CS243415B1

CS243415B1 - Cathode impregnation method

Info

Publication number: CS243415B1
Application number: CS8410096A
Authority: CS
Inventors: Petr Schneider
Original assignee: Petr Schneider
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1986-06-12
Also published as: CS1009684A1

Abstract

Způsob se týká přímé Impregnace katody ze samonosného pyrolytického grafitu thoria·. Impregnace se provádí souSasnS s narůstající vrstvou pyrolytického grafitu, takže thorium je rozptýleno v celé jeho tvořící se hmotS. Princip impregnace je následující: V reakční trubici z křemenného skla je umístčna vhodná grafitová forma, určená pro usazování vrstvy z pyrolytického grafitu. Forma je vyhřívaná vf cívkou vnS trubice. K hornímu tSanícímu víku na trubici > je připojena rotační vývSva, která udržuje snížený tlak po dobu tvorby a usazování pyrografitové vrstvy, vznikající z uhlovodíkové atmosféry, přiváděné jehlovým ventilem dolním těsnícím víkem. Empiricky ae Vf cívka nastaví tak, aby částečnS svou dolní částí ohřívala i elektricky vodivý kelímek, umístěný pod grafitovou formou s obsahem halogenidu thoria. Vlastní tvorba pyrografitové vrstvy probíhá při teplotě 1 900 - 2 300 °C: bublina u halogenidu thoria probíhá při 900 - 1 200 C. Sublimující halogenid je unáSen ve směru čerpání na žhavenou formu, kde se rozloží. Kovová atomy thoria tak postupně impregnují tvořící se vrstvu pyrolytického grafitu.The method concerns the direct impregnation of a cathode from self-supporting pyrolytic graphite with thorium. The impregnation is carried out simultaneously with the growing layer of pyrolytic graphite, so that thorium is dispersed throughout its entire forming mass. The principle of impregnation is as follows: A suitable graphite mold is placed in a quartz glass reaction tube, intended for the deposition of a layer of pyrolytic graphite. The mold is heated by a high-voltage coil inside the tube. A rotary vacuum pump is connected to the upper sealing lid on the tube, which maintains a reduced pressure during the formation and deposition of the pyrographite layer, arising from the hydrocarbon atmosphere, supplied by a needle valve through the lower sealing lid. Empirically, the high-voltage coil is adjusted so that its lower part also partially heats the electrically conductive crucible, placed under the graphite mold containing thorium halide. The actual formation of the pyrographite layer takes place at a temperature of 1,900 - 2,300 °C: the bubble in thorium halide takes place at 900 - 1,200 °C. The sublimating halide is carried in the direction of pumping to the heated mold, where it decomposes. The metal thorium atoms gradually impregnate the forming layer of pyrolytic graphite.

Description

(54) Způsob impregnace katody(54) Cathode impregnation method

Způsob se týká přímé Impregnace katody ze samonosného pyrolytického grafitu thoria·. Impregnace se provádí souSasnS s narůstající vrstvou pyrolytického grafitu, takže thorium je rozptýleno v celé jeho tvořící se hmotS. Princip impregnace je následující:The method relates to direct impregnation of a cathode from a self-supporting pyrolytic thorium graphite. The impregnation is carried out simultaneously with an increasing layer of pyrolytic graphite, so that the thorium is dispersed throughout its forming mass. The principle of impregnation is as follows:

V reakční trubici z křemenného skla je umístčna vhodná grafitová forma, určená pro usazování vrstvy z pyrolytického grafitu. Forma je vyhřívaná vf cívkou vnS trubice. K hornímu tSanícímu víku na trubici > je připojena rotační vývSva, která udržuje snížený tlak po dobu tvorby a usazování pyrografitové vrstvy, vznikající z uhlovodíkové atmosféry, přiváděné jehlovým ventilem dolním těsnícím víkem. Empiricky ae Vf cívka nastaví tak, aby částečnS svou dolní částí ohřívala i elektricky vodivý kelímek, umístěný pod grafitovou formou s obsahem halogenidu thoria.A suitable graphite mold is placed in the quartz glass reaction tube for deposition of the pyrolytic graphite layer. The mold is heated by the RF coil of the HV tube. A rotary pump is connected to the upper melting cap on the tube to maintain the reduced pressure during the formation and deposition of the pyrographite layer resulting from the hydrocarbon atmosphere supplied by the needle valve through the lower sealing cap. Empirically, the RF coil is set so that the electrically conductive crucible located below the graphite form containing the thorium halide is partially heated by its lower part.

Vlastní tvorba pyrografitové vrstvy probíhá při teplotě 1 900 - 2 300 °C: bublina u halogenidu thoria probíhá při 900 1 200 C. Sublimující halogenid je unáSen ve směru čerpání na žhavenou formu, kde se rozloží. Kovová atomy thoria tak postupně impregnují tvořící se vrstvu pyrolytického grafitu.The formation of the pyrographite layer takes place at a temperature of 1 900 - 2 300 ° C: the bubble of thorium halide takes place at 900 1 200 C. The sublimating halide is carried in the pumping direction to the heated form, where it decomposes. The metal thorium atoms gradually impregnate the forming layer of pyrolytic graphite.

Vynález ze týká způsobu impregnace katody ze samonosnáho pyrolytickáho grafitu thoriem.The invention relates to a method for impregnating a cathode of self-supporting pyrolytic graphite with thorium.

Ja znám způsob výroby samonosných mřížek z pyrolytickáho grafitu pro výkonová elektronky při němž ae obyčejně postupuje tak, že na vhodně tvarovanou a žhavenou podložku z grafitu se nanáší vrstva pyrolytickáho grafitu rozkladem připouštěná uhlovodíková atmosféry za sníženého tlaku.A method for producing self-supporting pyrolytic graphite grids for power tubes is known in which ae is generally proceeded by applying a layer of pyrolytic graphite to a suitably shaped and heated graphite support under reduced pressure hydrocarbon atmosphere.

Postupně narůstající vrstva věrně kopíruje tvar podložky. Z podložky ae pak vrstva stáhne ve formě tvarované skořepiny, a dále mechanicky opravuje do finální podoby.The gradually increasing layer faithfully follows the shape of the pad. The layer is then removed from the mat ae in the form of a shaped shell, and then mechanically corrected to its final form.

V případě, že takto vyrobená elektroda má plnit funkci katody je nezbytné, aby vytvořená vrstva pyrolytickáho grafitu byla impregnována thoriem jako emisním činitelem, a to v celá hmotěi jako u klasická kovová katody z thoriovanáho wolframu.If the electrode so produced is to function as a cathode, it is necessary that the pyrolytic graphite layer formed is impregnated with thorium as an emission factor throughout the mass, as with a classical metal torsed tungsten cathode.

Existují metody, která umožňují katodu z pyrolytickáho grafitu aktivovat thoriem jen na jejím povrchu. Provádí se to až na hotová pyrografltová katodě dodatečným procesem a to například kataforetlekým nanášením thoria, napařovánía ve vakuu, nebo pomoeí elektronového paprsku.There are methods that allow the cathode of pyrolytic graphite to be activated by thorium only on its surface. This is done up to the finished pyrograft cathode by an additional process, for example by cataphoretle deposition of thorium, steaming and vacuum, or using an electron beam.

Tím ovSem není splnSna zásadní podmínka zásobníkové dlouhoživotnoatní katody, kde atomy thoria jsou rozloženy v celé hmotě, jako je tomu u již zmíněné katody z thoriovanáho wolframu. DalSím nedostatkem této katody je nebezpečí přímého styku operátoru z radioaktivním thoriem.However, the essential condition of the reservoir long-life cathode, where the thorium atoms are distributed throughout the mass, is not fulfilled, as is the case with the thoriated tungsten cathode. Another drawback of this cathode is the danger of direct contact of the operator with the radioactive thorium.

Jiný způsob vyvinutý pro jiné účely, pro tepelnou izolaci mateřiélů, sice popisuje tvorbu slitin boru e některých specificky jmenovaných kovů s pyrolytickýa grafitem, nikoli vSak slitina s thoriem. Mimo toho⁴popisovaný způsob vyžaduje přídavného komplikovaného zařízení.Another method developed for other purposes, for the thermal insulation of materials, describes the formation of boron alloys of some specifically named metals with pyrolytic graphite, but not a thorium alloy. In addition, the method described ⁴ requires an additional complicated device.

VýSe uvedené nedostatky odstraňuje způsob impregnace katody z pyrolytickáho grafitu, kdy na vyhřívanou grafitovou formu Indukčním ohřevem se nenéSÍ v trubici z křemenného skla vrstva pyrolytickáho grafitu rozkladem uhlovodíku, který je přiváděn spodní částí trubice za sníženého tlaku, dosahovaného rotační vývěvou, které je připojena na horní části trubice.The aforementioned drawbacks are eliminated by a method of impregnating a cathode of pyrolytic graphite, whereby a heated graphite form by induction heating does not deposit a layer of pyrolytic graphite in a quartz glass tube by decomposing a hydrocarbon which is supplied by the lower part of the tube under reduced pressure. tube parts.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že elektricky vodivý kelímek a obsahem halogenidu thoria, umístěný pod grafitovou formou určenou pro nanášení pyrolytickáho grafitu, sa ohřívá čáatí indukční cívky, která slouží pro vlastní vyhřátí této formy, v rozmezí teplot 900 1 200 °C za stálého přívodu par uhlovodíku po dobu 30 min. - 6 hod.SUMMARY OF THE INVENTION The electrically conductive crucible and the content of thorium halide, located below the graphite mold intended for deposition of pyrolytic graphite, is heated by a part of the induction coil which serves to self-heat the mold in a temperature range of 900 1 200 ° C hydrocarbon vapor for 30 min. - 6 hours

Výhody řeěení podle vynálezu spočívají v možnosti impregnace katody z pyrolytickáho grafitu v celé její hmotě. Přitom vzniká v jednom pracovním cyklu jak vrstva pyrolytickáho grafitu, tak 1 jeho impregnace thoriem v celé hmotě vytvářené katódy. Navíc je přitom vyloučeno nebezpečí přímého styku Operátora a radioaktivním thoriem.The advantages of the solution according to the invention lie in the possibility of impregnating the cathode of pyrolytic graphite throughout its mass. In this process, both a layer of pyrolytic graphite and 1 impregnation with thorium in the entire mass of the formed cathode are formed in one working cycle. Moreover, the risk of direct contact of the Operator and radioactive thorium is avoided.

Způsob Impregnace katody vakuové elektronky podle vynálezu bude následovně blíže popsán v příkladovém provedení a pomoeí připojeného vyobrazeni schematicky znázorňujícího princip impregnace thoriem.The method of impregnating a vacuum tube cathode according to the invention will be described in more detail below in an exemplary embodiment and by means of the accompanying drawing schematically illustrating the principle of thorium impregnation.

Výchozí substancí pro Impregnaci je halogenidová sůl thoria, například chlorid. Tato krystalické sůl sublimuje za normálního tlaku při 750 °C a rozkládá se ve svá prvky při 1 100 °C. Chlorid thořičltý lze snadno vytobit jednou ze známých metod, například vedením par tetrechlorldu uhličitého přes zahřátý kysličník thořičltý na 500 °C dle rovnice CC1₄ + Th0₂ - Th01₄ + C0₂.The starting substance for impregnation is a thorium halide salt such as chloride. This crystalline salt sublimates at normal pressure at 750 ° C and decomposes into its elements at 1100 ° C. The tetrachloride can be easily formed by one of the known methods, for example by passing carbon tetrachloride vapors through heated tetrachloride to 500 ° C according to the equation CCl ₄ + ThO ₂ - ThO ₄ + CO ₂ .

Bílý krystalický chlorid thořičltý se chrání před hydrolýzou převrstvením tekavým sa3 aotuhnoucím organickým nevodivým pojidlem, což současně umožní snadné skladování a dávkování. Jako pojidla je možno použít například polystyrenu rozpuštěného v toluenu nebo roztoku nitrocelulosy v amylacetátu. Tímto způsobem al můžeme připravit impregnační substanci ve formě pastilek.The white crystalline magnesium tetrachloride is protected from hydrolysis by overlaying with a flowing and solidifying organic non-conducting binder, which at the same time allows easy storage and dosing. As binders, for example, polystyrene dissolved in toluene or a solution of nitrocellulose in amyl acetate can be used. In this way, we can prepare the impregnating substance in the form of lozenges.

Princip impregnace thoriem současně se tvořící vrstvy pyrolytického grafitu vyplývá z výkresu.The principle of thorium impregnation of the simultaneously forming layer of pyrolytic graphite follows from the drawing.

Vhodně tvarované vyleštěné podložka z grafitu je zevěSena ve vertikální trubce z průhledného křemenného akle. Vyhřívání podložky na teplotu 1 900 - 2 300 °C se provádí Vf cívkou. Horní vakuově těsnící víko je opatřeno přívodem k rotační vývěvěJ dolním víkem je přiváděno měřené množství plynného uhlovodíku přes jehlový ventil.A suitably shaped polished graphite pad is suspended in a vertical tube of transparent quartz acrylic. Heating of the pad to a temperature of 1 900 - 2 300 ° C is performed by RF coil. The upper vacuum sealing cover is provided with a feed to the rotary pump. The lower cover is supplied with a measured amount of hydrocarbon gas through a needle valve.

Při této vlastní pyrolýze dochází k postupné tvorbě a usazování vrstvy pyrolytického grafitu na podložce. Pod-podložkou je zavěěen v určité vzdálenosti elektricky vodivý kelímek, například z grafitu, ve kterém je vložen halogenid thoria, například ve formě impregnační pastilky chloridu thořičitého.During this pyrolysis, a layer of pyrolytic graphite gradually forms and settles on the substrate. An electrically conductive crucible, for example of graphite, in which thorium halide is embedded, for example in the form of an impregnating lozenge of thorium chloride, is suspended at a distance from the support.

Empiricky volenou délkou Vf cívky je možno dosáhnout jak vhodné teploty grafitové formy pro pyrolytlcké usazování grafitu t. j. 1 500 - 2 300 °C, tak i rozkladné teploty impregnační substance, například 1 100 °C.An empirically selected coil length VF can achieve both a suitable temperature of the graphite mold for pyrolytic deposition of graphite i.e. 1,500-2,300 ° C, as well as a decomposition temperature of the impregnating substance, for example 1,100 ° C.

Při jednom takto řízeném cyklu dochází k následujícím procesům:The following processes occur in one controlled cycle:

a) pyrolytickému rozkladu uhlovodíku a tvorbě vrstvy pyrolytického grafitu na grafitové podložcea) pyrolytic decomposition of hydrocarbon and formation of pyrolytic graphite layer on graphite support

b) rozklad organického pojidla Impregnační pastilkyb) decomposition of organic binder Impregnating lozenges

e) sublimace a rozklad chloridu thořičitého na thorium a chlor(e) sublimation and decomposition of thorium chloride into thorium and chlorine

d) impregnace narůstající vrstvy pyrografitu thoriemd) impregnating the growing pyrographite layer with thorium

e) tvorba karbidu thoria jako následek vysokoteplotní reakce mezi vytvářeným a usazovaným pyrouhlíkem a thoriem.e) formation of thorium carbide as a result of the high-temperature reaction between the formed and deposited pyrocarbon and thorium.

Posledně jmenovaná reakce e) je v plné ahodě s funkční podmínkou klasické kovové katody z thoriovanéhé wolframu, která musí být v poslední fázi výroby navíc jeětě karbidovaná sa vysoké teploty v uhlovodíkové atmosféře sa účelem vytvořeni karbidu thoria.The latter reaction (e) is in full compliance with the functional condition of a classical metal-cathode of thoriated tungsten, which must be additionally carbidated with a high temperature in a hydrocarbon atmosphere to form thorium carbide at the last stage of production.

Praktický přiklad:Practical example:

Pyrolýze butanu pro vytváření vrstvy pyrolytického grafitu o tlouěíce 1 mm na grafitovém podkladu ae provádí při 2 000 °C při sníženém tlaku 5 - 15 Pa za použití rotační vývěvy.Pyrolysis of butane to form a 1 mm thick layer of pyrolytic graphite on a graphite substrate is carried out at 2000 ° C under reduced pressure of 5-15 Pa using a rotary pump.

Tlak par připouštěného butanu je 90 Pa.The vapor pressure of the admitted butane is 90 Pa.

Pyrolýze ae provádí 4 hod. Uáa-li nit výrobek z pyrolytického grafitu, stažený ve formě skořepiny z podložky váhu 5 g, použije ae pro impregnaci 0,5 čistého chloridu thořičitého. Tím se získá katoda z pyrolytického grafitu impregnovaná 1 - 2 hmotnostních % thoria.Pyrolysis ae is carried out for 4 hours. When the yarn is pyrolytic graphite, withdrawn in the form of a shell from a support, weighs 5 g, ae is used for impregnation with 0.5 pure thorium chloride. This yields a pyrolytic graphite cathode impregnated with 1-2 wt% thorium.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

A method of impregnating a pyrolytic graphite cathode, wherein a non-inductively heated graphite form is deposited in a quartz glass tube of a pyrolytic graphite layer from a hydrocarbon atmosphere supplied to the lower part of the tube under reduced pressure obtained by a rotary pump connected to the upper part of the tube. (P) containing a thorium halide, located below the graphite mold (E) for deposition of pyrolytic graphite, at temperatures of 1500 to 2300 ° C, is heated by a part of the induction coil (D) intended to heat the deposition mold of pyrolytic graphite, - 1200 ° C with continuous hydrocarbon vapor supply at reduced pressure for 30 min. - 6 hours