DE2358583A1 - Gitterelektrode fuer elektronenroehre und verfahren zu deren herstellung - Google Patents
Gitterelektrode fuer elektronenroehre und verfahren zu deren herstellungInfo
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Description
- / - . ; : 117/73
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gitterelektrode
für Elektronenröhren sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Gitterelektrode.
Es ist bereits bekannt, aus Elektrographit bestehende
Röhrenelektroden in der Form eines geschlitzten Hohlzylinders, dessen Schlitze schräg zu den Mantellinien
des Hohlzylinders verlaufen, zu verwenden.
Erfahrungsgemäss haften solchen Gitteranordnungen speziell
für Hochvakuumröhren einige Nachteile an, die ihre technische
Anwendung nur im beschränktem Masse erlauben. Die Herstellung von Gitterkonfigurationen aus Hohlzylindern, erfolgt im
allgemeinen durch werkstoffabtragende Arbeitsverfahren wie
Schleifen, Fräsen oder durch Ultraschallverfahren, wobei sich die Stegabmessungen der gitterförmigen Aussparungen,
d.h. Stegbreite, Stegabstand und Wandstärke nach Massgabe
der erwünschten Röhrencharakteristik zu richten haben.
Im allgemeinen liegen die Stegabmessungen grössenordnungsmässig
bei einigen zehntel Millimeter. Unter Voraussetzung der Anwendung sehr feiner Bearbeitungsmethoden ist die
untere Begrenzung der Stegabmessüng durch die Körnung des
Materials bestimmt, da bei der Bearbeitung Ausbrüche auftreten, wenn die Stegabmessungen die Grössenordnung der
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-S- 117/73
Körnung erreichen. Infolgedessen können entsprechende Gitteranordnung nach Massgabe der Korngrösse der jeweils
verwendeten Graphitquälität nur bis zu einer bestimmten
unteren Grenze hinsichtlich der Stegabmessungen hergestellt werden. Ein weiterer Machteil ist darin zu sehen, dass bei
Gittergebilden, die aus sich kreuzenden Radial- und Längsstegen bestehen, die Kreuzungsstellen aus werkzeugbedingten
Gründen einen mehr oder weniger grossen Krümmungsradius aufweisen, wodurch die freie Gitterfläche reduziert wird und
eine entsprechende Korrektur durch Verminderung der Stegbreite vorgenommen werden muss, die aber dann nicht mehr
möglich ist, wenn die Stegabmessungen bereits an der unteren Grenze liegen.
Bei Gitteranordnungen, die aus metallischen Drähten und
Stäben zusammengesetzt sind oder aus perforierten metallischen Hohlzylindern bestehen, treten diese Nachteile nicht auf,
um für solche Gittersysteme die vorteilhaften Eigenschaften von Kohlenstoff ausnützen zu können, bietet sich die
Bedeckung mit pyrolytischem Graphit an.
Für Hochleistungsröhren kommen hierfür als Trägerwerkstoffe vorwiegend Hochtemperaturmetalle wie Wolfram, Molybdän oder
Tantal in Betracht. Das sind Werkstoffe, die in Anwesenheit von Kohlenstoff unter thermischen Bedingungen, wie sie
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a . 117/73
pyrolytische Prozesse erfordern,' Karbide bilden und infolgedessen verspröden, wodurch die Stossfestigkeit entsprechender
Gitteranordnungen in erheblichem Masse beeinträchtigt wird,
falls keine Zwischenschichten aus nicht karbidbildenden Stoffen als Diffusionssperre eingebaut werden, die ihrerseits
wieder zu schwer beherrschbaren HaftSchwierigkeiten führen
können. Weiterhin ist in diesem Zusammenhang zu konstatieren, dass die Bedeckung von Gittern aus Molybdän- oder
YJoIf ramdrähten mit pyrolytischem Graphit infolge der unterschiedlichen
thermischen Dehnung von Kern- und'Schichtmaterial unter Betriebsbedingungen zu Ablösungen und/oder
irreversible Gitterdeformationen führen können.
Insbesondere sind es leichte Bearbeitbarkeit, geringes
Gev/icht, gute Formbeständigkeit und relativ niedriger Preis, welche die Anwendung von Elektrographit aus
wirtschaftlichen Gesichtspunkten als vorteilhaft erscheinen
lassen.
YJeiterhin haben hohe Abstrahlung, gute Entgasbarkeit,
niedriger Dampfdruck bei hoher Sublimationstemperatur in
Verbindung mit hoher Austrittsarbeit, geringe Sekundäremission sowie relativ gute elektrische und thermische
Leitfähigkeit der Anwendung von Elektrographit in der
Elektronenrohrentechnik ein breites Anwendungsgebiet gesichert.
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- t - 117/73
Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Gitterelektrode für Elektronenröhren, welche die vorangehend angeführten
Nachteile der bereits bekannten Konstruktionen nicht aufweist.
Die erfindungsgemässe Gitterelektrode ist dadurch gekennzeichnet,
dass der das eigentliche Gitter bildende Teil der Elektrode aus Kohlenstoffgarnen oder -fäden (3) besteht,
die vollständig mit pyrolytischem Graphit überzogen sind.
Die Vorteile der Verwendung von Kohlenstoffgarnen oder -fäden sind offensichtlich. Wie bei metallischen Drähten kann der
Durchmesser der zur Anwendung gelangenden Garne oder Fäden sehr'genau und in einfacher Weise den elektrischen Erfordernissen
angepasst werden, ohne dass eine nachträgliche Pyrolyse wie im Falle metallischer Träger eine unerwünschte Versprödung
des Trägerwerkstoffes durch Karbidbildung herbeiführt oder die mit der Einfügung von Diffusionssperren im Zusammenhang
stehenden Haftschwierigkeiten auftreten.
Die Abmessungen der Gitterstege sind nicht wie im Falle
mechanisch bearbeiteter Graphit-Hohlzylinder durch Werkzeugauslegung und/oder Graphitqualität begrenzt.
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■·" β ~
"". 117/73
Für einige Verwendungszwecke ist es zweckmässig, wenn
die mit pyrο Iyti schein Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne
oder -fäden in äquidistanten Abständen zueinander
in einer Zylindermantelflache verlaufend und parallel zur
Längsaxe dieses Zylinders angeordnet sind. Dabei kann es
vorteilhaft sein, wenn die achsparallel verlaufenden, mit
pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden
von in der Zylindermantelfläche ring— oder schraubenlinienförmig verlaufenden, mit pyrolytischem Graphit überzogenen
Kohlenstoffgarnen oder -fäden umgeben und an den gemeinsamen
Kreuzungsstellen elektrisch leitend fest miteinander verbunden
sind. · . ■ . -..--'-. --' /: \
Es kann auch zweckmässig sein, wenn die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder-fäden sich
kreuzende, schraubenlinienförmig verlaufende Scharen bilden, und deren Κ^μζ^^εεΐεΐίθη elektrisch leitend fest miteinander
verbunden sind. -;-/■■ s -" - '
Es ist vorteilhaft, wenn die mit pyrolytischem Graphit
überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden an ihren gemeinsamen
Kreuzungsstellen miteinander verlötet sind. Dabei kann das Lot zum Beispiel aus 35% Au, 3,5% Ni und 30% Mo
bestehen. . : v
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117/73
-V- .fe.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Gitterelektrode, welches
dadurch, gekennzeichnet ist, dass man die mit pyrolytischem Graphit beschichteten Kohlenstoffgarne oder -fäden an ihren
einem Ende an einem ersten Haiteteil befestigt, darauf die beschichteten Kohlenstoffgarne oder -fäden unter eine
vorgegebene Vorspannung setzt und dann in einem dem Betriebszustand der Gitterelektrode entsprechenden Abstand
vom ersten Halteteil mit einem zweiten Halteteil fest verbindet .
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise
erläutert· Es zeigen :
Figur 1 ein Verfahren zur Herstellung einer beispielsweisen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Gitterelektrode
J
Figur 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Figur Ij
Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-IIX in Figur 1;
und
Figuren 4 bis 6 in Seitenansicht drei verschiedene beispielsweise Ausführungsformen von erfindungsgemässen
Gitterelektroden für Röhren mit unterschiedlicher
Röhrencharakteristik.
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- g —
Zur industriellen Herstellung von Kohlenstoff-Fäden (C-Fäden
oder C-Garne) werden organisch polymere Faden bei 200 bis
400°C verkohlt und einer nachfolgenden Hochtemperaturbehandlung ausgesetzt.
Je nach der Hochtemperaturbehändlung handelt es sich um amorphen Kohlenstoff oder Graphit. Als Ausgangsmaterial
dienen zum Beispiel Fäden aus Zellulose, Polyakrylonitryl
oder Kunstseide-Rayon.
Solche Kohlenstoff-Fäden weisen eine sehr gute Zugfestigkeit
aber eine sehr kleine Scherfestigkeit auf. Bei leichtem Querdruck zerbrechen sie schon. Um diesen Nachteil ausreichend
zu vermindern, werden die Kohlenstoff—Fäden nun
mit einer gut haftenden Pyrographitschicht vollständig
bedeckt.
Anhand von Versuchergebnissen wurde festgestellt, dass sich
mit einer Schichtstärke der Pyrographitschicht von 30 bis
40 um eine ausreichende Verfestigungswirkung erzielen lässt.
Die pyrolytische Abscheidung erfolgt zum Beispiel bei einer
Temperatur von 2000°Celsius in einer strömenden Benzol-Wasserstoff
atmosphäre mit einem Mischungsverhältnis 0,25:5,0 von Benzol zu Wasserstoff, was eine Wachstumsgeschwindigkeit
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der Pyrolytschicht von etwa 11 um pro Minute bei konstanter
Fadentemperatur gibt. Hinsichtlich Haftung und Schichtstruktur
der Pyrolytschicht konnten bei Anwendung der Stromänderungsmethode,
das heisst der Pyrolyseprozess erfolgt bei zunehmender Fadentemperatur, keine grundsätzlichen Unterschiede in der
Pyrolytschicht festgestellt werden, dagegen wurden in der Pyrolytschicht mikroskopische Thermorisse nachgewiesen. Bei
konstanter Fadentemperatur erwies sich die Wachsturasgeschwindigkeit
der Pyrolytschicht um den Faktor 3 schneller als bei Durchführung des Pyrolyseverfahrens bei zunehmender
Fadentemperatur, wobei bei dem Verfahren mit konstanter Fadentemperatur gewisse Startprobl^me auftreten.
Pyrographit entsteht durch thermische Zersetzung von gasförmigen Kohlewasserstoffen. Charakteristisch für Pyrographit
ist seine säulenförmige Struktur und die ausgeprägte Anisotropie seiner Eigenschaften. Das Wachstum der Säulen vollzieht sich
senkrecht zur Substatoberflache und senkrecht zur hexagonalen
Kristallebene, als c-Richtung gekennzeichnet.
In a-Richtung, also parallel zur hexagonalen Kristallebene oder zur Substratoberfläche sind die Säulen dichtgepackt.
Die Feinheit der Säulenstruktur hängt unter anderem wesentlich von der Oberflächenbeschaffenheit des Substrates ab.
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Das.Anisotropieverhältnis für die Wärmeleitfähigkeit ■-.'"".
( /\a/ /\c) beträgt etwa 100 und für, die elektrische Leitfähigkeit
(Xa/ Xc) etwa 1000.
Der Pyrolyseprozess wird zweckmässig bei Temperaturen von
etwa 1600 bis 2200 Celsius durchgeführt, wobei man vorteilhafterweise
Pyrographitschichten mit einer Dicke von etwa 30 bis 40 um auf den Kohlenstoff-Fäden erzeugt.
Zur Herstellung der in Figur 1 dargestellten Gitterelemente
geht man so vor, dass man den ringförmigen Halteteil 1 und
den scheibenförmigen Haiteteil 2 ,in einer nicht dargestellten
Montagelehre genau fixiert. Um die das Gitter bildenden,
mit pyrolytischem Graphit vollständig überzogenen Kohlenstoff
garne oder -fäden 3 in äquidistanden Abständen zueinander in einer Zylindermantelfläche verlaufend und parallel zur
Längsaxe dieses Zylinders anordnen zu können, weisen beide Halteteile 1 und 2 parallel zur Zylinderlängsachse verlaufende
Bohrungen 4 auf, in welche die beschichteten Kohlenstoffgarne oder -fäden 3 eingeführt werden.
In einem nächsten Schritt werden die Bohrungen-4 im unteren
Halteteil 1 mit einem feinkörnigen Lötpülver bedeckt und
die Fäden oder Garne 3 unter Anwendung von Hochfrequenz in
Vakuum oder einer inerten Atmosphäre eingelötete Anschliessend
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-M- 117/73
werden die Fäden oder Garne 3 mittels an ihren den Lotstellen abgewandten Enden befestigten Federn 5 unter Vorspannung
gesetzt. Danach werden die Durchführungsbohrungen 4 im oberen Halteteil 2 mit Lötpulver bedeckt, wonach die Verlötung
der Fäden oder Garne 3 im oberen Halteteil 2 wie bereits erläutert, erfolgen kann. Auf diese Weise weisen
die mit pyrolytischem Graphit beschichteten Fäden oder Garne
im fertig montierten Zustand der Gitterelektrode eine genau bestimmte Vorspannung auf.
Als Lötpulver kann zum Beispiel ein aus 35% Au, 35% Ni und
30% Mo bestehendes Pulver verwendet werden.
In Figur 4 ist eine Ausführungsform einer Gitterelektrode dargestellt,
bei welcher die achsparallel verlaufenden, mit pyrolytischem Graphit beschichteten Kohlenstoffgarne oder
-fäden 3 von in der Zylindermantelfläche ringförmig verlaufenden, ebenfalls mit pyrolytischem Graphit beschichteten
Kohlenstoffgarnen oder -fäden 6 umgeben und an den gemeinsamen Kreuzungsstellen elektrisch' leitend fest miteinander
verbunden sind*
Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsforin einer Gitterelektrode
wird ein unterer kreisringförmiger Halteteil 1 und ein oberer, als GitterJcopf in zylindrischer Ausführung
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: . .■■■■.-.■ 117/73
rait abschliessendem Gitterkopfdeckel ausgebildeterHalteteil
~2· verwendet, wobei die achsparallel verlaufenden, mit pyrolyt-ischem Graphit beschichteten Kohlenstoff garne
oder "-fäden 3 von in der Zylindermäntelfläche schrauben-,
linienförmig verlaufenden, ebenfalls:mit pyrolyti schein
Graphit beschichteten Kohlenstoffgarnen oder -fäden 7
umgeben und an den gemeinsamen Kreuzungsstellen elektrisch
leitend fest miteinander verbunden sind.
In Figur 6 ist eine weitere beispielsweise Ausführungsform
einer Gitterelektrode dargestellt, bei welcher der untere
und der obere Halteteil 1' bzw. 2 scheibenförmig ausgebildet
sind. Die mit pyrolytischem Graphit beschichteten
Kohlenstoffgarne oder -fäden 3 bilden sich kreuzende,
schraubenlinienförmig verlaufende Scharen und sind an den
Kreuzungsstellen elektrisch leitend fest miteinander verbunden.
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Claims (1)
117/73
PATENTANSPRUECHE
Gitterelektrode für Elektronenröhre, dadurch gekennzeichnet, dass der das eigentliche Gitter bildende Teil
• der Elektrode aus Kohlenstoffgarnen oder -fäden (3) besteht, die vollständig mit pyrolytischem Graphit
überzogen sind.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffgarne oder -fäden (3) aus Elektrographit
bestehen.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoff
garne oder -fäden (3) an ihren Enden an je einem metallischen oder aus Elektrographit bestehenden Halteteil
(1,2) befestigt sind.
4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoff
garne oder -fäden (S) in äquidistanten Abständen zueinander in einer Zylindermantelfläche verlaufen
und parallel zur Längsaxe dieses Zylinders angeordnet sind,
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■:. 13
5. Elektrode nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, dass
■ die achsparallel verlaufenden, mit pyrolytischem Graphit
überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden (3) von in der
Zylindermantelfläche ring- oder schraubenlinienförmig
verlaufenden, mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarnen oder -fäden (6 bzw. 7) umgeben/und an
den gemeinsamen Kreuzungsstellen elektrisch leitend fest miteinander verbunden sind.
6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden (3) sich kreuzende, schraubenlinienförmig
verlaufende Scharen bilden, und deren Kreuzungssteilen
elektrisch leitend fest miteinander verbunden sind.
7. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Halteteile (1) kreisringförmig
ausgebildet ist und Bohrungen (4) zur Aufnahme der mit
pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden (3) aufweist. -
8. Elektrode nach Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens einer der Halteteile (2) scheibenförmig
ausgebildet ist und Bohrungen zur Aufnahme der mit
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pyrolybischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne
o'der -fäden (3) aufv/eist.
-9. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens einer der Halteteile als Gitterkopf (.2*) ausgebildet ist.
10. Elektrode nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit pyrolytischem
Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder —fäden (3,6,7) an ihren gemeinsamen Kreuzungsstellen
miteinander verlötet sind.
11. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstof
fgarne oder -fäden (3) an ihren Halteteilen (1,2,2') festgelötet sind.
12. Elektrode nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot aus 35% Au, 35% Ni und 30% Mo besteht.
13. Verfahren zur Herstellung der Gitterelektrode gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die
mit pyrolytischem Graphit beschichteten Kohlenstoffgarne oder -fäden an ihren einem Ende an einem ersten Halteteil
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befestigt, darauf die beschichteten Kohlenstoffgarne
oder -fäden unter eine vorgegebene Vorspannung setzt und dann in einem dem Betriebszustand der Gitterelektrode entsprechenden Abstand vom ersten Halteteil mit einem zweiten
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| FR2250195A1 (de) | 1975-05-30 |
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