DE1013732B

DE1013732B - Verfahren zur Herstellung eines Mikrowellendaempfungswiderstandes aus einem poroesen keramischen Stoff

Info

Publication number: DE1013732B
Application number: DES43808A
Authority: DE
Inventors: James S Pelle
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1954-05-04
Filing date: 1955-05-04
Publication date: 1957-08-14
Also published as: NL93132C; NL196805A; FR1131125A; US2880120A; GB770083A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrowellendämpfungswiderstandes aus einem porösen keramischen Stoff, insbesondere eines Trägerstabes für die Wendelleitung einer Hochleistungswanderfeldröhre.

Es ist bisher üblich gewesen, die Leistung von Wanderfeldröhren zu verbessern, indem Reflexionen entlang der Wendel der Wanderfeldröhre gedämpft wurden, die etwa durch eine Fehlanpassung an den Enden der Wendel, die bei gewissen Frequenzen auftreten kann, wenn die Wanderfeldröhre als Breitbandvorrichtung benutzt wird, entstehen (s. als Beispiel die USA.-Patentschrif12 575 383). Da es wünschenswert erscheint, das dämpfende Material nahe an die Wendel zu bringen, wo die elektrischen Felder am größten sind, ist es allgemein üblich, nichtleitende Stäbe, die sich längs der Wendel erstrecken, mit einem Widerstandsmaterial zu überziehen. Diese überzogenen Stäbe dienen dann dem doppelten Zweck, die Wendel auf ihrer vollen Länge zu tragen und das sie umgebende elektrische Feld zu dämpfen. Üblicherweise sind die Stäbe aus Glas oder einem keramischen Material, und der Überzug besteht aus einem kolloidalen Graphit in besonderer Dicke und Verteilung entlang den Stäben, um ihre Dämpfungseigenschaften zu regeln. Anstatt eines kolloidalen Graphitüberzuges kann ein aufgedampfter Metallfilm verwendet werden, wobei der Widerstand durch die Stärke des Films bestimmt wird.

Während diese beiden Arten von Oberflächenwiderständen einen begrenzten Erfolg hatten, haben sie sich bei Hochleistungswanderfeldröhrenverstärkern im allgemeinen nicht bewährt. Die Dämpfungseigenschaften des Graphitüberzuges hängen von der Innigkeit der Berührung der einzelnen Graphitpartikelchen des Überzugs ab. Bei Hochleistungsröhren, bei denen die Widerstände eine beträchtliche Leistung aufzunehmen haben, ergibt die entstehende Hitze und Abkühlung der Trägerstäbe und des auf ihnen befindlichen Graphitüberzugs eine allmähliche Verschiebung oder Bewegung der Graphitteilchen, die ihre Lage an dem Stab verändern oder dann von dem Stab abblättern. Versuche mit verschiedenen Bindemitteln, die die Graphitteilchen stabilisieren und zusammenhalten sollen, ohne sie voneinander zu isolieren, haben keine zufriedenstellenden Ergebnisse gebracht, und zwar deshalb, weil solche Bindemittel die Dämpfungseigenschaften beeinträchtigen, bei hohen Temperaturen nicht stabil sind oder Dampfdrücke haben, die zur Verwendung in einem Vakuumsystem zu hoch sind. Die Dämpfungswiderstände mit Metallfilm haben sich bei der Verwendung für Hochleistungszwecke als unvorteilhaft erwiesen, weil das Aufdampfen des Überzugs auf die Stäbe zu umständlich ist, um eine Verfahren zur Herstellung

eines Mikrowellendampfungswiderstand.es aus einem porösen keramischen Stoff

Anmelder:

Sperry Rand Corporation,
Wilmington, Del. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
¹S München 2, Kauöngerstr. 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 4. Mai 1954

James S. Pelle, New York, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

einfache Herstellung zu gewährleisten; Da der Metallfilm sehr dünn ist, kann er sehr leicht abgekratzt oder in sonstiger Weise beschädigt werden. Außerdem ist jeder Metallfilm, der sich leicht aufdampfen läßt, bei hohen Temperaturen, wie sie in Röhren mit Hochleistungsbetrieb auftreten, nicht stabil. Das eine hohe Oberflächenspannung aufweisende Metall hat die Neigung, sich zu kleinen Kügelchen zusammenzuballen, wenn es wiederholt auf hohe Temperaturen erhitzt wird, so daß die Dämpfungseigenschaften des Films während der Benutzung zerstört werden. Sogar weit unter der Schmelztemperatur bilden sich solche dünnen Metallschichten von Hochleistungsdämpfungsbereichen in der erwähnten Weise um.

Die Erfindung bezweckt, die erwähnten Schwierigkeiten der bisher üblichen Verfahren zu vermeiden, indem sie einen verbesserten Mikrowellendämpfungswiderstand schafft, der bei den hohen Temperaturen arbeiten kann, wie sie bei großen Leistungen auftreten, der sich ferner durch seine Haltbarkeit und lange Lebensdauer auszeichnet und der weiter ohne umständliche Maßnahmen hergestellt werden kann.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Dämpfungsmaterial geschaffen, das in Form länglicher Stäbe benutzt werden kann, die den doppelten Zweck erfüllen, die Wendel einer

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Wanderfeldröhre zu tragen und die gewünschte Dämpfung für ein verbessertes Arbeiten der Röhre zu gewährleisten.

Durch die Erfindung wird eine Dämpfungsvorrichtung geschaffen, bei der die dämpfende Wirkung je Längeneinheit einfach eingestellt werden kann.

Die Erfindung bezweckt weiterhin, eine Dämpfungsvorrichtung zu schaffen, bei der die Mikrowellendämpfung im ganzen Innern der Dämpfungsvor-

freqenzsignale in die Wendelleitung 18 hinein bzw. aus ihr heraus.

Ein Horn 26 ist in der Nähe des Elektronenstrahlerzeugers 14 in der Röhre angeordnet. Eine mittlere, auseinanderstrebende Öffnung 28, die koaxial mit der Wendel 18 liegt, nimmt das Ende der Wendel auf. Die Trägerstäbe 20 sind in Bohrungen 30 des Hornes eingelassen, wodurch die Stäbe getragen und in eine genaue Lage gebracht werden. Die Koaxialleitung 22 ist

setzenden Polyhydroxylverbindung, b) Trocknen des Stoffes, c) Erzeugung eines Niederschlages von kolloidalem Kohlenstoff durch Erhitzen des Stoffes

des Stoffes bis zur Erzielung des erforderlichen spezifischen Widerstandes.

Das Brennen des Stoffes findet bei einer höheren

richtung stattfindet und nicht nur an der Oberfläche, io innerhalb der auseinanderstrebenden öffnung 28 mit so daß die Dämpfungseigenschaften durch Be- dem Ende der Wendel verbunden. Ein zweites Horn Schädigung, Abkratzen oder andere Verletzungen der 32 ist in gleicher Weise an dem gegenüberliegenden Oberfläche der Dämpfungsvorrichtung nicht beein- Ende der Wendel 18 angeordnet und trägt die Stäbe trächtigt werden. 20. Fig. 3 zeigt den Zusammenbau der Stäbe 20 und

Zur Herstellung eines Mikrowellendämpfungswider- 15 der sie tragenden Hörner 26 und 32 an jedem Ende. Standes aus einem porösen keramischen Stoff, ins- Wie am besten aus der Schnittansicht der Fig. 2 zu

besondere eines Trägerstabes für die Wendelleitung ersehen, befinden sich die Dämpfungsstäbe 20, die einer Hochleistungswanderfeldröhre, dient gemäß der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt Erfindung ein Verfahren mit folgenden Verfahrens- sind, am äußeren Umfang der Wendel und liegen an schritten: a) Tränken des Stoffes mit einer Lösung 20 ihr an. Auf diese Weise befinden sich die Stäbe in einer organischen, sich bei Anwendung von Hitze zer- einer Stellung, in der sie Felder außerhalb der Wendel

dämpfen und die Wendel gleichzeitig mechanisch unterstützen.

Nach einem speziellen Ausführungsbeispiel der Erauf eine hohe Temperatur, d) Umwandlung des 25 findung werden die dämpfenden Stäbe 20 in folgender kolloidalen Kohlenstoffes zu Graphit durch Brennen Weise hergestellt. Es wird ein poröser keramischer

Stab aus Aluminium- oder Magnesiumsilikat von geeigneter Länge und Form verwendet. Der Stab wird in einer Lösung von 40 Gewichtsteilen Rohrzucker in Temperatur statt als das zur Erzeugung eines Nieder- 30 Wasser getränkt und dann getrocknet. Jedoch kann Schlages von kolloidalem Kohlenstoff dienende Er- die Lösung auch aufgetragen werden, um den Teil des hitzen des Stoffes. Stabes, auf dem sich die Lösung befindet, zu be-

Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsart des grenzen. Wenn das direkte Tränkverfahren benutzt Verfahrens wird als Polyhydroxylverbindung eine wird, dann kann es wünschenswert sein, die Teile des 40°/»ige Rohrzuckerlösung verwendet. Weitere zweck- 35 Stabes, die keine Dämpfungswirkung haben sollen, mäßige Ausführungsarten kennzeichnen sich dadurch, mit Paraffin zu überziehen. Auf diese Weise können

die Dämpfungseigenschaften des Stabes auf den mittleren Bereich der Stäbe beschränkt werden, wie bei 34 in Fig. 3 gezeigt. Während eine 40 °/oige Lösung für eine maximale Wirksamkeit empfohlen wird, kann eine dünnere Lösung verwendet werden, wenn eine geringere Dämpfung erwünscht ist.

Es hat sich gezeigt, daß Rohrzucker sehr befriedigende Ergebnisse zeitigt, jedoch können auch 45 andere Polyhydroxylzusammensetzungen verwendet werden, unter der Voraussetzung, daß sie nicht leicht verdampfen können, bevor die Zersetzung in Kohlenstoff einsetzt. Alle Zuckerarten, beispielsweise Glukose, Laktose, Dextrin und andere Polyhydroxylzusammen-Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung er- 50 Setzungen sind befriedigend.

geben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Nachdem der Stab zur Entfernung des Lösungsmittels

in den schematischen Zeichnungen dargestellten Aus- getrocknet worden ist, wird er mindestens 15 Minuten führungsbeispiels. lang auf 400° C erhitzt. Dieses Erhitzen geschieht ent-

Fig. 1 ist eine teilweise im Schnitt gezeigte Wander- weder in einer neutralen Atmosphäre oder in einem feldröhre mit einem Trägerstab, der nach einem Ver- 55 sehr kleinen Raum, in dem die verfügbare Sauerstofffahren gemäß der Erfindung hergestellt worden ist; menge sehr beschränkt ist. Als Ergebnis dieser Er-Fig. 2 ist ein teilweiser Querschnitt entlang der hitzung wird der Rohrzucker zersetzt, und die Linie 2-2 der Fig. 1; flüchtigen Bestandteile werden ausgetrieben, so daß Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht der Dämpfungs- ein Niederschlag kolloidalen Kohlenstoffs verbleibt, stäbe und der dazugehörigen Tragvorrichtung der in 60 Die Arbeitsgänge des Tränkens und Erhitzens können Fig. 1 gezeigten Röhre. zwei- oder dreimal zusätzlich wiederholt werden, je

daß das Erhitzen des Stoffes in einer neutralen Atmosphäre stattfindet und daß der Stoff auf im wesentlichen 400° C erhitzt wird und daß das Erhitzen etwa 15 Minuten dauert.

Weitere vorteilhafte Ausführungsarten kennzeichnen sich dadurch, daß der poröse keramische Stoff im Vakuum gebrannt wird, daß das Brennen bei im wesentlichen 1000° C stattfindet und daß das Brennen ungefähr 10 Minuten dauert.

Die Menge des Rohrzuckermaterials und die Temperatur sowie die Dauer des Brennens bestimmen den Widerstand und die Dämpfungseigenschaften des Stabes.

Die Wanderfeldröhre nach Fig. 1 hat in bekannter Weise einen äußeren Mantel 10 aus leichtem, nicht magnetischem Material mit einem Elektronenstrahlerzeuger 14 an einem Ende und einer Sammelelektrode 16 am anderen Ende. Ein wendeiförmiger Leiter 18., der auf seiner ganzen Länge von einer Anzahl Stäben 20 getragen wird, erstreckt sich axial durch die Röhre. Koaxiale Leitungsabschnitte 22 und

nachdem wie dies nötig ist, um die gewünschte Menge Kohlenstoff in den Poren des keramischen Materials niederzuschlagen.

Nach dem Niederschlagen des kolloidalen Kohlenstoffs wird der keramische Stab dann auf den entsprechenden Widerstandsbereich gebracht, indem er in einem Vakuum oder in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre mindestens 10 Minuten lang bei 1000⁰C

24 koppeln die von der Röhre verstärkten Hoch- 7° gebrannt wird. Der Brennprozeß wandelt den kolloi-

dalen Kohlenstoff in Graphit um. Der endgültige Widerstand des Stabes je Längeneinheit kann durch die Dauer und die Temperatur geregelt werden, bei der das Brennen des Stabes stattfindet.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die verschiedenen Ziele der Erfindung durch Schaffung eines verbesserten Mikrowellendämpfungswiderstandes erreicht worden sind. Da der Dämpfungswiderstand bei hohen Temperaturen und mit langer Zeitdauer betrieben werden kann, ist er besonders für die Vorrichtung großer Leistungen geeignet. Obwohl die Form des Dämpfungswiderstandes als Stab zur Verwendung in einer Wanderfeldröhre beschrieben wurde, ist doch offensichtlich, daß das nach dem obigen Verfahren hergestellte Dämpfungsmaterial auch für andere Zwecke verwendet werden kann, beispielsweise als nicht reflektierender Belastungswiderstand für eine Mikrowellenleitung und ähnliche Anwendungsgebiete. Der Dämpfungswiderstand eignet sich besonders für Betrieb im Vakuum, da keines der für seine Herstellung verwendeten Materialien einen hohen Dampfdruck hat. Wenn der Dämpfungswiderstand rotglühend verwendet werden soll, dann sollte dies in einer neutralen Atmosphäre oder in einem Vakuum geschehen, um ein Oxydieren des Kohlen-Stoffs zu verhindern. Jedoch sind bei niedrigeren Temperaturen bis zu 400° C solche Vorsichtsmaßnahmen nicht notwendig, und der Dämpfungswiderstand ist sogar bei Verwendung in Luft sehr beständig.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Mikrowellendämpfungswiderstandes aus einem porösen keramischen Stoff, insbesondere eines Trägerstabes für die Wendelleitung einer Hochleistungswanderfeldröhre, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Tränken des Stoffes mit einer Lösung einer organischen, sich bei Anwendung von Hitze zersetzenden Polyhydroxylverbindung, b) Trocknen des Stoffes, c) Erzeugung eines Niederschlages von kolloidalem Kohlenstoff durch Erhitzen des Stoffes auf eine hohe Temperatur, d) Umwandlung des kolloidalen Kohlenstoffes zu Graphit durch Brennen des Stoffes bis zur Erzielung des erforderlichen spezifischen Widerstandes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyhydroxylverbindung Rohrzucker ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine etwa 4O°/oige Rohrzuckerlösung verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyhydroxylverbindung Laktosezucker ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyhydroxylverbindung Glukosezucker ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyhydroxylverbindung Dextrinzucker ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen des Stoffes in einer neutralen Atmosphäre stattfindet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse keramische Stoff auf im wesentlichen 400° C erhitzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen ungefähr 15 Minuten dauert.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennen des porösen keramischen Stoffes im Vakuum stattfindet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennen bei im wesentlichen 1000° C stattfindet.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Brennen ungefähr 10 Minuten dauert.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse keramische Stoff bis zur Weißglut gebrannt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil des porösen keramischen Stoffes durch Bestreichen mit der Lösung getränkt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Widerstandsstabes mit nichtleitenden Enden vor dem Tränken des Stabes mit der Lösung beide Enden des Stabes mit Paraffin getränkt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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