НАКАПЛИВАЕМЫЙ КАТОД ДЛЯ РАЗРЯДНЫХ ТРУБОК И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Советский патент 1926 года по МПК H01J1/14 

Изобретение касается накаливающихся катодов для электрических разрядных трубок, как, например, выпрямители с газовым наполнением или без него, приемные и передаточные лампы для беспроволочной телеграфии, телефонии или для других назначений, с тремя или несколькими электродами и с газовым наполнением или без наполнения, рентгеновские трубки, дуговые лампы с замкнутым дуговым разрядом и т.п.

Изобретение имеет целью выбор такого материала для накаливающихся катодов, при котором эмиссия электронов совершается с меньшей затратой энергии, чем в случае другого материала, большей частью применяемого на практике для таких электродов, например, вольфрама или иногда применяемого тория.

Согласно изобретению, поверхность накаливающегося катода заключает в себе нитрит - титана, циркона или гафния, или смесь из двух или нескольких таких соединений.

Эти соединения обладают большей способностью к эмиссии электронов, чем вольфрам, что заметно даже в том случае, если они образуют лишь часть поверхности электродов, и это свойство выступает особенно ярко, когда вся поверхность электродов состоит из одного или нескольких упомянутых соединений.

Для эмиссии электронов необходимо лишь, чтобы названные соединения нахолись на поверхности электрода; нет надобности, чтобы весь электрод состоял из этих соединений; наоборот, на практике часто бывает предпочтительнее покрывать одним или несколькими такими соединениями тело, состоящее из иного подходящего вещества, отличающегося тугоплавкостью, хорошей проводимостью электричества, как, например, платина, молибден или вольфрам, или какого-либо металлического сплава. В некоторых случаях может оказаться целесообразным применять в качестве сердечника такие металлы или металлические сплавы, которые имеют коэффициент расширения, соответствующий покрывающему соединению, например, в случае нитрида циркона - сплав платины с радием.

Прежде всего точка плавления рассматриваемого вещества должна лежать выше температуры, благоприятной для эмиссии нитридом электронов, каковая температура для нитрида циркона должна быть 1000°Ц.; особенно благоприятные результаты на практике получаются в случае электрода, состоящего из сердечника, образуемого тугоплавким металлом и покрытого слоем нитрида циркона.

Изобретение касается также способа выделки накаливающихся катодов предлагаемого устройства, хотя, вообще, этот способ применим для покрывания слоем нитрида титана, циркона или гафния и всяких других тел.

По предлагаемому способу, в атмосфере, содержащей восстановительное вещество, например, азот, и одно или несколько способных диссоциироваться соединений титана, циркона или гафния в парообразном состоянии, нагревается тело до такой температуры, при которой на его поверхности образуется осадок из нитридов титана, циркона или гафния или из смеси этих соединений.

В качестве способных диссоциироваться и летучих соединений титана, циркона или гафния применяют преимущественно хлористые соединения этих элементов.

Восстановительным веществом может служить по преимуществу тщательно просушенный водород. На прилагаемом чертеже показано схематически приспособление, поясняющее примерную форму осуществления предлагаемого способа.

Через стеклянную трубку 1 поступает смесь азота с водородом. Содержание азота может колебаться, например, между 30-40°; тем не менее реакция совершается, хотя и с меньшею скоростью и при значительно меньшем содержании азота, например, около 1%. Смесь газов проходит через резервуар 2, где и подвергается сильному охлаждению, благодаря тому, что резервуар 2 окружен другим резервуаром 3, содержащим жидкий воздух. Смесь, освобожденная таким образом от воды и других примесей, протекает по трубе 4 в резервуар 5, где помещается вещество 6. Если желательно получить цирконовое осаждение, то таким веществом 6 служит хлористый циркон, при чем резервуар 5 поддерживается при такой температуре, при которой хлористое соединение испаряется в достаточной степени. Из этого резервуара смесь газов, содержащая пары хлористого циркона, протекает по трубе 7 в резервуар 8, внутри которого помещается труба 7 с некоторым числом отверстий, так что смесь газов, вытекая из трубки 7, течет вдоль проволоки 12, направляясь в отверстие трубки 13. Как трубку 7, так и резервуары 5 и 8 нужно поддерживать при такой температуре, при которой хлористый циркон остается в состоянии пара, например, около 150-300°Ц. Верхний конец резервуара 8 герметически закупоривается пробкою 9, например, из стекла, в которое вплавлены подводящие ток проволоки 10, 11. Проволока 12 находится в электрическом соединении с проволоками 10 и 11 и, таким образом, может быть нагреваема, электрическим током до надлежащей температуры. Практически эта температура может достигать приблизительно 1800°Ц. Тем не менее слой цирконового нитрида образуется на проволоке уже при 1000°Ц., хотя и значительно более медленным темпом, чем при более высокой температуре.

Вообще, оказалось, что скорость реакции повышается с повышением температуры. Слишком высоко поднимать температуру не следует, так как нарастание нитрида на проволоке совершается столь быстро, что образующийся слой не сохраняет требуемой непрерывности. Вообще, не представляется, повидимому, надобности повышать температуру выше 2000°Ц.

Выбор материала для проволоки 12 зависит, помимо позднейшего назначения ее, также и от температуры, при которой желательно вести реакцию. Если достаточною температурою будет признана 1000°Ц., то можно брать никкелевую проволоку. Целесообразнее же применять вольфрам, молибден или платину. Под влиянием высокой температуры у проволоки 12 в резервуаре 8 происходит соединение водорода с хлором хлористого циркона, между тем как имеющийся азот соединяется с цирконом, образуя цирконовый нитрид, который и осаждается на проволоке. Газовая смесь с соляной кислотой протекает по трубе 13 в резервуар 14, где подвергается сильному охлаждению, благодаря тому, что этот резервуар окружен резервуаром 15 с жидким воздухом. Остальное количество хлористого цитрона и соляная кислота осаждаются в резервуаре 14, между тем как остающиеся азот и водород выходят из прибора по трубке 16. Хлористый циркон, собравшийся в резервуаре 14, может быть, по освобождении от соляной кислоты, вновь пущен в дело.

Реакцию продолжают до тех пор, пока осадок на проволоке 12 не получит требуемой толщины, что легко может быть определено, например, измерениями изменения ее сопротивления.

Обработанная таким образом проволока, состоящая теперь из вольфрамового сердечника и оболочки из цирконового нитрида, может быть применена в качестве накаливающегося катода расрядной трубки.

Рекомендуется проволоку, введенную в разрядную трубку, подвергнуть в течение некоторого времени обработке на устарение. При этом эмиссия проволокою электронов возрастает, пока не достигнет определенного постоянного значения.

Если электрод был подвергнут предварительной обработке на устарение, то эмиссия электронов остается постоянною в течение продолжительного времени. Найдено, например, что, спустя 1000 часов горения, эмиссия практически оставалась такою же, как и в начале. Слой цирконового нитрида хорошо пристает к сердечнику и не крошится.

Важно также, чтобы образующийся слой цирконового нитрида обладал хорошей проводимостью и чтобы проволока могла легко привариваться к никкелю или иному подходящему металлу; это условие является необходимым для укрепления накаливающейся нити к поддерживающим проволокам.

Совершенно так же, как описано для цирконового нитрида, можно изготовить накаливающийся катод, поверхность которого покрыта слоем титанового нитрида. В этом случае в качестве способного диссоциироваться соединения применяется хлористый титан, кипящий уже при 140°Ц., так что давление пара при комнатной температуре является достаточно сильным для того, чтобы могла происходить реакция, и потому нагревание резервуаров 5 и 8 является, следовательно, излишним.

1. Накаливаемый катод для разрядных трубок с сердечником из тугоплавкого металла, покрытого слоем химических соединений, отличающийся применением, в качестве эмиссирующих веществ, нитридов циркония, гафния или титана или смеси этих соединений, осажденных на поверхности сердечника.

2. Способ изготовления, охарактеризованного в п. 1 катода, отличающийся тем, что накаленный электрическим током сердечник катода подвергается действию атмосферы, состоящей из восстановительного газа (например, водорода), азота и одного или нескольких способных диссоциировать соединений циркония, гафния или титана (например, хлористых) в парообразном состоянии.

3. Прием выполнения охарактеризованного в п. 2 способа, отличающийся тем, что высушенную в резервуаре 2 струю водорода и азота пропускают через резервуар 5, содержащий хлористые соединения 6 осаждаемого металла (например, хлористый цирконий) и нагреваемый до температуры заметного испарения этих веществ (например, 150-300°Ц. для хлористого циркония), после чего полученная смесь направляется в резервуар 8, содержащий сердечник 12, накаливаемый электрическим током до такой температуры, при которой образующиеся нитриды осаждаются на раскаленной поверхности металла (например, около 1800°Ц. при осаждении нитрида циркония), оставшееся же неизрасходованным хлористое соединение собирается в резервуаре 14 (например, помощью конденсации).