweite Schicht 2 war 0,3 mm dick und bestand aus 50 Gew.% W und 50 Gew.% Os.The composition of the first layer 1 is advantageously 50 to 100 percent by weight of metal of the first group, in particular W and the rest of metal of the second group, in particular Os. The composition of the second layer 2 is expediently 30% by weight to 100% by weight of metal of the second group, in particular Os and the rest of metal of the first group, in particular W.
In one embodiment, the first layer 1 was 0.9 mm thick and consisted of 80% by weight tungsten and 20% by weight osmium. The second layer 2 was 0.3 mm thick and consisted of 50% by weight W and 50% by weight Os.

Nachfolgend werden zwei bevorzugte Herstellungsverfahren beschrieben, ein Zweischichtverfahren und ein Dreischichtverfahren, wobei letzteres sich besonders dann bewährt hat, wenn die zweite Schicht einen höheren Anteil an einem Metall der zweiten Gruppe (wie z.B. Osmium) oder Verbindungen dieser Metalle enthalten soll. Der bei dem Dreischichtverfahren zusätzlich aufgebrachten dritten Sinterschicht kommt unter anderem die Aufgabe zu, eine Schutzschicht für die zweite Schicht beim Sintern zu bilden und die Schrumpfung der zweiten Schicht mit hohem Anteil an Metall der zweiten Gruppe beim Sintern besser beherrschbar zu machen. Sie wird später wieder entfernt.Two preferred production methods are described below, a two-layer method and a three-layer method, the latter having proven particularly useful when the second layer is to contain a higher proportion of a metal of the second group (such as, for example, osmium) or compounds of these metals. The third sintered layer additionally applied in the three-layer process has the task, among other things, of forming a protective layer for the second layer during sintering and making the shrinkage of the second layer with a high proportion of metal of the second group easier to control during sintering. It will be removed later.

Beim Zweischichtverfahren werden im wesentlichen folgende Verfahrensschritte durchgeführt:

  • 1. Einfüllen der Metallpulvermischung für die erste Schicht 1 in die topfförmige Höhlung der Kathodenhülse 5.
  • 2. Einebnen bzw. Formen und ggf. leichtes Andrücken der eingefüllten Pulvermischung.
  • 3. Einfüllen der Metallpulvermischung für die zweite Schicht 2 auf die Schicht 1.
  • 4. Einebnen bzw. Formen und Pressen mit hohem Druck, z.B. 10 KN.
  • 5. Sintern bei hohen Temperaturen z.B. zwischen 1800⁰C und 2200⁰C.
  • 6. Imprägnieren des Vorratssinterkörpers mit Emissionsmaterial, z.B. durch Tauchen, Einschmelzen oder dergleichen.
  • 7. Formgebung der Emissionsoberfläche 4 der zweiten Schicht 2, z.B. durch mechanische Bearbeitung.
In the two-layer process, the following main process steps are carried out:
  • 1. Filling the metal powder mixture for the first layer 1 into the cup-shaped cavity of the cathode sleeve 5.
  • 2. Level or shape and, if necessary, lightly press the filled powder mixture.
  • 3. Pour the metal powder mixture for the second layer 2 onto the layer 1.
  • 4. Leveling or molding and pressing with high pressure, eg 10 KN.
  • 5. Sintering at high temperatures, for example between 1800⁰C and 2200⁰C.
  • 6. Impregnating the stock sintered body with emission material, for example by dipping, melting or the like.
  • 7. Shape of the emission surface 4 of the second layer 2, for example by mechanical processing.

Bei Durchführen eines bevorzugten Dreischichtverfahrens wird das vorstehende Zweischichtverfahren zweckmäßig ab Verfahrensschritt 3 wie folgt abgeändert:

  • 4. Einebnen bzw. Formen und ggf. leichtes Andrücken der eingefüllten Pulvermischung für die zweite Schicht 2.
  • 5. Einfüllen der Pulvermischung für die dritte Schicht 3.
  • 6. Einebnen bzw. Formen und Pressen aller drei eingefüllten Pulvermischungen mit hohem Druck, z. B. 10 kN.
  • 7. Sintern bei hohen Temperaturen, z.B. zwischen 1800⁰C und 2200⁰C.
  • 8. Imprägnieren des gesinterten Dreischichtkörpers mit Emissionsmaterial, z.B. durch Tauchen, Schmelzen oder dergleichen.
  • 9. Abtragen der dritten Schicht 3 und ggf. des Randes der Kathodenhülse, z.B. durch mechanische Bearbeitung.
  • 10. Formgebung der Emissionsoberfläche 4 der zweiten Schicht 2, z.B. durch mechanische Bearbeitung.
When carrying out a preferred three-layer process, the above two-layer process is expediently modified as follows from process step 3:
  • 4. Leveling or shaping and, if necessary, lightly pressing on the filled powder mixture for the second layer 2.
  • 5. Filling in the powder mixture for the third layer 3.
  • 6. Leveling or molding and pressing all three filled powder mixtures with high pressure, eg. B. 10 kN.
  • 7. Sintering at high temperatures, for example between 1800⁰C and 2200⁰C.
  • 8. Impregnation of the sintered three-layer body with emission material, for example by dipping, melting or the like.
  • 9. Removal of the third layer 3 and possibly the edge of the cathode sleeve, for example by mechanical processing.
  • 10. Shape of the emission surface 4 of the second layer 2, for example by mechanical processing.

Bevorzugt werden Pulvermischungen folgender Zusammensetzung verwendet.Powder mixtures of the following composition are preferably used.

Für die erste Schicht 1 ein im wesentlichen aus 50 Gew.% bis 100 Gew.% Wolfram und Rest Osmium Metallpulvergemisch.
Für die zweite Schicht 2 ein im wesentlichen aus 30 Gew.% bis 100 Gew.% Osmium und Rest Wolfram bestehendes Metallpulvergemisch.
Für die dritte Schicht 3 ein im wesentlichen aus 50 Gew.% bis 100 Gew.% Wolfram und Rest Osmium bestehendes Metallpulvergemisch.For the first layer 1, an essentially powder-metal mixture of 50% by weight and 100% by weight of tungsten and the rest of the osmium.
For the second layer 2, a metal powder mixture consisting essentially of 30% by weight to 100% by weight of osmium and the rest of tungsten.
For the third layer 3, a metal powder mixture consisting essentially of 50% by weight to 100% by weight of tungsten and the rest of osmium.

Zweckmäßig ist es, für die erste Schicht 1 und die dritte Schicht 3 die gleiche Zusammensetzung zu wählen. Die Verwendung einer dritten Schicht 3 hat sich bei Vorratskörpern mit hohem Osmiumgehalt, z.B. > 50 Gew.% der zweiten Schicht 2 als zweckmäßig erwiesen. Ferner kann es zweckmäßig sein, bei hohem Osmiumanteil zur Erhöhung der Porosität einen neutralen Füllstoff, z.B. Emissionsmaterial beizusetzen.It is expedient to choose the same composition for the first layer 1 and the third layer 3. The usage a third layer 3 has proven to be expedient in the case of storage bodies with a high osmium content, for example> 50% by weight of the second layer 2. Furthermore, it may be expedient to add a neutral filler, for example emission material, in the case of a high osmium content to increase the porosity.

Claims (18)

Vorratskathode mit einem porösen Vorratskörper, der mindestens zwei Metalle einer ersten Gruppe wie W, Mo, Cr und/oder einer zweiten Gruppe wie Ni, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt, Sc, Y, La, Lanthaniden, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta enthält und der mit einem Emissionsmaterial imprägniert ist, das mindestens zwei Erdalkalimetalloxide wie CaO; BaO und mindestens ein Oxid eines Metalls der Gruppe IIIa oder IIIb des periodischen Systems wie z.B. Al₂O₃ enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorratskörper aus einer ersten (1) und einer zweiten (2) aus pulvergepreßten und ggf. gesinterten porösen Schicht besteht, die beide übereinanderliegend fest miteinander verbunden sind und jeweils eine Dicke zwischen 0,01 mm und 10 mm und eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen.Storage cathode with a porous storage body which contains at least two metals of a first group such as W, Mo, Cr and / or a second group such as Ni, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt, Sc, Y, La, lanthanides, Contains Ti, Zr, Hf, Nb, Ta and which is impregnated with an emission material which contains at least two alkaline earth metal oxides such as CaO; Contains BaO and at least one oxide of a metal from group IIIa or IIIb of the periodic system such as Al₂O₃, characterized in that the storage body consists of a first (1) and a second (2) of powder-pressed and optionally sintered porous layer, both of which are firmly connected to one another and each have a thickness between 0.01 mm and 10 mm and a different composition. Vorratskathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Schichten im wesentlichen aus gleichen Metallen bestehen, jedoch die zweite Schicht (2) einen höheren Anteil eines Metalls der zweiten Gruppe aufweist als die erste Schicht (1).Supply cathode according to claim 1, characterized in that both layers consist essentially of the same metals, but the second layer (2) has a higher proportion of a metal of the second group than the first layer (1). Vorratskathode nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (1) einen höheren Anteil an einem Metall der ersten Gruppe aufweist als die zweite Schicht (2).Supply cathode according to claim 1 or claim 2, characterized in that the first layer (1) has a higher proportion of a metal of the first group than the second layer (2). Vorratskathode nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an einem Metall der ersten Gruppe in der ersten Schicht (1) größer als 20 Gew.% ist.Supply cathode according to claim 3, characterized in that the proportion of a metal of the first group in the first layer (1) is greater than 20% by weight. Vorratskathode nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Schicht (2) Oxide oder andere Verbindungen der Metalle der zweiten Gruppe enthalten sind.Supply cathode according to one of claims 1-4, characterized in that the second layer (2) contains oxides or other compounds of the metals of the second group. Vorratskathode nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (1) im wesentlichen 100 Gew.% bis 50 Gew.%, insbesondere etwa 80 Gew.% eines Metalls der ersten Gruppe, insbesondere W und als Rest ein Metall der zweiten Gruppe, insbesondere Os enthält.Supply cathode according to one of claims 1-5, characterized in that the first layer (1) essentially 100% by weight to 50% by weight, in particular approximately 80% by weight of a metal of the first group, in particular W and the remainder a metal the second group, in particular contains Os. Vorratskathode nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (2) im wesentlichen 30 Gew.% bis 100 Gew.%, insbesondere etwa 50 Gew.% eines Metalls der zweiten Gruppe, insbesondere Os, bzw. einer Mischung aus mehreren Metallen der zweiten Gruppe oder deren Verbindungen und als Rest ein Metall der ersten Gruppe, insbesondere W, enthält.Storage cathode according to one of claims 1-6, characterized in that the second layer (2) essentially 30% by weight to 100% by weight, in particular approximately 50% by weight of a metal of the second group, in particular Os, or a mixture from several metals of the second group or their Compounds and the rest a metal of the first group, in particular W, contains. Vorratskathode nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (1,2) des Vorratskörpers in eine topfförmige Höhlung eines metallenen Kathodenteils (5) eingepreßt sind.Storage cathode according to one of claims 1-7, characterized in that the layers (1, 2) of the storage body are pressed into a cup-shaped hollow of a metal cathode part (5). Vorratskathode nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die freie Oberfläche der zweiten Schicht (2) die freie Elektronen emittierende Emissionsoberfläche (4) der Vorratskathode ist.Supply cathode according to one of claims 1-8, characterized in that the free surface of the second layer (2) is the free electron-emitting emission surface (4) of the supply cathode. Verfahren zum Herstellen einer Vorratskathode nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die erste Schicht (1) vorzugsweise durch leichtes Pressen der die erste Schicht (1) bildenden Metallpulvermischung gebildet wird, daß dann die die zweite Schicht (2) bildende Metallpulvermischung auf die freie Oberfläche der ersten Schicht (1) aufgebracht und durch starkes Pressen die zweite Schicht (2) sich mit der ersten Schicht (1) verzahnend gebildet wird, daß dann der Zweischichten-Preßkörper bei erhöhter Temperatur gesintert wird, daß dann der poröse, zweischichtige Sinterkörper mit dem Emissionsmaterial imprägniert wird und daß dann die freie Oberfläche der zweiten Schicht (2) ggf. formgebend als Emissionsoberfläche (4) ausgebildet wird.Method for producing a supply cathode according to one of claims 1-9, characterized in that first the first layer (1) is preferably formed by lightly pressing the metal powder mixture forming the first layer (1), then that forming the second layer (2) Metal powder mixture applied to the free surface of the first layer (1) and the second layer (2) is interlocked with the first layer (1) by strong pressing, that the two-layer compact is then sintered at elevated temperature, that then the porous , two-layer sintered body is impregnated with the emission material and that the free surface of the second layer (2) is then optionally formed as an emission surface (4). Verfahren zum Herstellen einer Vorratskathode nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die erste Schicht (1) vorzugsweise durch leichtes Pressen der die erste Schicht (1) bildenden Metallpulvermischung gebildet wird, daß dann die die zweite Schicht (2) bildende Metallpulvermischung auf die freie Oberfläche der ersten Schicht (1) aufgebracht und vorzugsweise durch leichtes Pressen die zweite Schicht (2) sich mit der ersten Schicht (1) verzahnend gebildet wird, daß dann eine Metallpulvermischung für eine dritte Schicht (3), die einen größeren Anteil an einem Metallpulver der ersten Gruppe wie W, Mo, Cr enthält als die Metallpulvermischung der zweiten Schicht (2) auf die freie Oberfläche der zweiten Schicht (2) aufgebracht wird, daß dann mit hohem Druck ein Dreischichten-Preßkörper gebildet wird, daß dann dieser Preßkörper bei hohen Temperaturen gesintert wird, daß dann der poröse Dreischichten-Sinterkörper mit dem Emissionsmaterial imprägniert wird, daß dann die dritte Schicht (3) mechanisch abgetragen wird und daß dann die Emissionsoberfläche (4) als freie Oberfläche der zweiten Schicht (2) gebildet wird.Method for producing a supply cathode according to one of claims 1-9, characterized in that first the first layer (1) preferably by lightly pressing the metal powder mixture forming the first layer (1) is formed that then the metal powder mixture forming the second layer (2) is applied to the free surface of the first layer (1) and preferably by lightly pressing the second layer (2) is interlocking with the first layer (1), that then a metal powder mixture for a third layer (3), which contains a larger proportion of a metal powder of the first group such as W, Mo, Cr than the metal powder mixture of the second layer (2) is applied to the free surface of the second layer (2), that then a three-layer compact is formed with high pressure, then this compact is sintered at high temperatures, then the porous three-layer sintered body is impregnated with the emission material, then the third layer (3) is removed mechanically and then the emission surface (4) is formed as the free surface of the second layer (2). Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung des imprägnierten Mehrschichtkathodenkörpers in einer topfförmigen Höhlung eines metallenen Kathodenteils (5) vorgenommen wird und daß bei der Bildung der Emissionsoberfläche (4) ggf. auch ein Teil der Berandung des die Höhlung bildenden topfförmigen Kathodenteils (5) abgetragen wird.A method according to claim 10 or 11, characterized in that the production of the impregnated multilayer cathode body is carried out in a cup-shaped cavity of a metal cathode part (5) and that, when the emission surface (4) is formed, part of the edge of the cup-shaped cavity forming the cavity may also be formed Cathode part (5) is removed. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern bei Temperaturen von 1500⁰C bis 2200⁰C, insbesondere 1800⁰C bis 2000⁰C vorgenommen wird.Method according to one of claims 10-12, characterized in that the sintering is carried out at temperatures of 1500⁰C to 2200⁰C, in particular 1800⁰C to 2000⁰C. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (1) in einer Dicke von 0,1 mm bis 10 mm, insbesondere 0,5 mm bis 1,5 mm hergestellt wird.Method according to one of claims 10-13, characterized in that the first layer (1) is produced in a thickness of 0.1 mm to 10 mm, in particular 0.5 mm to 1.5 mm. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (2) in einer Dicke von 0,01 mm bis 1 mm, insbesondere 0,05 mm bis 0,5 mm hergestellt wird.Method according to one of claims 10-14, characterized in that the second layer (2) is produced in a thickness of 0.01 mm to 1 mm, in particular 0.05 mm to 0.5 mm. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-15, dadurch gekennzeichnet, daß die wieder abzutragende dritte Schicht (3) in einer Dicke von 0,01 mm bis 1 mm, insbesondere 0,05 mm bis 0,5 mm hergestellt wird.Method according to one of claims 10-15, characterized in that the third layer (3) to be removed again is produced in a thickness of 0.01 mm to 1 mm, in particular 0.05 mm to 0.5 mm. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-16, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (1) und die dritte Schicht (3) mit einer Metallpulvermischung von 50 bis 100 insbesondere etwa 80 Gewichtsprozenten eines Metalls der ersten Gruppe, insbesondere W und Rest eines Metalls der zweiten Gruppe, insbesondere Os, hergestellt wird.Method according to one of claims 10-16, characterized in that the first layer (1) and the third layer (3) with a metal powder mixture of 50 to 100 in particular about 80 percent by weight of a metal of the first group, in particular W and the rest of a metal of second group, in particular Os, is produced. Verfahren nach einem der Ansprüche 10-17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (2) mit einer Metallpulvermischung von 30 bis 100, insbesondere etwa 50 Gewichtsprozenten eines Metalls der zweiten Gruppe, insbesondere Os, und Rest eines Metalls der ersten Gruppe hergestellt wird.Method according to one of claims 10-17, characterized in that the second layer (2) is produced with a metal powder mixture of 30 to 100, in particular about 50 percent by weight of a metal of the second group, in particular Os, and the rest of a metal of the first group.
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