DE1194988B - Gitterelektrode fuer Elektronenroehren - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIj

Deutsche Kl.: 21g-13/06

Nummer: 1194 988

Aktenzeichen: C 29281 VIII c/21 g

Anmeldetag: 1. März 1963

Auslegetag: 16. Juni 1965

Die Erfindung betrifft eine Gitterelektrode für Elektronenröhren und hat sich zum Ziel gesetzt, als wesentliche Vorteile äußerst niedrige Werte der Primär- und Sekundäremission, eine gute Wärmeleitfähigkeit und ein gutes mechanisches Verhalten zu erreichen.

Im Betrieb von Elektronenröhren treten die Erscheinungen der Primäremission (Wärmeemission) und der Sekundäremission an den Gittern auf und stellen recht häufig ernsthafte Probleme dar. Diese Erscheinungen können den Betriebsgrenzen der Röhre Beschränkungen auferlegen und sind sehr häufig der Ursprung von Betriebsstörungen. Bekanntlich rührt die Primäremission von Gittern gewöhnlich von Niederschlägen kathodischer emissionsfähiger Stoffe her, die während der Fertigung und des Betriebs der Röhre gebildet werden, wobei die für diese Emission notwendige Erhitzung des Gitters auf dessen Elektrodenbombardement zurückzuführen ist und in einem geringeren Maße von der Wärmestrahlung der Kathode herrührt. Die Sekundäremission ist von der Temperatur des Gitters fast unabhängig, jedoch von der Art des seine Oberfläche bildenden Materials und von der Geschwindigkeit der einfallenden Primärelektronen abhängig.

Die bisher für eine Betriebsweise unter bedeutender Wärmelast vorgesehenen Gitterelektroden bestehen bislang fast ausschließlich aus Metallen, wie Molybdän, Tantal oder Wolfram, die gegenüber hohen Temperaturen ein gutes mechanisches Verhalten besitzen. Doch sind diese Metalle einerseits nur mittelmäßige Wärmeleiter; die aufgenommene Wärmemenge erhitzt also beträchtlich die durch diese Metalle gebildeten Gitterelemente. Andererseits bewirken sie auf Grund ihrer Beschaffenhet eine hohe Emissionsfähigkeit von Materialien, die von der Kathode herrühren und sie in Form einer dünnen Schicht bedecken. Ferner wird ihr Sekundäremissionskoeffizient größer als Eins, wenn die Beschleunigungsspannung der Elektronen einen Wert zwischen 150 und 250 Volt übersteigt. Unter diesen schlechten Eigenschaften lassen sich bekanntlich diejenigen mindern, die an die Art der Oberfläche der verwendeten Metalle geknüpft sind, und zwar durch Bedeckung der Oberflächen mit Materialien, die gleichzeitig eine geringe Sekundäremission und die Eigenschaft besitzen, die Emissionsgüte der Niederschläge von kathodischen Materialien zu verschlechtern. Man hat somit Schichten aus Zinkonium, Tantalkarbid oder Kohlenstoff benutzt, die beispielsweise in teigiger Form aufgelegt und dann durch Sintern fixiert werden. Dieses letztere Verfahren macht Gitterelektrode für Elektronenröhren

Anmelder:

Compagnie Frangaise Thomson-Houston, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,

Patentanwalt,

München-Pasing, Agnes-Bernauer-Str. 202

Als Erfinder benannt:

Jean Marcel Sarrois, Nanterre, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 2. März 1962 (889 759)

jedoch die Gitter zerbrechlich, und ihre Zerbrechlichkeit steigert sich noch im Laufe des Betriebs. Außerdem verbessern die Überzüge aus solchen Materialien nicht die schlechte Leitfähigkeit der Gitterelemente, die mit zu den Ursachen des Auftretens der Wärmeemission gehört. Diese beiden Tatsachen beschränken die maximale Leistung, die an so gebildete Gitter anlegbar ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Gitterelektrode für Elektronenröhren zu schaffen, die eine äußerst niedrige Sekundäremission besitzt und gegenüber bekannten Gittern eine Wärmelast auszuhalten vermag, die ohne Gefahr einer Wärmeemission und einer mechanischen Zerstörung wesentlich größer ist. Diese Aufgabe ist bei einer Gitterelektrode für Elektronenröhren, die ganz oder nur an ihrer Oberfläche aus Graphit besteht, dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß zumindest ihre Oberflächenschicht aus pyrolytischem Graphit besteht, der kristallographisch so ausgerichtet ist, daß seine maximale Wärmeleitfähigkeit parallel zur Oberfläche des Gitters verläuft. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Gitterelektrode in ihrer Gesamtheit aus einer Aussparungen aufweisenden Schicht kristallographisch ausgerichteten Graphits.

Das kristallographisch ausgerichtete Graphit, das auch »pyrolytisches Graphit« genannt wird, ist ein kristallinischer Kohlenstoff, der sich durch Wärmezersetzung einer gasförmigen Kohlenstoffverbindung,

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beispielsweise durch Zersetzung eines Kohlenwasserstoffgases, an der Oberfläche eines auf sehr hoher Temperatur wie 2000° C gehaltenen Tragelements erreichen läßt. Das Graphit schlägt sich auf diesem Träger in Form einer mechanisch äußerst widerstandsfähigen Schicht nieder, die infolge eines ausgerichteten kristallinen Wachstums eine sehr beachtenswerte Anisotropie seiner physikalischen Eigenschaften aufweist. Es ergibt sich dabei, daß bei Temperaturen unter 1000° C seine in einer zu der Ebene der Schichten parallelen Richtung gemessene Wärmeleitfähigkeit mit der von Kupfer vergleichbar und etwa dreimal größer als die gewöhnlichen industriellen Graphits ist, das durch Rekristallisation eines mikrokristallinen Kohlenstoffagglomerats erhalten wird. In den zu der Ebene der Schicht senkrechten Richtungen ist demgegenüber die Wärmeleitfähigkeit des ausgerichteten Graphits sehr klein gegenüber derjenigen gewöhnlichen Graphits. Der Sekundäremissionskoeffizient des ausgerichteten Graphits ist etwa gleich demjenigen gewöhnlichen Graphits; er bleibt also kleiner als Eins bei sämtlichen Geschwindigkeiten einfallender Elektronen. Ferner verschlechtert der ausgerichtete Graphit die Elektonenemissionsfähigkeit ihn in dünner Schicht bedeckender Materialien, wie es bei gewöhnlichem Graphit bekannt ist.

Bei dem Gitter nach der Erfindung ist das die Oberflächenschicht bildende ausgerichtete Graphit äquivalent den besten Überzügen, die bisher zur Unterdrückung der Sekundäremission verwendet wurden. Was die Unterdrückung der Primäremission anbetrifft, ist seine Wirksamkeit sehr viel größer als diejenige bekannter Überzüge. Es verschlechtert nicht allein die Emissionsfähigkeit von von der Kathode herrührenden Materialien, sondern sie verbessert auch die Wärmeleitfähigkeit der Gitterelektroden. Die die Wärme aufnehmenden Elemente, z. B. Stäbe, werden also durch die Ableitung der Wärme in Richtung auf die Trägerelemente besser gekühlt. Diese Verbesserung der Kühlung macht sich schon bei den Gittern bemerkbar, die nur eine äußere Schicht ausgerichteten Graphits besitzen, da der Wert seiner Wärmeleitfähigkeit in den zu der Schicht parallelen Richtungen außerordentlich ist. Diese Wirkung macht sich bei den Ausführungsformen der Erfindung noch mehr bemerkbar, bei denen das Gitter in seiner Gesamtheit aus kristallographisch ausgerichtetem Graphit besteht, dessen Richtungen maximaler Wärmeleitfähigkeit der Oberfläche des Gitters folgen.

Das Gitter gemäß der Erfindung besitzt auch eine äußerst gute mechanische Widerstandsfähigkeit. Als Auflage in Form eines Überzuges bildet das ausgerichtete Graphit eine zähe und dichte Hülle um die Gitterelemente und widersteht Stoßen und Vibrationen außerordentlich gut. Die vollständig aus ausgerichtetem Graphit bestehenden Gitter zeigen eine noch größere mechanische Festigkeit, die in den überwiegenden Fällen größer als diejenige von Gittern ist, die aus Werkstoffen wie Molybdän und Tantal gefestigt sind. Dies rührt daher, daß bei dem ausgerichteten Graphit der Quotient zwischen der Zugfestigkeit und dem spezifischen Gewicht größer als bei der Mehrzahl von Metallen ist. Im Laufe des bei hoher Temperatur laufenden Betriebes unterliegen die aus ausgerichtetem Graphit bestehenden Gitter praktisch keinerlei Verschlechterung ihrer Stabilität.

Die Gitter können recht unterschiedliche geometrische Formen aufweisen, beispielsweise eben, zylindrisch oder shpärisch sein. Was die Form der aktiven Elemente des Gitters, z. B. dessen Stäbe, anbetrifft, so sind zwei Fälle in Betracht gezogen, bei denen es sich um von ausgerichtetem Graphit überdeckte Gitter oder um vollständig aus ausgerichtetem Graphit bestehende Gitter handelt. Im ersteren Falle können die verschiedensten Aufbauten, wie Bänder, zylindrische, gerade oder gekrümmte zylindrische Stäbe, vorgesehen sein. Im zweiten Falle besitzen in

ίο Folienform vorgesehene Aufbauten Löcher, Schlitze oder ähnliche Aussparungen mit regelmäßigen Abständen zueinander. So kann die Gitterelektrode aus einem Hohlzylinder mit in ihm enthaltenen Schlitzen bestehen, die, zumindest auf dem überwiegenden Teil ihres Verlaufs, zu den Mantellinien des Hohlzylinders um einen Winkel geneigt angeordnet sind. Statt dessen kann die Gitterelektrode auch die Form eines Trogs besitzen, dessen ebener Boden kreisbogenförmige Schlitze in regelmäßigem Abstand zueinander

ao aufweist. Ferner können Rohlinge aus ausgerichtetem Graphit in Form zylindrischer oder ebener Folien nach bekannten Verfahren hergestellt werden, gemäß denen das ausgerichtete Graphit auf einen Kern, beispielsweise aus gewöhnlichem Industriegraphit,

as niedergeschlagen wird, von dem es sich nach Kühlung ablöst.

In der Zeichnung ist eine Gitterelektrode nach der Erfindung in einer beispielsweise gewählten Ausführungsform schematisch im Schnitt veranschaulicht.

Diese im Längsschnitt dargestellte Gitterelektrode besteht in ihrer Gesamtheit aus kristallographisch ausgerichtetem Graphit. Die Gitterelektrode ist durch einen Körper in Form einer Folie aus ausgerichtetem Graphit gebildet, das gemäß bekannten Verfahren auf einen Dorn niedergeschlagen worden und dann von ihm getrennt worden ist. Dieser Körper besitzt einen kegeligen Teil 1, einen zylindrischen Teil 2 und einen ebenen Boden 3. Innerhalb des zylindrischen Teils 2 sind Schlitze 4 auf zu den Mantellinien 5 des Zylinders 2 geneigten Kurven verlaufend angeordnet. Im einzelnen folgen die Schlitze 4 und demzufolge die zwischen ihnen befindlichen Stäbe 6 des Gitters Kurven, die sich aus dem Schnitt des Zylinders 2 mit gegenüber seiner Achse geneigten Ebenen ergeben.

Im Interesse einer klareren Darstellung ist in dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ein Neigungswinkel 7 gewählt, der gegenüber den normalen Anwendungsfällen zu groß ist. Ein solches Gitter kann vorzugsweise mittels Titan- oder Zirkonkarbid oder reinem Titan in Form einer Schicht 9 auf einen Träger 8 aufgebracht werden, der gegebenenfalls aus gewöhnlichem Graphit besteht.

Zur Herstellung der in der Zeichnung dargestellten Gitterelektrode geht man von einem Hohlzylinder aus ausgerichtetem Graphit aus, das beispielsweise durch Zersetzung eines Kohlenwasserstoffgases auf der Oberfläche eines auf hoher Temperatur gehaltenen Doms aus gewöhnlichem Graphit erhalten wird. Die Bearbeitung der Elektrode erfolgt beispielsweise durch ein Formverfahren, durch das in den noch ungeschlitzten Hohlzylinder der Gitterelektrode die betreffenden Schlitze in regelmäßigen Abständen zueinander mittels eines fräsenden, schleifenden oder sonstwie formenden Drehwerkzeugs eingebracht werden, dessen Angriffsebene zur Achse des Hohlzylinders geneigt eingestellt wird.

Bei einer großen Anzahl von Fällen kann die Bearbeitung des Gitters ohne Einführung eines Kerns in

das zu bearbeitende Stück ausgeführt werden. Dies macht die Bearbeitung von zwei Gitteraufbauten in einem einzigen Arbeitsgang möglich. Diese Gitter weisen dann eine Ausrichtung ihrer Stäbe mit normal ausreichender Genauigkeit, insbesondere in dem Falle auf, in welchem diese Stäbe mit den Mantellinien des Hohlzylinders nur einen geringen Winkel einschließen. Man kann solche Aufbauten wie Kathode—Steuergitter oder Steuergitter—Schirmgitter herstellen, um eine gute Stromverteilung zu erzielen.

Wenn auch kein zeichnerisches Beispiel eines von ausgerichtetem Graphit bedeckten Gitters wiedergegeben ist, so kann doch jeder Gitteraufbau für eine solche Graphitschicht vorgesehen werden. Beispielsweise ist ein Herstellungsverfahren diesbezüglich nachstehend kurz beschrieben. In einem aus Heizwiderständen gebildeten Käfig ist eine aus gewöhnlichem Graphit geschlossene Hülle angeordnet. Diese Hülle ist mit zwei Öffnungen versehen, um Gaszuführungs- und -austrittsleitungen hindurchgehen zu lassen. Im Innern dieser Hülle am Eintritt der Gaszufuhr ist eine Gasdiffusionseinrichtung angeordnet. Das mit ausgerichtetem Graphit zu überziehende Gitter wird in der Mitte dieser Hülle angeordnet. Das Gas ist ein Kohlenwasserstoff, beispielsweise Azethylen, Methan oder Benzol. Mit einem solchen System wird das Gitter auf etwa 1500° C gebracht. Schichten ausgerichteten Graphits in Folienform schlagen sich in regelmäßiger Stärke nieder, die von der Zeit abhängt, in der das Gitter dem Gasstrom ausgesetzt bleibt. Ein solcher Überzug weist eine große mechanische Festigkeit auf. Wenn der Gitterträger Schweißpunkte besitzt, so verschwinden diese unter der Deckschicht ausgerichteten Graphits, die dem Gesamtgitter seine Eigenschaften außerordentlich guter Wärmeleitfähigkeit gibt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Gitterelektrode für Elektronenröhren, die ganz oder nur an ihrer Oberfläche aus Graphit besteht, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ihre Oberflächenschicht aus pyrolytischem Graphit besteht, der kristallographisch so ausgerichtet ist, daß seine maximale Wärmeleitfähigkeit parallel zur Oberfläche des Gitters verläuft.

2. Gitterelektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrer Gesamtheit aus einer Löcher, Schlitze (4) oder ähnliche Aussparungen aufweisenden Schicht kristallographisch ausgerichteten Graphits besteht.

3. Gitterelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form eines Hohlzylinders (2) besitzt, in dessen Wandung Schlitze (4) angeordnet sind, die auf zu den Zylindermantellinien (5) geneigten Kurven verlaufen.

4. Gitterelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Form eines Trogs besitzt, dessen ebener Boden kreisbogenförmige Schlitze in regelmäßigem Abstand zueinander aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2101462, 2193 600;
Steyskal, »Arbeitsverfahren und Stoffkunde der

Hochvakuumtechnik«, Mosbach/Baden, 1955, S. 42

und

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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