Eine Kathode ist die Elektrode eines elektrischen Geräts, in der der elektrische Strom vom Gerät wegfließt. Eine heiße Kathode kann eine direkt oder indirekt beheizte Kathode sein. Bei einer direkt beheizten Kathode ist der Glühfaden der Kathode die Quelle der Elektronen. Bei einer indirekt beheizten Kathode ist die Wendel von der Kathode elektrisch isoliert. Eine Heißkathode emittiert bei gleicher Oberfläche mehr Elektronen als eine Kaltkathode.
Die ersten Heißkathoden nutzten direkte Erwärmung. Sie wurden aus reinem Wolfram hergestellt und auf weißes Glühen erhitzt. Spätere Filamente wurden mit einem Material bedeckt, das Elektronen leichter emittiert als Wolfram, was die Betriebstemperatur einer heißen Kathode senkt. Weitere Verbesserungen an Heißkathoden, die indirekte Erwärmung verwenden, umfassen Filamente aus gesintertem Wolfram, Thorium-Wolfram-Legierungen und Tantal. Einige Heißkathoden haben auch die Form von Parabolspiegeln.
Glühkathoden mit indirekter Beheizung haben einen Vorteil bei der Verwendung von Wechselstrom, da diese Konfiguration weniger Brummen erzeugt als eine Kathode mit direkter Beheizung. Der Glühfaden in einer Heißkathode, die indirekte Erwärmung verwendet, wird allgemein als Heizer bezeichnet. Die Heizung besteht meist aus Wolfram und ist von einem Rohr aus Nickel umgeben.
Eine Oxidbeschichtung auf dem Glühfaden einer Glühkathode kann die Betriebstemperatur des Glühfadens verringern. Die erste Wahl war reines Bariumoxid, spätere Formulierungen verwendeten eine Mischung aus Bariumoxid, Calciumoxid und Strontiumoxid. Heiße Kathoden, die mit diesen Verbindungen beschichtet sind, haben eine maximale Betriebstemperatur von 1,832 Grad Fahrenheit (1,000 Grad Celsius). Sie unterliegen unter Hochspannungsbedingungen einem schnellen Abbau und werden am häufigsten in Vakuumröhren mit geringer Leistung verwendet.
Heiße Kathoden, die mit hohem Strom umgehen müssen, weisen üblicherweise Beschichtungen aus Hexaboriden wie Cerhexaborid (CeB6) oder Lanthanhexaborid (LaB6) auf. Andere Arten von Hexaboriden, die üblicherweise zum Beschichten von Heißkathoden verwendet werden, umfassen Bariumhexaborid, Calciumhexaborid und Strontiumhexaborid. Diese Arten von Glühkathoden brennen heller und haben eine längere Lebensdauer als Wolfram-Heißkathoden, aber sie sind auch teurer.
Filamente, die eine geringe Menge Thorium enthalten, sind eine weitere Option für Heißkathoden. Das Filament wird in einer Kohlenwasserstoffe enthaltenden Atmosphäre bis zum Weißglühen erhitzt, wodurch das Thorium an die Oberfläche des Filaments wandert. Thoriierte Filamente können mit Hochspannung umgehen und haben eine lange Lebensdauer. Der Hauptnachteil von thorierten Filamenten besteht darin, dass Thorium radioaktiv ist. Alternativen zu Thorium in Glühkathodenfilamenten umfassen Cer, Lanthan, Yttrium und Zirkonium.