DE1614680C3 - Elektrisches Entladungsgefäß, insbe sondere HF Leistungsrohre - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Entladungsgefäß, insbesondere mit einem Elektronenstrahlsystem, nach Art einer HF-Leistungsröhre, bei dem thermisch hochbelastete Elektroden, Teile von Elektroden oder sonstige Röhrenaufbauteile, die sich vollkommen im Innern der Röhre befinden oder die ganz oder nur zum Teil die Gefäßwandung bilden, aus pyrolytischer Kohle bestehen.

In Höchstfrequenzröhren für hohe Leistungen kommt es immer wieder entscheidend darauf an, daß die im Betrieb an Elektroden, Teilen von Elektroden oder sonstigen Teilen, z. B. an der Leitung oder am Auffänger auftretende Wärme, hervorgerufen durch zum Teil sehr unterschiedliche thermische Belastungen, möglichst schnell nach außen abgegeben werden kann. Dabei darf nicht die Gesamtbelastung allein betrachtet werden, sondern es muß vielmehr auch die sich ausbildende besondere Dichteverteilung, wie sie z. B. entsprechend der Verteilung im Entladungsstrom auftritt, berücksichtigt werden.

Bei Metallen noch so «utcrWiirmelcitfähisikeit. wie

z. B. Kupfer, können unter solchen Umständen örtliche Überhitzungen auftreten, die zu einer Verdampfung und damit zu Störungen im Betrieb des betreffenden Entladungsgefäßes führen.

Kohle dagegen ist ein Material, das höchste Temperaturen aushält, einen hohen Schmelzpunkt und einen niedrigen Dampfdruck hat. Daneben besitzt es ein sehr hohes Abstrahlungsvermögen, das nicht weit entfernt ist von dem des schwarzen Körpers. Deshalb können Kohlekörper örtlich auch sehr hoch erhitzt werden, wobei die Wärme im allgemeinen besonders mittels Strahlung an die betreffende Umgebung abgeführt wird. Hinzu kommt, daß ein hochglühender Körper außerdem durch Anbringen eines geeigneten Überzugs aus z. B. Zirkon an dafür besonders geeigneten Stellen als ausgezeichnetes Getter wirken kann.

Kohle bzw. Graphit kann außerdem durch Pyrolyse von organischen Gasen mit einem harten Überzug, einem sogenannten pyrolytischen Graphitüberzug, versehen werden, um z. B. für elektrische Entladungsgefäße unter anderem als Elektroden und auch als Teile der Gefäßwandung verwendet zu werden.

Ebenfalls sehr gering ist außerdem die Sekundäremission von Kohlekörpern, wenn insbesondere ihre Oberfläche rauh bearbeitet wird. Überdies ist Kohle leicht mechanisch bearbeitbar und praktisch jeder Formgebung zugänglich, so daß aus ihr ohne Schwierigkeiten praktisch alle erforderlichen Formen hergestellt werden können.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, für thermisch hochbelastbare Elektroden oder sonstige Röhrenbauteile als Werkstoff pyrolytische Kohle, eine durch besondere technologische Behandlungsmaßnahmen hinsichtlich ihrer maßgeblichen Materialeigenschaften verbesserte Kohleart, so anzuwenden, daß nicht nur für einen erhöhten Wärmeübergang in gezielter Richtung, sondern auch für eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit gesorgt ist.

Erreicht wird dies bei einem im ersten Absatz beschriebenen elektrischen Entladungsgefäß, insbesondere mit einem Elektronenstrahlsystem, nach Art einer HF-Leistungsröhre, bei dem thermisch hochbelastete Elektroden, Teile von Elektroden oder sonstige Röhrenaufbauteile, die sich vollkommen im Innern der Röhre befinden oder die ganz oder nur zum Teil die Gefäßwandung bilden, aus pyrolytischer Kohle bestehen, nach der Erfindung dadurch, daß das anisotrope Verhalten dieser Teile hinsichtlich der Wärmeleitung derart ist, daß die gute Wärmeleitung senkrecht zur Röhrenachse erfolgt und daß diese Kohlekörper bei größerer Dimension als IO mm in Richtung der schlechten Wärmeleitung aus mehreren dünnen Scheiben und/oder Ringscheiben bestehen, die jeweils unter Zwischenfügen von Metallringen und/oder -folien aus Molybdän oder Tantal miteinander mechanisch verbunden sind, und daß Oberfiächenteile der Kohlekörper zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit mit einem metallischen Überzug, insbesondere aus Rhenium, versehen sind.

Unter pyrolytischer Kohle bzw .Graphit wird bekanntermaßen allgemein Kohle verstanden, die durch thermische Erhitzung von geeigneten Kohlenstoffverbindungen, insbesondere Kohlenwasserstoffen, an heißen Flächen zu Schichten abgeschieden wird. Sie zeigt eine besonders ausgeprägte Anisotropie hin-

sichtlich ihrers Wärmeleitvermögens derart, daß die Wärmeleitung in der einen Richtung mindestens die des Kupfers erreicht, während sie in der anderen Richtung sehr viel kleiner ist. Das Ausmaß der Anisotropie erreicht nahezu den Wert von 200.

Durch die Wahl pyrolytischer Kohlekörper für Elektroden, Teile von Elektroden oder sonstige Röhrenaufbauteile wird erreicht, daß z. B. die im Betrieb auftretende Wärme quer zur Längsachse der Röhre auf kürzestem Weg nach außen bzw. zu einem Kühlmittel sehr viel schneller als in Richtung der Achse des Entladungsgefäßes abgeführt wird. Hierbei ist die außerordentlich hohe Wärmebelastbarkeit, also der hohe Schmelzpunkt sowie der niedrige Dampfdruck der Kohle von besonderem Vorteil. Es hat sich nun gezeigt, daß die pyrolytisch^ Kohle ihrem ganzen Schichtaufbau nach in Scheiben besonders einfach herstellbar ist, wenn die Richtung schlechter Wärmeleitung in Richtung der Scheibenachse (Normale) liegt. Dabei beträgt die praktische Dicke der Scheiben etwa 3 bis 10 mm.

Elektroden oder aber auch Teile von Elektroden, die in Achsrichtung, d. h. in Richtung der schlechten Wärmeleitung eine größere Ausdehnung als 10 mm haben, werden deshalb unter Zwischenfügen jeweils eines Metallringes oder einer Metallfolie aus einer entsprechenden Anzahl von Scheiben und/oder Ringscheiben gebildet, indem diese insbesondere durch einen Elektronenstrahl miteinander verschweißt werden können. Dabei können Scheiben mit entsprechenden, insbesondere unterschiedlichen, Abmessungen verwendet werden, um dadurch bereits eine vorgegebene Innen- oder auch Außenkontur der betreffenden Elektrode weitgehend nachzubilden.

Bei der Verwendung solcher pyrolytischer Kohle für z. B. Leitungen ist jedoch zu berücksichtigen, daß der elektrische Widerstand in der Schichtebene, also in Richtung der guten Wärmeleitung, mit etwa 200nQ-cm etwa um den Faktor 100 größer als der von Kupfer ist. In allen den Fällen, in denen eine höhere elektrische Leitfähigkeit benötigt wird, wird deshalb die pyrolytische Kohle an den fraglichen Stellen oberflächlich mit einer Metallschicht versehen, beispielsweise aus Rhenium.

Es können zwar auch andere Metallschichten in

ίο etwa ähnlicher Weise wie Rhenium aufgebracht werden, die eine noch bessere elektrische Leitfähigkeit haben. Rhenium hat jedoch als Auflagemetall diesen gegenüber den wesentlichen Vorteil, daß es mit dem Kohlekörper als Untergrundwerkstoff keine Karbide bildet, so daß es deshalb auch keiner zusätzlichen Zwischenschicht bedarf. Es läßt sich leicht nach einem chemischen reduktiven Verfahren abscheiden und ergibt vor allen Dingen sehr dichte Sphichten. Besser werden deshalb andere vor-

zusehende Metallschichten, z. B. mit höherer elektrischer Leitfähigkeit, zusätzlich beispielsweise durch Elektrolyse auf eine bereits mit Rhenium überzogene Oberfläche aufgebracht. Selbst wenn dafür Kupfer verwendet werden muß, weil eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit vonnöten ist, ist diese Maßnahme trotzdem noch mit einem wesentlichen Vorteil gegenüber der direken Verwendung von Kupfer verbunden, da im Betrieb bei einem unerwünschten Aufprall des Elektronenstrahls gegebenenfalls nur die Kupferschicht, nicht aber die Unterlage selber zerstört wird. Es wird also auf keinen Fall das Rhenium und die Kohle verändert; eine Zerstörung der Form der Leitung an sich kann nicht eintreten, sondern es entstehen lediglich kleine Bezirke geringerer Leitfähigkeit, die aber das Funktionieren der Röhre nicht beeinträchtigen.

Claims (4)

P aten tanspr üche:

1. Elektrisches Entladungsgefäß, insbesondere mit einem Elektronenstrahlsystem, nach Art einer HF-Leistungsröhre, bei dem thermisch hochbelastete Elektroden, Teile von Elektroden oder sonstige Röhrenaufbauteile, die sich vollkommen im Innern der Röhre befinden oder die ganz oder nur zum Teil die Gefäßwandung bilden, aus pyrolytischer Kohle bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß_das anisotrope Verhalten dieser Teile hinsichtlich der Wärmeleitung derart ist, daß die gute Wärmeleitung senkrecht zur Röhrenachse erfolgt und daß diese Kohlekörper bei größerer Dimension als 10 mm in Richtung der schlechten Wärmeleitung aus mehreren dünnen Scheiben und/oder Ringscheiben bestehen, die jeweils unter Zwischenfügen von Metallringen und/ oder -folien aus Molybdän oder Tantal mit-'*2o einander mechanisch verbunden sind, und daß Oberflächenteile der Kohlekörper zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit mit einem metallischen Überzug, insbesondere aus Rhenium, versehen sind.

2. Elektrisches Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Verbindung jeweils zwischen benachbarten Scheiben und/oder Ringscheiben vakuumdicht ausgebildet ist.

3. Elektrisches Entladungsgefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bereits mit Rhenium überzogene Teile der Kohlekörper eine zusätzliche Metallauflage besonders hoher elektrischer Leitfähigkeit, aus insbesondere Kupfer oder Silber, aufweisen.

4. Entladungsgefäß nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, das als Leistungs-Wanderfeldröhre ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die HF-führende Leitung aus Scheiben pyrolytischer Kohle aufgebaut ist.