DE2039884B2 - Auslaugverfahren zur herstellung eines aus einem alkaliborosilikatglas bestehenden koerpers fuer eine sekundaeremissionselektrode - Google Patents
Auslaugverfahren zur herstellung eines aus einem alkaliborosilikatglas bestehenden koerpers fuer eine sekundaeremissionselektrodeInfo
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Description
a) ein aus einem Kern und einem Mantel bestehender Glasstab wird erhitzt und ausgezogen;
b) die auf diese Weise erhaltenen Glasfasern werden zu einem Bündel vereinigt;
c) das Bündel wird erneut ausgezogen;
d) die dabei erhaltenen Glasfasern werden wieder gebündelt und zusammengeschmolzen;
e) mit Hilfe eines Ätzmittels werden die Glaskerne herausgelöst,
wobei für den Kern ein Glas ausgewählt wird, dessen Zusammensetzung in Gew.-% in einem der folgenden
Bereiche liegt:
1. SiO2 5-42
B2Oj 20-75
K2O+ Na2O 19,5-43
11. SiO2
B2O3
K2O+ Na2O
B2O3
K2O+ Na2O
5-25
55-80
10-19,5
55-80
10-19,5
und wobei für den Mantel ein Glas ausgewählt wird, dessen Viskosität höher liegt als die des Kernglases
und welches entweder nach chemischer Reduktion in sich elektrische Oberflächenleitung aufweist oder
welches auf der Innenseite des Mantels mit einer Schicht aus einem Material überzogen wird, das an
sich oder nach chemischer Reduktion eine Oberflächenleitung hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Kernglas durchgeführt
wird, dessen Zusammensetzung in Gew.-% in dem folgenden Bereich liegt:
SiO2 22-40
B2O3 25-42
K2O+ Na2O 22-43
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Auslaugen von Alkaliborosilikatglas, das sich besonders
zur Herstellung von Sekundäremissionselektroden eignet.
Eine Sekundäremissionselektrode besteht aus einem Körper mit zwei parallelen Begrenzungsflächen, der mit
einer Anzahl gegebenenfalls zu den erwähnten Begrenzungsfiächcn
senkrechter und an beiden F.nden offener Kanäle versehen ist. Die Begrenzungsflächen sind beide
mit einer elektrisch leitenden Schicht überzogen, und zwischen ihnen wird eine Potentialdifferenz erzeugt.
Unter dem Einfluß des auf diese Weise erhaltenen
elektrischen Feldes bewegen sich Elektronen durch die erwähnten Kanäle von einer Seite der Elektrode zur
anderen.
Die Sekundäremissionsverstärkung wird in den Kanälen auf folgende Weise erhalten. Verhältnismäßig
wenig Elektronen durchlaufen die Kanäle von einer Seite zur anderen, ohne daß sie die Wand treffen. Die
übrigen weisen außer einer vorwärts gerichteten auch eine seitlich gerichtete Geschwindigkeitskomponente
auf, die bewirkt, daß sie beim Durchlaufen des Kanals einmal oder mehrere Male die Wand treffen. Bei der
vorliegenden Elektrode bestehen die W:\nde der erwähnten Kanäle aus einem Werkstoff, der die
Eigenschaft besitzt, daß er sekundär emittierend ist, so daß durchschnittlich bei jedem. Aufprall mehr als ein
Elektron frei wird. Auf diese Weise wird die Anzahl der die Elektrode verlassenden Elektronen in bezug auf die
Anzahl auf die Elektrode auffallender Elektronen beträchtlich vergrößert.
Zum Aufrechterhalten einer gleichmäßigen Spannungsverteilung längs der Elektronenbahnen ist es
erforderlich, daß eine genügende Anzahl Elektronen aus der Spannungsquelle zugeführt werden, um die abgeführten
Sekundärelektronen zu ersetzen. Der spezifische Widerstand des Materials soll aber nicht derart
niedrig sein, daß eine merkliche Temperaturerhöhung auftritt.
Für das Material des Körpers kann Glas gewählt werden, dessen spezifischer Widerstand bei Zimmertemperatur
zwischen 109 und 10Ι2Ω · cm liegt. Auch
können die Wände der Kanäle mit einer dünnen Materialschicht mit einem geeigneten Oberflächenwiderstand
überzogen werden, wobei das Material bei der durch den üblichen Spannungsunterschied herbeigeführten
Elektronengeschwindigkeit einen Sekundäremissionsfaktor von mehr als 1 hat.
Es sind einige Verfahren zur Herstellung eines Glaskörpers für eine derartige Sekundäremissionselektrode
bekannt, wobei diese Elektrode z. B. einen Durchmesser von 3-10 cm und eine Dicke von
1-2,5 mm sowie eine Anzahl von 105 pro cm2 öffnungen mit einem mittleren Querschnitt von etwa
20 μπι pro öffnung aufweist.
Es wird von einem Glasrohr ausgegangen, das unter Erhitzung ausgezogen wird. Die erhaltenen Rohre
werden zu einem Bünde! vereinigt, und das Ganze wird aufs neue ausgezogen, gebündelt, in einer Lehre
zusammengefügt und erhitzt, bis das Wandmaterial der Rohre durch Zusammenfließen die Rohre miteinander
verbindet und die Zwischenräume ausfüllt.
Da es sich schwer vermeiden läßt, daß beim Ausziehen und Zusammenschmelzen die Kanäle beschädigt,
deformiert oder verstopft werden, ist ein Verfahren vorzuziehen, nach dem ein Kern in den
Rohren vorhanden ist. Diese Technik weist außerdem den Vorteil auf, daß das Bündel unter hohem Druck
erhitzt werden kann, wodurch sich die Rohre besser zusammenschmelzen lassen. Diese Kerne werden nach
Fertigung des Glaskörpers der Sekundäremissionselektrode aus den Kanälen entfernt.
Aus der USA.-Patentschrift 32 75 428 ist eine Technik
bekannt, nach der eine durch chemisches Ätzen entfernbare Glasart als Kernmaterial verwendet wird,
während das Mantelglas aus einer gegen die angewandten Ätzmittel beständigen Glasart besteht. Ais geeignete
Kerngläser werden Flintgläser, insbesondere Bariumflintgläser, empfohlen. Flintgläser sind optische Silikatgläser,
die eine beträchtliche Menge Bleioxyd und
manchmal auch Bariumoxyd enthalten. Die empföhlenen Glasarten, die in Form eines Kernes in jeder Faser
des gefertigten Glaskörpers vorhanden sind, werden in einer wäßrigen Lösung mit 10% Flußsäure und 20%
Salpetersäure entfernt. Dieser Vorgang beansprucht verhältnismäßig viel Zeit, während sich außerdem das
Glas nicht immer vollständig löst. Kieselsäure bildet sich als ein gallertartiges Produkt, das die weitere Lösung
erschwert.
Aus der US-PS 21 06 744 ist ein Auslaugverfahren für ein Glas der Zusammensetzung R2O-B2Oj-SiO2
bekannt, gemäß welchem eine nach einem Erhitzungsprozeß gebildete bor- und alkalioxidreiche Phase dieses
Glases ausgewaschen wird und eine verbleibende unlösliche, siliciumoxidreiche Phase das Material für
z. B. poröse Werkstücke, wie semipermeable Membra- SiO2
nen, bildet. B2O3
Ein Nachteil dieses Prozesses ist, daß die herausgelö- K2O + Na2O
ste Phase in ihrer Zusammensetzung nicht definierbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Glas zu schaffen, das sich gut zur Herstellung einer Sekundäremissionselektrode
eignet, weil es mit akzeptabler Geschwindigkeit rückstandslos gelöst wird. Als Kriterium
wurde eine Lösungsgeschwindigkeit in 2 n-HCl bei Zimmertemperatur von mindestens 40 Gew.-% pro
Stunde gewählt.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß zur Herstellung eines für eine Sekundäremissionselektrode
geeigneten Glaskörpers folgende, an sich bekannte Verfahrensschritte durchgeführt werdem:
a) ein aus einem Kern und einem Mantel bestehender Glasstab wird erhitzt und ausgezogen;
b) die auf diese Weise erhaltenen Glasfasern werden zu einem Bündel vereinigt;
c) das Bündel wird erneut ausgezogen;
d) die dabei erhaltenen Glasfasern werden wieder gebündelt und zusammengeschmolzen;
e) mit Hilfe eines Ätzmittels werden die Glaskerne herausgelöst,
wobei für den Kern ein Glas ausgewählt wird, dessen Zusammensetzung in Gew.-% in einem der folgenden
Bereiche liegt:
I. SiO2 5-42
B2O3 20-75
K2O+ Na2O 19,5-43
SiO2 5-25
B2O1 55-80
K2O+ Na2O 10-19,5
und wobei für den Mantel ein Glas ausgewählt wird, dessen Viskosität höher liegt als die des Kernglases und
welches entweder nach chemischer Reduktion in sich elektrische Oberflächenleitung aufweist oder welches
auf der Innenseite des Mantels mit einer Schicht aus einem Material überzogen wird, das an sich oder nach
chemischer Reduktion eine Oberflächenleitung hat.
Vorzugsweise wird das Auslaugverfahren mit einem Kernglas durchgeführt, dessen Zusammensetzung in
Gew.-% in dem folgenden Bereich liegt:
22-40
25-42
22-43
25-42
22-43
Die aufgrund ihrer viskosen Eigenschaften in Vereinigung mit den erfindungsgemäßen Kerngläsern
anwendbaren Mantelgläser sind zunächst ein aus der GB-PS 9 54 248 bekanntes blei-wismut-haltiges Glas
und ferner die in der niederländischen Patentanmeldung 68 16 004 beschriebenen Gläser, deren Zusammensetzung
in Gew.-% innerhalb des folgenden Bereiches liegt:
S1O2 | 30-70 | PbO | 6-30 |
A12O3 | 0,5-10 | B12O3 | 2-45 |
B2O3 | < 5 | CaO+ SrO | <8 |
Na2O | < 6 | MgO | 0,5-5 |
K2O | <10 | Sb2O3 | <2 |
Die beiden Glasarten erhalten den für die vorliegende Anwendung erforderlichen Leitfähigkeitspegel an der
Innenoberfläche der Kanäle durch Reduktion nach Fertigung des Glaskörpers und nachdem die Kerne
entfernt worden sind. Das erstere Glas kann nur in Vereinigung mit einem Substratglas verwendet werden,
aber das letztere kann selbständig als Mantelglas Anwendung finden.
Beispielsweise wird nachstehend die Herstellung eines Glaskörpers für eine Sekundäremissionselektrode
beschrieben.
Zunächst wira ein Rohr mit einem Innendurchmesser
von 15 mm, einem Außendurchmesser von 21 mm und einer Länge von 250 mm hergestellt, das aus Glas mit
einer der nachstehenden Zusammensetzungen in Gew.-% besteht:
Nr. Zusammensetzung in Gew.-0A
SiOs AbOi Na2O
KjO
BijOj
MgO
Sb:Oi
a | 44,8 | 1,2 | 2,7 | 4,6 | 25,2 | 19,5 | 1,7 | 0,3 |
b | 45,1 | 1,2 | 2,1 | 3,6 | 25,3 | 19,7 | 2,5 | 0,3 |
C | 44,5 | 1.1 | 2,1 | 3,7 | 6,5 | 39,1 | 2.4 | 0,6 |
d | 45,7 | 1,1 | 0,4 | 0,6 | 6,6 | 40.1 | 4,9 | 0,b |
e | 38,3 | 1,1 | 3,8 | 6,8 | 6.5 | 38,9 | 4.0 | 0.6 |
Das Rohr wird im inneren zu einem Durchmesser von 15,2±0,1 mm kalibriert. Darin wird ein geschliffener
Zylinder der gleichen Länge und mit einem Außendurchmesser von 15,0 ±0,1 mm eingebracht, der aus
Glas mit einer der Zusammensetzungen aus Tabelle II besteht. In dieser Tabelle bezeichnet m den Gewichts-(15
verlust in Gew.-% pro Stunde beim Ätzen in 2 n-HCl bei Zimmertemperatur und Erw.-Temp. die Erweichungstemperatur
des Glases, d. h. die Temperatur, bei der die Viskosität 107·6 Poises beträgt.
Nr.
2
3
3
10
11
12
13
14
15
16
17
18
. u s; 111111! e 11 s (.-1 y 1111 )j in Ch-w.-"/ii iv
SiO.·
8,5 8,2 7,8 37,9 39,2 21,3 32,9 24,3 23.5 32,3 34,1 29,0 38,0 30,2
39,8 30,5 30,8 39,6
Na.'ü K.>()
78,3 66,2 50,6 22,0 40,3 60,1 28,5 37,6 51,5 42,4 40,5
38,4 30,2 45,8 25,7 35,4 40,7 20,4
31,8 24,0 13,7 13,6 11.3
15.9 13,2
25,6
41,6
40,1
20.5
18,7
38,6
38,1
25,0
25,3
25,4
32,5
25,6
41,6
40,1
20.5
18,7
38,6
38,1
25,0
25,3
25,4
32,5
Er*.-
pro
Sitl.)
65 64 68 41 61 56 99 77 58 58 82 70 81 45 80 66 65 38
489
517 620 620 527 603 584 576 613 629 616
556 567
In der Tabelle III werden noch einige außerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches liegende Zusammensetzungen
gegeben, deren Eigenschaften, wie sich herausstellt, den gestellten Anforderungen nicht entsprechen.
Tabelle | III | B:Oi | Na?O K2O | in | Eirw.- Tcnip |
Nr. | (Gew.-% | ro | |||
61,6 | - 12,3 | pro Sld.) | |||
Zusammensetzung in Ge\v.-% | 50,0 | - 18,9 | 24 | 496 | |
19 | SiOi | 24,5 | 33,2 | 22 | 582 |
20 | 33,0 | - 10,1 | 32 | 647 | |
21 | 26,1 | 15,7 | - 21,2 | 4 | 656 |
22 | 31,1 | 0 | |||
23 | 42,3 | ||||
56,9 | |||||
63,1 |
Die auf diese Weise erhaltene Kombination wird bei einer Temperatur von etwa 68O0C zunächst zu Fasern
mit einem Durchmesser von etwa 500 μΐη ausgezogen.
Diese Fasern werden zu einem Durchmesser von etwa mm gebündelt, und diese Bündel werden aufs neue zu
etwa 500 μίτι ausgezogen, so daß die ursprüngliche
Faser einen Kerndurchmesser von 15 μηι erhält. Die
erhaltenen zusammengesetzten Fasern werden in so Stücke mit einer Länge von 100 mm geschnitten und in
dichter Packung in einer Ampulle mit einem Innendurchmesser von 30 mm aus einem Blei-Wismut-Glas
mit einer der Zusammensetzungen der Tabelle I gebündelt. Die gefüllte Ampulle wird während einer ss
Stunde auf 410°C erhitzt, während 2 Stunden auf 4100C bei einem Druck von 10~4 mm Quecksilbersäule
gepumpt und dann während 45 Minuten bei einem isostatischen Druck von 150 Atm. und einer Temperatur
von etwa 585°C in einem Ofen erhitzt.
Von dem erhaltenen Produkt werden Plättchen gesägt, die zu einer Dicke von 1 mm geschliffen und
poliert werden, wobei zugleich das Ampullenglas weggeschliffen wird.
Diese Plättchen werden 4 Stunden lang in 2 n-HCl auf
70° C erhitzt und dann gründlich gespült und getrocknet. Anschließend werden sie während 30 Minuten in
Wasserstoffgas bei 330°C erhitzt.
Schließlich wird die Platte mit Überzügen versehen, wonach sie als Sekundäremissionsslektrode z. B. in
einen Bildverstärker eingebaut werden kann.
Claims (1)
1. Verfahren zum Auslaugen von Alkaliborosilikatgias,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines für eine Sekundäremissionselektrode
geeigneten Glaskörpers folgende an sich bekannten Verfahrensschritte durchgeführt werden:
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