WO2019056026A1 - Kathode - Google Patents

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WO2019056026A1
WO2019056026A1 PCT/AT2018/000072 AT2018000072W WO2019056026A1 WO 2019056026 A1 WO2019056026 A1 WO 2019056026A1 AT 2018000072 W AT2018000072 W AT 2018000072W WO 2019056026 A1 WO2019056026 A1 WO 2019056026A1
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WO
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cathode
core
jacket
shell
refractory metal
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PCT/AT2018/000072
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Karl Huber
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Plansee Se
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a cathode for a lamp, in particular for a high pressure discharge lamp, having the features of the preamble of
  • Claim 1 and a method for producing a cathode.
  • Cathodes of high pressure discharge lamps are usually made of a refractory material, usually tungsten, with a the
  • Electron discharge work reducing material a so-called
  • Emitter cloth is doped.
  • Thorium oxide (ThO2) is usually used as the doping, since this addition significantly reduces the electron work function (from 4.6 to 5.4 eV for pure tungsten depending on the grain orientation to 2.4 to 3.0 eV for W-ThO2 ).
  • ThO2 Thorium oxide
  • thorium is a radioactive element, efforts have been made for decades to substitute this material.
  • High-pressure discharge lamp wherein the material of the cathode tip in addition to tungsten lanthanum oxide (La2O3) as an emitter material and at least one further oxide from the group hafnium oxide (HfO2) and zirconium oxide (ZrO2).
  • La2O3 tungsten lanthanum oxide
  • HfO2 hafnium oxide
  • ZrO2 zirconium oxide
  • the cathode is formed of a material, in which a basic material of metallic tungsten lanthanum oxide and
  • the cathode base material of metallic tungsten also contains carbon in the form of a solid solution.
  • the dissolved carbon thus reduces the lanthanum oxide to elemental lanthanum, which along the grain boundaries of the tungsten to a
  • Tip region of the cathode diffuses. This ensures a continuous supply of emitter material.
  • the object of the invention is to provide an improved cathode and a method for producing a cathode.
  • the cathode according to the invention comprises:
  • a core extending at least partially along a longitudinal axis of the cathode, the core consisting essentially of tungsten with portions of at least one electron work function reducing material, a cladding at least partially surrounding the core, the cladding being a refractory metal or a refractory metal alloy and Share of at least one carbon source, either the core or the shell are formed from undeformed material.
  • tungsten essentially made of tungsten "here means that the core is at least
  • 95 wt. % consists of tungsten. In general, only a maximum of 0.5 wt. % more substances available.
  • the jacket shares at least one substance for
  • the structure of an undeformed material shows no mechanical deformation characteristics.
  • undeformed material is in particular a pressed-sintered
  • an undeformed material usually has a higher residual porosity than a formed material.
  • the core consists of formed material, preferably of wire material.
  • the undeformed jacket consists for example of a pressed-sintered powder mixture.
  • Outer contour be further compressed by local heat input.
  • Other ways to create a dense shell are in an outer coating of the shell, such as a CVD or a slurry process.
  • the aim of the formation of a dense shell is to reduce evaporation of any emitter material which may have diffused into the shell.
  • dense shell is meant here that a shell with a relation to the shell material significantly reduced porosity exists.
  • Forming - has a higher residual porosity than the core.
  • Advantageous effects are associated with this: on the one hand, the jacket experiences a lower heat input during operation, since a current conductivity decreases with increasing porosity. On the other hand is connected by a porosity
  • the jacket consists of formed material, for example rod material.
  • the jacket is anyway made of dense material. A training of a special shell is not required here.
  • the variant in which the core is formed of wire material and the jacket consists of undeformed material.
  • the cathode body is thus a composite component comprising a component of one
  • refractory metals in the context of the present application are the metals of the 4th group (titanium, zirconium and hafnium), the 5th group (vanadium, niobium, tantalum) and the 6th group (chromium, molybdenum, tungsten) of the periodic table and rhenium Roger that.
  • the 4th group titanium, zirconium and hafnium
  • the 5th group vanadium, niobium, tantalum
  • 6th group chromium, molybdenum, tungsten
  • Refractory metal alloys are alloys with at least 50 at.%
  • Refractory metal or refractory metals meant. These materials are under another excellent dimensional stability at high
  • Electrode substances for reducing electron work function - usually rare earth oxides - are also referred to as "emitter substances.” Emitter substances are usually added as an oxide, and in operation, high temperatures form a cathode tip
  • Electron discharge work reducing effect can be assigned to this location.
  • the term “emitter element” refers to the dosage form, for example La 2 O 3 is an emitter substance and lanthanum is the corresponding emitter element Core substance to reduce one
  • the core of tungsten wire with a content of La2O3 between 0.5% wt.% And 2.5 wt.%, More preferably with a content of La2O3 between 1, 0% wt.% And 2.0 wt .% educated.
  • Wire quality is commonly used as "WL” wire, which is distributed finely in the microstructure
  • Oxide particles improve the creep resistance and increase the
  • Electron work function The weights are based on the content in the material of the core.
  • thorium oxide is the cerium oxide Ce2O3.
  • the representation of the core of a cheap available semi-finished, preferably wire or rod material, allows a particularly economical production of the cathode. It is preferably provided that the carbon source in the jacket is at least partially formed by tungsten carbide. Preferably, the tungsten carbide is W2C.
  • the advantage of providing carbon at least partially in the form of tungsten carbide is inter alia in the favorable processing together with metallic tungsten.
  • elemental carbon for example in the form of flame black, may be present as the carbon source.
  • the carbon provides for temperatures as may occur when the cathode is operated in a lamp, or when the cathode is annealed, provides for reduction of the emitter material oxide to the elemental emitter element.
  • Reaction equation for the reduction of the emitter substance can be established as follows:
  • elemental emitter element becomes the bulk of the cathode material
  • only the cladding contains the carbon source for the mechanism of reduction described above. This applies to the state before the connection of sheath and core to
  • Anode body In particular, in the case of a cohesive connection, carbon can be diffused between the jacket and the core.
  • the core may also contain carbon.
  • the respective formed semi-finished product is usually approximately free of carbon in its original form. Nearly free means that the carbon content is typically below 30 pg / g. It is preferably provided that the total carbon content between
  • Carbon content above will be increased cathode deformation and / or increased bulb blackening observed.
  • the carbon content refers to the proportion in the respective undeformed component shell or core. It is preferably provided that the jacket is substantially free of substance for reducing an electron work function (emitter substance).
  • the shell has a dense shell that is substantially free of emitter material.
  • a dense shell should be formed on the cladding which is substantially free of emitter substance.
  • the jacket does not contribute to an evaporation of emitter substance when using the cathode and thus a particularly low piston blackening occurs.
  • Substantially free means that the content of emitter substance in the shell or in the dense shell below 0.1 wt. %, preferably further below.
  • the core and the jacket are cohesively and / or positively connected with each other.
  • Cohesive means that there is a metallurgical bond between the core and the jacket.
  • a form-fitting connection is favorable: here, for example, the core is geometrically designed such that there is a mechanical entanglement between the core and the jacket. So a particularly strong and secure connection can be created.
  • the core may be partially upset or squashed. It can also be grooves or grooves formed on the core or on the jacket.
  • the recesses extend along a
  • Screw curve which is preferably continuous. This creates a closed emitter path along the free surface. As a result, emitter material can be conveyed back particularly easily from the volume (bulk) of the core in the direction of the end of the cathode facing a discharge space.
  • Core and shell are particularly preferred by a Sinterphilgung
  • sintering is meant a cohesive bond formed by diffusion. In the present case there is one
  • a cathode tip is formed on the end of the cathode facing a discharge space.
  • the core protrude from the jacket or flush with the jacket.
  • the cathode tip can be formed flattened. This means that the cathode tip is not geometrically pointed, but is flattened to a plateau.
  • the cathode preferably has a substantially cylindrical basic shape and is formed on the side facing the discharge space to form a truncated cone.
  • the flattened cathode tip facing the discharge space preferably has a circular cross-section. The center of the circular cross section is formed by the core. The core is surrounded by the material of the jacket.
  • the core preferably has a smaller diameter at the end of the cathode facing a discharge space than in a region of a shaft. In other words, the core tapers towards the discharge space.
  • Protection is also desired for a method for producing a cathode, in particular a cathode for a high-pressure discharge lamp, comprising the steps:
  • Refractory metal or a refractory metal alloy and at least one carbon source Refractory metal or a refractory metal alloy and at least one carbon source
  • Powder mixture comprising powder of refractory metal or a powder
  • Refractory metal alloy and at least one substance for reducing electron work function
  • the two variants of the method describe the two cases that either the core consists of formed material and the sheath on
  • powder metallurgical path is formed (first variant) or
  • the shell is made of formed material and the core is on
  • the powder mixture may comprise the first variant
  • Refractory metal or a refractory metal alloy and at least one carbon source also additionally a substance for reducing the
  • the first powder mixture can be pressed before inserting the core into a green compact.
  • the core can be placed in a loose powder bed or in a pre-pressed green body.
  • the refractory metal of the first powder mixture is tungsten, which is why tungsten is mentioned in the explanation of the exemplary embodiment.
  • the main body of the core may be, for example, a wire section.
  • the cylindrical wire section is tapered on the side provided as the cathode tip.
  • the core is embedded in a powder mixture comprising tungsten and at least one carbon source.
  • the core is embedded in a powder mixture comprising tungsten and at least one carbon source.
  • Powder mixture also in addition a substance to reduce the
  • the embedding is done in a die or a mold in which the core can be positioned.
  • the first powder mix can be crimped to a green compact prior to inserting the core.
  • the powder mixture is pressed to the core and consolidated.
  • the consolidation is done by thermally assisted mechanical
  • a suitable method is, for example, hot pressing.
  • the resulting cathode blank can be reworked.
  • the cathode tip can become a
  • Plateau to be ground to a nominal diameter.
  • FIG. 2 is a high-pressure discharge lamp
  • Fig. 4 is a schematic representation of the method in a first variant
  • FIGS. 7, 8 are SEM images of longitudinal sections of the cathode
  • FIG. 1a schematically shows a cathode 1 in a longitudinal section along a longitudinal axis L.
  • the cathode 1 has a substantially cylindrical basic shape with one in the direction of a discharge space in this
  • the cathode 1 comprises a core 2, which in this exemplary embodiment is formed from a shaped tungsten material, which is provided with a tungsten-shaped cathode tip 4
  • Emitterstoff, here La203 is doped.
  • wire material is used for the core, which is cheap available as semi-finished.
  • the core 2 extends along the longitudinal axis L, wherein the longitudinal axis L also forms an axis of symmetry of the substantially cylindrical core 2, and is coaxially surrounded by a jacket 3.
  • the diameter of the core 2 is formed to a diameter d2 which is smaller than a diameter d1 of the core 2 in the region of a shaft 5.
  • the shell 3 is formed in this embodiment of undeformed material and contains at least one carbon source , In the present
  • Embodiment is the shell 3 made of tungsten with proportions of
  • Tungsten carbide W2C in the form of a hot-pressed powder mixture.
  • the core 2 and the shell 3 are connected by a Sinterphilgung cohesively.
  • Cohesive means that a metallurgical
  • the doping with the emitter La2Ü3 ensures a low
  • FIG. 1b shows a cross section of the cathode tip 4.
  • the cathode tip 4 is flattened and has a circular cross section.
  • the center is formed by the core 2, which is concentrically surrounded by the shell 3.
  • the core 2 can protrude from the jacket 3 or as in
  • FIG. 2 schematically shows a high-pressure discharge lamp 6. Between the cathode 1 and an anode 7, a discharge arc is formed during operation.
  • a high-pressure discharge lamp 6 with a cathode 1 according to the invention is free of thorium and has at least the same length of life and a similarly low or low arc disturbance as a lamp with a thoriated cathode.
  • FIG. 3a shows a cathode 1 in section with respect to the configuration of the cathode tip 4.
  • the cathode tip 4 of the material of the core 2 and shell 3 is formed.
  • the jacket 3 is firmly bonded to the core 2.
  • a positive connection between core 2 and shell 3 can be generated via cross-sectional changes to the core 2.
  • FIG. 3b Here provide grooves 12 on the core 2 for
  • the groove 12 or the grooves 12 extends along a screw curve, which is preferably continuous. This is how it is
  • emitter substance can be conveyed back particularly easily from the volume (bulk) of the core 3 in the direction of the cathode tip 4.
  • FIG. 4 schematically shows the method for producing a cathode in one embodiment. Shown here is the variant of the method, according to which a core 2 made of formed material with a jacket 3 is connected from a powder mixture. In a pressing tool consisting of a lower punch 9 and an upper punch 10, the core 2 of the later cathode is positioned. The core 2 is embedded in a powder mixture 8 comprising tungsten and at least one carbon source.
  • the powder mixture 8 becomes at least partially the core 2
  • the consolidation takes place by the action of pressure P and heat H.
  • An example of such a combined thermal and mechanical compression is the hot pressing.
  • the method variant via hot pressing is particularly suitable, since the core 2 as a formed material already has a high relative density, or in other words is virtually free of pores. That is, the core 2 in the consolidation step in the above process no longer shows any loss while the powder mixture 8 naturally shrinks by the pressing and sintering.
  • hot pressing is done by tracking the
  • the resulting cathode blank can be formed.
  • the cathode blank is reworked to finished cathode.
  • FIG. 5 shows schematically the variant of the method for producing a cathode 1, according to which a jacket 3 made of formed material is connected to a core 2 made of a powder mixture.
  • a pressing tool consisting of a lower punch 9 and an upper punch 10 of the jacket 3 of the later cathode is positioned.
  • the jacket consists in this case of hollow cylinder-like sleeve, which was made from a formed semi-finished product.
  • starting material for example, a
  • Rod material can be used.
  • For the core 2 will be in a second
  • Powder mixture 11 comprising refractory metal powder or a powder
  • Refractory metal alloy and at least one material for reducing an electron work function in the shell 3 filled and consolidated by the action of pressure P and heat H can be carried out in the same way as in FIG. 4.
  • the cathode 1 thus obtained can, if necessary, still be processed to measure.
  • FIG. 6 shows a cathode 1 in a further exemplary embodiment.
  • the core 2 is present as a consolidated powder mixture, while the shell 3 consists of a formed material.
  • FIG. 7 shows a SEM (Scanning Electron Microscope) image of a detail of a longitudinal section through a cathode 1.
  • a section of the cathode 1 at the transition to the cathode tip 4 can be seen, wherein the sectional plane is not laid through the center or longitudinal axis L of the core 2 , Therefore, in this sectional view of the core 2 is not sufficient for the cathode tip 4.
  • a groove 12 can be seen on the core 2, wherein at the bottom of the groove 12 no
  • the core 2 facilitates the diffusion of emitter material in the direction of the cathode tip 4. In the remaining areas there is a material bond between the core 2 and the sheath 3. Furthermore, the residual porosity in the sheath 3 can be seen, while the core 2 consists of dense formed material.
  • the jacket 3 consists of a consolidated powder mixture.
  • the core 2 is from
  • FIG. 8 likewise shows an SEM (scanning electron microscope) image of a section of a longitudinal section through the cathode 1 of FIG. 7. Pores are clearly visible in the structure of the shell 3.
  • the residual porosity of the shell 3 ie in the left half of the image) is in this example 5.5%, with quantitative microstructure analysis evaluated as area fraction of the pores.

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Abstract

Kathode (1) für eine Lampe, insbesondere für eine Hochdruckentladungslampe, umfassend einen Kern (2), der sich zumindest teilweise entlang einer Längsachse (L) der Kathode (1) erstreckt, wobei der Kern (2) im Wesentlichen aus Wolfram mit Anteilen wenigstens eines Stoffes zur Verringerung einer Elektronenaustrittsarbeit besteht, einen den Kern (2) zumindest teilweise umgebenden Mantel (3), wobei der Mantel (3) aus einem Refraktärmetall oder einer Refraktärmetalllegierung und Anteilen wenigstens einer Kohlenstoffquelle besteht, wobei entweder der Kern (2) oder der Mantel (3) aus unverformtem Material gebildet sind.

Description

Kathode
Die Erfindung betrifft eine Kathode für eine Lampe, insbesondere für eine Hochdruckentladungslampe, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von
Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Kathode.
Kathoden von Hochdruckentladungslampen bestehen in der Regel aus einem hochschmelzenden Material, meist Wolfram, das mit einem die
Elektronenaustrittsarbeit reduzierenden Material, einem so genannten
Emitterstoff, dotiert ist. Meist wird als Dotierung Thoriumoxid (ThO2) verwendet, da dieser Zusatz die Elektronenaustrittsarbeit deutlich herabsetzt (von - in Abhängigkeit von der Kornorientierung - 4,6 bis 5,4 eV für reines Wolfram auf 2,4 bis 3,0 eV für W-ThO2). Da jedoch Thorium ein radioaktives Element ist, gibt es seit Jahrzehnten Bestrebungen, diesen Werkstoff zu substituieren.
Alternative Emitterstoffe zu ThO2 haben den Nachteil, dass sie in der Regel einen geringeren Siedepunkt als ThO2 aufweisen und die Kathodenoberfläche rasch an dem die Elektronenaustrittsarbeit reduzierenden Emitterstoff verarmt. Aus dem Volumen der Elektrode kann das die Elektronenaustrittsarbeit reduzierende Oxid nicht ausreichend schnell nachdiffundieren. In Folge treten Bogenunruhe und verstärkter Abbrand auf. Die Kathode erreicht keine lange Lebensdauer.
Um den Defiziten der alternativen Emitterstoffe zu begegnen, gibt es
Vorschläge aus dem Stand der Technik:
Die DE 10209426A1 beschreibt eine Kathode für eine
Hochdruckentladungslampe, wobei das Material der Kathodenspitze zusätzlich zu Wolfram Lanthanoxid (La2O3) als Emitterstoff und mindestens ein weiteres Oxid aus der Gruppe Hafniumoxid (HfO2) und Zirkonoxid (ZrO2) enthält. Die Zugabe dieser Oxide führt demnach zu einer Verbesserung der Eigenschaften hinsichtlich Abdampfung des Emitterstoffs.
Die DE102009057546A1 beschreibt eine Kathode für eine
Hochdruckentladungslampe, wobei die Kathode aus einem Material gebildet ist, bei dem ein Grundstoff aus metallischem Wolfram Lanthanoxid und
Zirconiumoxid enthält. Im Kathoden-Grundstoff aus metallischem Wolfram ist zudem Kohlenstoff in Form einer festen Lösung vorhanden.
Der gelöste Kohlenstoff reduziert demnach das Lanthanoxid zu elementarem Lanthan, welches entlang der Korngrenzen des Wolframs zu einem
Spitzenbereich der Kathode diffundiert. So wird für einen kontinuierlichen Nachschub an Emitterstoff gesorgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Kathode sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Kathode anzugeben.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kathode mit den Merkmalen von
Anspruch 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 15. Die erfindungsgemäße Kathode umfasst:
einen Kern, der sich zumindest teilweise entlang einer Längsachse der Kathode erstreckt, wobei der Kern im Wesentlichen aus Wolfram mit Anteilen wenigstens eines Stoffes zur Verringerung einer Elektronenaustrittsarbeit besteht, einen den Kern zumindest teilweise umgebenden Mantel, wobei der Mantel aus einem Refraktärmetall oder einer Refraktärmetalllegierung und Anteilen wenigstens einer Kohlenstoffquelle besteht, wobei entweder der Kern oder der Mantel aus unverformtem Material gebildet sind. Die Formulierung„im
Wesentlichen aus Wolfram" bedeutet hier, dass der Kern zu wenigstens
95 gew. % aus Wolfram besteht. In der Regel sind lediglich maximal 0,5 gew. % weitere Stoffe vorhanden.
Bezüglich der Orientierung des Kerns„zumindest teilweise entlang einer
Längsachse der Kathode" sei erklärt, dass geringfügige Abweichungen
(beispielsweise 10°) von der Ausrichtung der Längsachse vorstellbar sind; auch kann der Kern außermittig im Mantel verlaufen.
Optional kann auch der Mantel Anteile wenigstens eines Stoffes zur
Verringerung der Elektronenaustrittsarbeit enthalten. Während bei einem umgeformtem Material der betreffende Werkstoff eine bildsame Formgebung erfahren hat und das Gefüge dementsprechend
Merkmale einer mechanischen Umformung aufweist, zeigt das Gefüge eines unverformten Materials keine Merkmale einer mechanischen Umformung. Mit unverformtem Material ist insbesondere eine gepresst-gesinterte
Pulvermischung gemeint. Neben dem Merkmal des Ausbleibens eines
Umformgefüges weist ein unverformtes Material in der Regel eine höhere Restporosität als ein umgeformter Werkstoff auf.
Die erfindungsgemäße Ausbildung der Kathode erlaubt gute
Brenneigenschaften bei günstiger und einfacher Herstellung.
In der Variante, in der der Mantel aus unverformtem Material gebildet ist, besteht der Kern aus umgeformtem Material, bevorzugt aus Drahtmaterial. Bei dieser Variante besteht der unverformte Mantel beispielsweise aus einer gepresst-gesinterten Pulvermischung.
In einer Weiterbildung dieser Variante kann es vorgesehen sein, am Mantel eine dichte Schale auszubilden. So kann etwa der Mantel an seiner
Außenkontur durch lokale Wärmeeinbringung weiter verdichtet sein. Andere Möglichkeiten zur Schaffung einer dichten Schale liegen in einer äußerlichen Beschichtung des Mantels, etwa über ein CVD- oder ein Slurry-Verfahren. Ziel der Ausbildung einer dichten Schale ist es, eine Abdampfung von gegebenenfalls in den Mantel diffundierten Emitterstoff zu reduzieren. Unter „dichter Schale" wird hier verstanden, dass eine Schale mit einer gegenüber dem Mantelmaterial deutlich reduzierten Porosität besteht.
Besonders vorteilhaft an der Variante mit Mantel aus unverformtem Material ist, dass der Mantel - bedingt durch das Ausbleiben einer verdichtenden
Umformung - eine höhere Restporosität als der Kern aufweist. Damit sind vorteilhafte Effekte verbunden: zum einen erfährt der Mantel einen geringeren Wärmeeintrag im Betrieb, da eine Stromleitfähigkeit mit zunehmender Porosität abnimmt. Zum anderen wird durch eine mit der Porosität verbundene
Oberflächenrauigkeit eine Abstrahlung von Wärme begünstigt, wodurch insgesamt ein günstiger Wärmehaushalt erzielt wird. Günstig ist eine Restporosität des Mantels von wenigstens 3%, bevorzugt über 5%, welche über quantitative Gefügeanalyse bestimmt werden kann.
In der Variante, in der der Kern aus unverformtem Material gebildet ist, besteht der Mantel aus umgeformtem Material, beispielsweise aus Stabmaterial. In diesem Fall ist der Mantel ohnehin aus dichtem Material. Eine Ausbildung einer besonderen Schale ist hier nicht erforderlich.
Zusammengefasst werden zwei Varianten vorgeschlagen:
- Kern aus umgeformtem Material und Mantel aus konsolidierter
Pulvermischung
oder
- Mantel aus umgeformtem Material und Kern aus konsolidierter
Pulvermischung.
Besonders bevorzugt ist die Variante, in welcher der Kern aus Drahtmaterial gebildet ist und der Mantel aus unverformtem Material besteht.
Kern und Mantel bilden zusammen einen Kathodenkörper. Der Kathodenkörper ist also ein Verbundbauteil umfassend eine Komponente aus einem
umgeformtem Werkstoff und einer Komponente aus einem unverformtem
Werkstoff, insbesondere aus einer gepresst-gesinterten Pulvermischung.
Dadurch können für den Kern - bei der Variante, dass der Mantel aus
unverformtem Material gebildet ist - bzw. für den Mantel - bei der Variante, dass der Kern aus unverformtem Material gebildet ist - besonders günstig verfügbare Halbzeuge verwendet werden.
Unter Refraktärmetallen werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung die Metalle der 4. Gruppe (Titan, Zirconium und Hafnium), der 5. Gruppe (Vanadium, Niob, Tantal) und der 6. Gruppe (Chrom, Molybdän, Wolfram) des Periodensystems sowie Rhenium verstanden. Unter
Refraktärmetalllegierungen sind Legierungen mit wenigstens 50 at. %
Refraktärmetall oder Refraktärmetallen gemeint. Diese Werkstoffe weisen unter anderem eine ausgezeichnete Formbeständigkeit bei hohen
Einsatztemperaturen auf.
Stoffe zur Verringerung einer Elektronenaustrittsarbeit - in der Regel handelt es sich um Seltenerd-Oxide - werden in weiterer Folge auch als„Emitterstoffe" bezeichnet. Emitterstoffe werden üblicherweise als Oxid zugefügt. Im Betrieb bildet sich durch die hohen Temperaturen an einer Kathodenspitze eine
Monolage des betreffenden Elements in elementarer Form aus. Der die
Elektronenaustrittsarbeit reduzierende Effekt kann dieser Lage zugeordnet werden. Ist im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung das eigentliche chemische Element (z.B. Lanthan) gemeint, ist von„Emitterelement" die Rede. „Emitterstoff' bezeichnet hingegen die Darreichungsform. So ist zum Beispiel La2O3 ein Emitterstoff und Lanthan das entsprechende Emitterelement. Bevorzugt ist der im Kern enthaltene Stoff zur Verringerung einer
Elektronenaustrittsarbeit von Lanthanoxid (La2Ü3) gebildet.
Besonders bevorzugt ist der Kern aus Wolfram-Draht mit einem Gehalt an La2O3 zwischen 0,5 % gew.% und 2,5 gew.%, weiter bevorzugt mit einem Gehalt an La2O3 zwischen 1 ,0 % gew.% und 2,0 gew.% gebildet. Diese
Drahtqualität ist als„WL" Draht geläufig. Die im Gefüge fein verteilten
Oxidpartikel verbessern die Kriechbeständigkeit und erhöhen die
Rekristallisationstemperatur. Das La2O3 sorgt für eine geringe
Elektronenaustrittsarbeit. Die Gewichtsangaben beziehen sich auf den Gehalt im Werkstoff des Kerns.
Eine weitere Alternative zu Thoriumoxid stellt das Ceroxid Ce2O3 dar.
Die Darstellung des Kerns aus einem günstig verfügbaren Halbzeug, bevorzugt Draht- oder Stabmaterial, erlaubt eine besonders wirtschaftliche Fertigung der Kathode. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kohlenstoffquelle im Mantel zumindest teilweise von Wolframkarbid gebildet ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Wolframkarbid um W2C.
Der Vorteil der Bereitstellung von Kohlstoff zumindest teilweise in Form von Wolframkarbid liegt unter anderem in der günstigen Verarbeitung zusammen mit metallischem Wolfram. Alternativ oder zusätzlich kann als Kohlenstoffquelle elementarer Kohlenstoff, etwa in Form von Flammruß vorhanden sein.
Der Kohlenstoff sorgt bei Temperaturen wie sie bei einem Betrieb der Kathode in einer Lampe auftreten können oder bei einer Glühbehandlung der Kathode eingestellt werden für eine Reduktion des als Oxid vorliegenden Emitterstoffes zu dem elementaren Emitterelement.
Liegt Kohlenstoff in der Form als Wolframkarbid W2C vor, kann die
Reaktionsgleichung für die Reduktion des Emitterstoffes wie folgt aufgestellt werden:
La2O3(s) + 3W2C(s) 2La(s) + 6W(s) + 3CO(g)
Über den oben beschriebenen Reduktionsmechanismus wird elementares Emitterelement aus dem Volumen (bulk) des Kathodenwerkstoffs an die
Oberfläche nachgeliefert, und eine mit einer solchen Kathode ausgestattete Lampe erreicht eine hohe Lebensdauer bei gleichmäßigem Abbrandverhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält in der Regel lediglich der Mantel die Kohlenstoffquelle für den oben beschriebenen Mechanismus der Reduktion. Dies gilt für den Zustand vor der Verbindung von Mantel und Kern zum
Anodenkörper. Insbesondere bei einer stoffschlüssigen Verbindung kann es zur Diffusion von Kohlenstoff zwischen Mantel und Kern kommen.
In der Variante, in welcher der Kern als konsolidierte Pulvermischung
ausgeführt ist, kann auch der Kern Kohlenstoff enthalten.
Das jeweilige umgeformte Halbzeug ist in der Regel in seiner ursprünglichen Form annähernd frei von Kohlenstoff. Annähernd frei bedeutet, dass der Kohlenstoffgehalt typischerweise unter 30 pg/g liegt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Gesamt-Kohlenstoffgehalt zwischen
50 - 3000 pg/g, bevorzugt 150 - 1500 pg/g und besonders bevorzugt 350 pg/g und 800 pg/g liegt. Bei einem Kohlenstoffgehalt unter den angegebenen
Grenzen ist keine genügende Reduktionswirkung gegeben; liegt der
Kohlenstoffgehalt darüber, werden eine erhöhte Kathodenverformung und / oder eine verstärkte Kolbenschwärzung beobachtet. Der Kohlenstoffgehalt bezieht sich auf den Anteil im jeweiligen unverformten Bauteil Mantel bzw. Kern. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Mantel im Wesentlichen frei von Stoff zur Verringerung einer Elektronenaustrittsarbeit (Emitterstoff) ist.
Alternativ weist der Mantel eine dichte Schale auf, die im Wesentlichen frei von Emitterstoff ist. Ist also der Mantel nicht im Wesentlichen frei von Emitterstoff, so soll eine dichte Schale am Mantel ausgebildet sein, welche im Wesentlichen frei von Emitterstoff ist.
Dies ist deswegen besonders vorteilhaft, da auf diese Weise der Mantel bei einem Einsatz der Kathode nicht zu einer Abdampfung von Emitterstoff beiträgt und somit eine besonders geringe Kolbenschwärzung auftritt. Im Wesentlichen frei bedeutet, dass der Gehalt an Emitterstoff im Mantel bzw. in der dichten Schale unter 0,1 gew. %, bevorzugt weiter darunter liegt.
Bevorzugt sind der Kern und der Mantel stoffschlüssig und / oder formschlüssig miteinander verbunden. Stoffschlüssig bedeutet, dass eine metallurgische Verbindung zwischen Kern und Mantel besteht. Günstig ist darüber hinaus eine formschlüssige Verbindung: hier ist beispielsweise der Kern geometrisch so ausgebildet, dass eine mechanische Verhakung zwischen Kern und Mantel besteht. So kann eine besonders feste und sichere Verbindung geschaffen werden. Zum Erreichen eines Formschlusses kann beispielsweise der Kern teilweise angestaucht oder gequetscht sein. Es können auch Nuten oder Rillen am Kern bzw. am Mantel ausgebildet sein.
Günstig ist es, wenn teilweise, also lokal, keine Materialverbindung zwischen Kern und Mantel besteht, Kern und Mantel also stellenweise voneinander beabstandet sind. Dies kann durch lokale Aussparungen am Kern oder Mantel realisiert werden. Diese Aussparungen (etwa Nuten oder Einstiche),
begünstigen eine Oberflächendiffusion von Emitterstoff an der Oberfläche des Kerns. Besonders bevorzugt verlaufen die Aussparungen entlang einer
Schraubenkurve, die vorzugsweise durchgängig ist. So wird ein geschlossener Transportpfad für Emitterstoff entlang der freien Oberfläche geschaffen. Dadurch kann Emitterstoff besonders leicht vom Volumen (bulk) des Kerns in Richtung dem einem Entladungsraum zugewandten Ende der Kathode nachgefördert werden. Besonders bevorzugt sind Kern und Mantel durch eine Sinterfügung
miteinander verbunden. Mit Sinterfügung ist eine durch Diffusion entstandene stoffschlüssige Verbindung gemeint. Im vorliegenden Fall besteht eine
Sinterfügung zwischen dem unverformten Teil (Mantel oder Kern) und dem umgeformten Teil (Kern bzw. Mantel). Zusätzlich kann noch ein Formschluss bestehen.
Bevorzugt ist auf dem einem Entladungsraum zugewandten Ende der Kathode eine Kathodenspitze ausgebildet. Dabei kann der Kern aus dem Mantel herausragen oder mit dem Mantel bündig abschließen.
Die Kathodenspitze kann abgeflacht ausgebildet sein. Das bedeutet, dass die Kathodenspitze nicht geometrisch spitz ist, sondern zu einem Plateau abgeflacht ist. Die Kathode hat bevorzugt eine im Wesentlichen zylindrische Grundform und ist an der dem Entladungsraum zugewandten Seite zu einem Kegelstumpf geformt. Die dem Entladungsraum zugewandte abgeflachte Kathodenspitze hat bevorzugt einen kreisförmigen Querschnitt. Das Zentrum des kreisförmigen Querschnitts ist vom Kern gebildet. Der Kern ist umgeben vom Material des Mantels.
Bevorzugt weist der Kern an dem einem Entladungsraum zugewandten Ende der Kathode einen geringeren Durchmesser aufweist als in einem Bereich eines Schafts. In anderen Worten verjüngt sich Kern in Richtung Entladungsraum.
Schutz wird auch begehrt für ein Verfahren zur Herstellung einer Kathode, insbesondere einer Kathode für eine Hochdruckentladungslampe umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Kerns aus umgeformtem Material,
- Bereitstellen einer ersten Pulvermischung umfassend Pulver von
Refraktärmetall oder einer Refraktärmetall-Legierung und wenigstens eine Kohlenstoffquelle,
- Einbetten des Kerns in die optional vorgepresste erste Pulvermischung, - Konsolidieren der Pulvermischung zu einem den Kern zumindest teilweise umgebenden Mantel,
- optional Nachbearbeiten der über die vorangegangenen Schritte erhaltenen Kathode
oder umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines Mantels aus umgeformtem Material,
zumindest teilweises Befüllen des Mantels mit einer zweiten
Pulvermischung umfassend Pulver von Refraktärmetall oder einer
Refraktärmetall-Legierung und wenigstens einen Stoff zur Verringerung einer Elektronenaustrittsarbeit,
Konsolidieren der zweiten Pulvermischung zu einem vom Mantel umgebenen Kern,
optional Nachbearbeiten der über die vorangegangenen Schritte erhaltenen Kathode.
Die zwei Verfahrensvarianten beschreiben die zwei Fälle, dass entweder der Kern aus umgeformten Material besteht und der Mantel auf
pulvermetallurgischem Weg angeformt wird (erste Variante) oder
dass der Mantel aus umgeformten Material besteht und der Kern auf
pulvermetallurgischem Weg in den Mantel eingebracht wird (zweite Variante).
Optional kann die Pulvermischung der ersten Variante umfassend
Refraktärmetall oder eine Refraktärmetall-Legierung und wenigstens eine Kohlenstoffquelle auch zusätzlich einen Stoff zur Verringerung der
Elektronenaustrittsarbeit enthalten.
Optional kann in der ersten Variante die erste Pulvermischung vor Einsetzen des Kerns zu einem Grünling verpresst werden. In anderen Worten kann also der Kern in ein loses Pulverbett oder in einen vorgepressten Grünling gesetzt werden.
Das Verfahren sei für die Variante mit einem Kern aus umgeformtem Material näher erläutert.
In der Regel ist das Refraktärmetall der ersten Pulvermischung Wolfram, daher ist in den Erläuterungen zum Ausführungsbeispiel Wolfram genannt. Der Grundkörper des Kerns kann zum Beispiel ein Drahtabschnitt sein.
Bevorzugt ist der zylinderförmige Drahtabschnitt auf der als Kathodenspitze vorgesehenen Seite verjüngt ausgebildet.
In weiterer Folge wird der Kern in eine Pulvermischung umfassend Wolfram und wenigstens eine Kohlenstoffquelle eingebettet. Optional kann die
Pulvermischung auch zusätzlich einen Stoff zur Verringerung der
Elektronenaustrittsarbeit enthalten.
Vorzugsweise erfolgt die Einbettung in einem Gesenk bzw. einer Form, in welcher der Kern positioniert werden kann.
Optional kann die erste Pulvermischung vor Einsetzen des Kerns zu einem Grünling verpresst werden.
Anschließend wird die Pulvermischung an den Kern gepresst und konsolidiert. Die Konsolidierung erfolgt durch thermisch unterstützte mechanische
Verdichtung. Ein geeignetes Verfahren ist zum Beispiel das Heißpressen.
Nach Entnahme aus dem Gesenk bzw. der Form kann der erhaltene Kathoden- Rohling nachbearbeitet werden. Etwa kann die Kathodenspitze zu einem
Plateau auf einen Nenn-Durchmesser geschliffen werden.
Schutz wird auch begehrt für eine Hochdruckentladungslampe mit einer
Kathode nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Die Erfindung wird durch Figuren näher erläutert. Dabei zeigt bzw. zeigen:
Fig. 1a und 1b Details einer Kathode in einem Ausführungsbeispiel Fig. 2 eine Hochdruckentladungslampe
Fig. 3a, 3b Details einer Kathode
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Verfahrens in einer ersten Variante
Fig 5 schematische Darstellung des Verfahrens in einer zweiten Variante
Fig 6 eine Kathode in einem weiteren Ausführungsbeispiel Fig 7, 8 REM Aufnahmen von Längsschnitten der Kathode In Figur 1a ist schematisch eine Kathode 1 in einem Längsschnitt entlang einer Längsachse L gezeigt. Die Kathode 1 hat eine im Wesentlichen zylindrische Grundgestalt mit einer in Richtung eines Entladungsraums in diesem
Ausführungsbeispiel kegelstumpfförmig ausgebildeter Kathodenspitze 4. Die Kathode 1 umfasst einen Kern 2, welcher in diesem Ausführungsbeispiel aus einem umgeformten Wolframmaterial ausgebildet ist, welches mit einem
Emitterstoff, hier La203, dotiert ist. Bevorzugt wird für den Kern Drahtmaterial verwendet, das als Halbzeug günstig verfügbar ist.
Der Kern 2 erstreckt sich entlang der Längsachse L, wobei die Längsachse L auch eine Symmetrieachse des im Wesentlichen zylindrischen Kerns 2 bildet, und ist koaxial von einem Mantel 3 umgeben. Im Bereich der Kathodenspitze 4 ist der Durchmesser des Kerns 2 zu einem Durchmesser d2 geformt, welcher kleiner ist als ein Durchmesser d1 des Kerns 2 in dem Bereich eines Schafts 5. Der Mantel 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus unverformtem Material gebildet und enthält wenigstens eine Kohlenstoffquelle. Im vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist der Mantel 3 aus Wolfram mit Anteilen von
Wolframkarbid W2C in Form einer heißgepressten Pulvermischung dargestellt. Der Kern 2 und der Mantel 3 sind durch eine Sinterfügung stoffschlüssig miteinander verbunden. Stoffschlüssig heißt, dass eine metallurgische
Verbindung besteht.
In einem Einsatz der Kathode 1 in einer Hochdruckentladungslampe (nicht gezeigt) sorgt die Dotierung mit dem Emitterstoff La2Ü3 für eine geringe
Elektronenaustrittsarbeit. Der Kohlenstoff aus der Kohlenstoffquelle im Mantel 3 reduziert den oxidisch vorliegenden Emitterstoff im Kern 2. Damit ist eine kontinuierliche Versorgung der Kathodenspitze 4 mit elementarem
Emitterelement (hier Lanthan) gegeben. Figur 1b zeigt einen Querschnitt der Kathodenspitze 4. Die Kathodenspitze 4 ist abgeflacht ausgeführt und weist einen kreisförmigen Querschnitt auf. Das Zentrum ist vom Kern 2 gebildet, der konzentrisch vom Mantel 3 umgeben ist. Der Kern 2 kann dabei aus dem Mantel 3 herausragen oder wie im
vorliegenden Beispiel bündig mit diesem abschließen. In Figur 2 ist schematisch eine Hochdruckentladungslampe 6 gezeigt. Zwischen der Kathode 1 und einer Anode 7 bildet sich im Betrieb ein Entladungsbogen. Eine Hochdruckentladungslampe 6 mit einer erfindungsgemäßen Kathode 1 ist frei von Thorium und weist eine wenigstens gleich lange Lebensdauer und eine ähnlich geringe oder geringere Bogenunruhe wie eine Lampe mit thorierter Kathode auf.
Figur 3a zeigt eine Kathode 1 im Schnitt bezüglich der Ausgestaltung der Kathodenspitze 4. Nach Figur 3a ist die Kathodenspitze 4 von Material des Kerns 2 und Mantel 3 gebildet. Der Mantel 3 ist mit dem Kern 2 stoffschlüssig verbunden. Zusätzlich kann über Querschnittsveränderungen am Kern 2 ein Formschluss zwischen Kern 2 und Mantel 3 erzeugt werden. Dies ist
beispielhaft in Figur 3b gezeigt. Hier sorgen Nuten 12 am Kern 2 für
zusätzlichen Formschluss zwischen Kern 2 und Mantel 3. In einer bevorzugten Variante besteht am Grund der Nut 12 keine Materialverbindung zwischen dem Kern 2 und dem Mantel 3. Dadurch wird eine Oberflächendiffusion von
Emitterstoff an der Oberfläche des Kerns 2 in Richtung Kathodenspitze 4 begünstigt. Besonders bevorzugt verläuft die Nut 12 bzw. die Nuten 12 entlang einer Schraubenkurve, die vorzugsweise durchgängig ist. So wird ein
geschlossener Transportpfad für Emitterstoff entlang der freien Oberfläche geschaffen. Dadurch kann Emitterstoff besonders leicht vom Volumen (bulk) des Kerns 3 in Richtung Kathodenspitze 4 nachgefördert werden.
Figur 4 zeigt schematisch das Verfahren zur Herstellung einer Kathode in einem Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist hier die Variante des Verfahrens, nach welcher ein Kern 2 aus umgeformten Material mit einem Mantel 3 aus einer Pulvermischung verbunden wird. In einem Presswerkzeug bestehend aus einem Unterstempel 9 und einem Oberstempel 10 wird der Kern 2 der späteren Kathode positioniert. Der Kern 2 wird in eine Pulvermischung 8 umfassend Wolfram und wenigstens eine Kohlenstoffquelle eingebettet.
Die Pulvermischung 8 wird zu einem den Kern 2 zumindest teilweise
umgebenden Mantel 3 konsolidiert. In diesem Fall erfolgt die Konsolidierung durch Einwirkung von Druck P und Wärme H. Ein Beispiel für eine solche kombinierte thermische und mechanische Verdichtung ist das Heißpressen. Die Verfahrensvariante über Heißpressen bietet sich insbesondere an, da der Kern 2 als umgeformtes Material ja bereits eine hohe relative Dichte aufweist, oder anders ausgedrückt nahezu porenfrei ist. Das bedeutet, dass der Kern 2 bei dem Konsolidierungsschritt im obigen Verfahren keinen Schwund mehr zeigt, während die Pulvermischung 8 naturgemäß durch das Pressen und Sintern schwindet. Beim Heißpressen wird durch Nachführen des
Presswerkzeugs der Mantel 3 auf den Kern 2 aufgepresst und angesintert. Dadurch entsteht eine metallurgische Verbindung zwischen Kern 2 und
Mantel 3. Nach der Konsolidierung kann der erhaltene Kathoden-Rohling ausgeformt werden. Gegebenenfalls wird der Kathoden-Rohling zu fertigen Kathode überarbeitet.
Figur 5 zeigt schematisch die Variante des Verfahrens zur Herstellung einer Kathode 1 , nach welcher ein Mantel 3 aus umgeformten Material mit einem Kern 2 aus einer Pulvermischung verbunden wird. In einem Presswerkzeug bestehend aus einem Unterstempel 9 und einem Oberstempel 10 wird der der Mantel 3 der späteren Kathode positioniert. Der Mantel besteht in diesem Fall aus hohlzylinderartigen Hülse, die aus einem umgeformten Halbzeug hergestellt wurde. Als Ausgangsmaterial kann beispielsweise ein
Stangenmaterial verwendet werden. Für den Kern 2 wird in eine zweite
Pulvermischung 11 umfassend Pulver von Refraktärmetall oder einer
Refraktärmetall-Legierung und wenigstens einen Stoff zur Verringerung einer Elektronenaustrittsarbeit in den Mantel 3 gefüllt und durch Einwirkung von Druck P und Wärme H konsolidiert. Die Konsolidierung und die damit einhergehende Verbindung von Kern 2 und Mantel 3 kann in gleicher Weise wie in Figur 4 geschildert erfolgen. Die so erhaltene Kathode 1 kann, sofern erforderlich, noch auf Maß bearbeitet werden.
Figur 6 zeigt eine Kathode 1 in einem weiteren Ausführungsbeispiel.
In diesem Fall liegt der Kern 2 als konsolidierte Pulvermischung vor, während der Mantel 3 aus einem umgeformten Werkstoff besteht.
Eine Kathode 1 dieser Art resultiert etwa aus dem zu Figur 5 beschriebenen Verfahren. Figur 7 zeigt eine REM (Rasterelektronenmikroskop)-Aufnahme eines Details eines Längsschnittes durch eine Kathode 1. Zu sehen ist ein Ausschnitt der Kathode 1 am Übergang zur Kathodenspitze 4, wobei die Schnittebene nicht durch die Mitten- bzw. Längsachse L des Kerns 2 gelegt ist. Daher reicht in dieser Schnittdarstellung der Kern 2 nicht zur Kathodenspitze 4. Im Detail A ist eine Nut 12 am Kern 2 zu erkennen, wobei am Grund der Nut 12 keine
Materialverbindung zwischen Kern 2 und Mantel 3 besteht. Diese freie
Oberfläche am Kern 2 erleichtert die Diffusion von Emitterstoff in Richtung Kathodenspitze 4. In den übrigen Bereichen besteht Stoffschluss zwischen Kern 2 und Mantel 3. Weiters zu erkennen ist die Restporosität im Mantel 3, während der Kern 2 aus dichtem umgeformten Material besteht. Der Mantel 3 besteht aus einer konsolidierten Pulvermischung. Der Kern 2 ist von
Drahtmaterial gebildet. Figur 8 zeigt ebenfalls eine REM (Rasterelektronenmikroskop)-Aufnahme eines Ausschnittes eines Längsschnittes durch die Kathode 1 von Figur 7. Deutlich zu erkennen sind Poren im Gefüge des Mantels 3. Die Restporosität des Mantels 3 (d.h. in der linken Bildhälfte) beträgt in diesem Beispiel 5,5%, mit quantitativer Gefügeanalyse ausgewertet als Flächenanteil der Poren.
Liste der verwendeten Bezugszeichen:
1 Kathode
2 Kern
3 Mantel
4 Kathodenspitze
5 Schaft
6 Hochdruckentladungslampe
7 Anode
8 erste Pulvermischung
9 Unterstempel
10 Oberstempel
11 zweite Pulvermischung
12 Nut

Claims

Ansprüche
Kathode (1) für eine Lampe, insbesondere für eine
Hochdruckentladungslampe, umfassend:
einen sich zumindest teilweise entlang einer Längsachse (L) der Kathode (1) erstreckenden Kern (2), wobei der Kern (2) im Wesentlichen aus Wolfram mit Anteilen wenigstens eines Stoffes zur Verringerung einer Elektronenaustrittsarbeit besteht,
einen den Kern (2) zumindest teilweise umgebenden Mantel (3), wobei der Mantel (3) aus einem Refraktärmetall oder einer
Refraktärmetalllegierung und Anteilen wenigstens einer
Kohlenstoffquelle besteht,
wobei entweder der Kern (2) oder der Mantel (3) aus unverformtem Material gebildet sind.
Kathode (1) nach Anspruch 1 , wobei der Kern (2) aus umgeformtem Material, insbesondere aus Drahtmaterial gebildet ist und der Mantel (3) aus unverformtem Material, insbesondere aus einer gepresst-gesinterten Pulvermischung gebildet ist.
Kathode (1) nach Anspruch 1 , wobei der Mantel (3) aus umgeformtem Material, insbesondere aus Stabmaterial gebildet ist und der Kern (2) aus unverformtem Material, insbesondere aus einer gepresst-gesinterten Pulvermischung gebildet ist.
Kathode (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der im Kern (2) enthaltene Stoff zur Verringerung einer Elektronenaustrittsarbeit von Lanthanoxid gebildet ist.
Kathode nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Kohlenstoffquelle im Mantel (3) zumindest teilweise von Wolframkarbid gebildet ist.
6. Kathode (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Mantel (3) im Wesentlichen frei von Stoff zur Verringerung einer
Elektronenaustrittsarbeit ist.
7. Kathode (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Mantel (3) von einer dichten Schale umgeben ist, die im Wesentlichen frei von Stoff zur Verringerung einer Elektronenaustrittsarbeit ist.
8. Kathode (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Kern (2) und der Mantel (3) stoffschlüssig und / oder formschlüssig miteinander verbunden sind.
9. Kathode (1) nach Anspruch 8, wobei der Kern (2) und der Mantel (3) durch eine Sinterfügung miteinander verbunden sind.
10. Kathode (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei
teilweise Bereiche ohne Materialverbindung zwischen Kern (2) und der Mantel (3) bestehen.
11. Kathode (1) nach Anspruch 10, wobei sich die Bereiche ohne
Materialverbindung entlang einer Schraubenlinie erstrecken.
12. Kathode (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Mantel (3) oder der Kern (2), wenn aus unverformtem Material gebildet, eine Restporosität von wenigstens 3% aufweisen.
13. Kathode (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei an dem einem Entladungsraum zugewandten Ende der Kathode (1) eine Kathodenspitze (4) ausgebildet ist.
14. Hochdruckentladungslampe (6) mit einer Kathode (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
15. Verfahren zur Herstellung einer Kathode, insbesondere einer Kathode für eine Hochdruckentladungslampe, das Verfahren umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Kerns (2) aus umgeformtem Material, welches im Wesentlichen aus Wolfram mit Anteilen wenigstens eines Stoffes zur Verringerung einer Elektronenaustrittsarbeit besteht,
- Bereitstellen einer ersten Pulvermischung (8) umfassend Pulver von Refraktärmetall oder einer Refraktärmetall-Legierung und wenigstens eine Kohlenstoffquelle,
- Einbetten des Kerns (2) in die optional vorgepresste erste
Pulvermischung (8),
- Konsolidieren der Pulvermischung (8) zu einem den Kern (2)
zumindest teilweise umgebenden Mantel (3),
- optional Nachbearbeiten der über die vorangegangenen Schritte
erhaltenen Kathode
oder umfassend die Schritte:
- Bereitstellen eines Mantels (3) aus umgeformtem Material bestehend aus Refraktärmetall oder einer Refraktärmetall-Legierung und
Anteilen wenigstens einer Kohlenstoffquelle,
- zumindest teilweises Befüllen des Mantels (3) mit einer zweiten
Pulvermischung (11) umfassend Pulver von Refraktärmetall oder einer Refraktärmetall-Legierung und wenigstens einen Stoff zur Verringerung einer Elektronenaustrittsarbeit,
- Konsolidieren der zweiten Pulvermischung (11 ) zu einem vom
Mantel (3) umgebenen Kern (2),
- optional Nachbearbeiten der über die vorangegangenen Schritte
erhaltenen Kathode
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