DE2244267C3 - Gasundurchlässiger Kohlekörper und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aus mindestens zwei Kohlekörper-Teilen zusammengesetzten, gasundurchlässigen (vakuumdichten) Körper, insbesondere einen Teil der Gefäßwandung bildenden Auffänger, für elektrische Entladungsgefäße hoher Leistung, bei dem sich eine die Dichtungsfläche bildende gasundurchlässige Metallschicht an zusammengefügten, einander zugekehrten Flächen des Kohlekörpers befindet sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Kohle, insbesondere in der Form von Graphitformkörpern, ist ein Material, das höchste Temperaturen aushält, ein hohes Abstrahlungsvermögen besitzt, leicht bearbeitbar, jedoch nicht gasdicht ist.

Zur Erlangung einer ausreichenden Gasdichtigkeit für Vakuumzwecke durch Überziehen mit einem Metall ist z. B. Kupfer ein ganz außerordentlich vielseitig geeigneter Werkstoff. Es ist unmagnetisch, stört somit nirgends magnetische Felder; es ist duktil und verdient deshalb auch eine besondere Beachtung, wenn es um die Erzielung von richtigen Anpassungen geht. Da es jedoch einen relativ niedrigen Schmelzpunkt von 1084⁰C hat, kann es bei ihm besonders störend sein, wenn stark fokussierle Elektronenstrahlen auf einen Überzug aus ihm auftreffen, wenn es einen Körper von nicht sehr hoher Wärmeleitfähigkeit bedeckt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn ein Körper aus Kohle mit der kupferüberzogenen Seite die Innenwand eines Auffängers in /.. B. einer Wanderfeldröhre bildet. Wird jedoch die mit Kupfer überzogene Seite nicht nach innen, sondern nach außen verlegt, so hat man zwar im Innern eine gegen einen plötzlichen und hohen lokalen Temperaturanstieg sehr unempfindliche Fläche, aber an der Außenseite dagegen eine Oberfläche mit einer gegenüber einer unbedeckten Kohlefiäche so stark geminderten Abstrahlung, daß insgesamt nur Bruchteile einer sonst möglichen Gesamtverlustleistung erzielt werden können.

Aus der DT-PS 10 95 729 ist ein bei hohen Temperaturen, bis etwa 1500°C, gegen Gas- und Flüssigkeits-Öurchtritt undurchlässiger aus mehreren Einzel-Graphitteilen zusammengesetzter Graphitkörper bekannt. Jede der einander zugekehrten Oberflächen der zu verbindenden Einzel-Graphitteile ist mit einer gegen Gas- und Fiüssigkeits-Durchtritt undurchlässigen Dichtungsschicht versehen. Als undurchlässige Schichten werden unter anderem hochschmelzende Metalle oder Metal'egierungen verwendet, ohne daß jedoch angegeben ist, wie diese hochschmelzenden Metallschichten wirklich dicht gemacht und im Betrieb dicht erhalten werden. Für die eigentliche mechanische Verbindung dient allein neben diesen undurchlässigen Metallschichten eine Kittschicht.

Aus der DT-OS 16 71 185 ist für die Verbindung von Graphitteilen miteinander ein Hartlot aus einer Nickel-Palladium-Chromlegierung bekannt, die unmittelbar auf die Graphitteile aufgebracht wird und bei der zum Benetzen der Chromanteil dient.

Aus der DT-PS 12 25 023 ist ein Verfahren zum Herstellen von Hartlötverbindungen zwischen zwei Graphitieilen oder auch mit einem Teil aus schwer schmelzbaren Werkstoffen, wie Wolfram, Molybdän, Zirkonium, Hafnium, Tantal, Titan, Niob oder ihren Nitriden. Karbiden oder Boriden bekannt, bei dem wenigstens auf eine Verbindungsfläche der zu verbindenden Teile eine Zwischenschicht aus einer Lotmischung von 50 bis 99 Gewichtsprozent wenigstens eines der vorher genannten schwer schmelzbaren Werkstoffe und 1 bis 50 Gewichtsprozent wenigstens eines der Platinmetalle Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin unter Ausschluß der Eutektika bildenden Zusammensetzungen aufgebracht wird, um dann vereinigt in einem Ofen unter Vakuum oder in kontrollierter Atmosphäre erhitzt verlötet zu werden.

Aus der US-PS 35 91 822 ist eine hochbelastbare Elektrode für elektrische Entladungsgefäße bekannt, deren Hohlkörper in seiner Längsausdehnung aus mehreren Graphitringscheiben besteht, die unter Zwischenfügen von entsprechenden Metallscheiben aus Tantal oder Molybdän mittels Elektronenstrahl miteinander verschweißt sind. Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit ist die Oberfläche mit einem Metallüberzug aus Rhenium oder einem anderen gut elektrisch leitenden Material versehen.

Aus der US-PS 21 54 278 ist eine gasdichte Außen-Hohlanode einer Leistungs-Elektronenröhre aus Graphit bekannt, deren Oberfläche, zumindest ein Teil davon, mit Kupfer, Nickel oder Silber derart bedeckt ist, daß das betreffende Metall im Vakuum aufgedampft oder aufgesputtert ist.

Die angeführten bekannten Anordnungen bzw. die betreflenden Herstellungs-Verfahren haben den Nach-

(,o teil, soweit dabei irgendwelche Metalle, insbesondere Hartlotmetallc, direkt auf die Graphitoberfläche als Schicht aufgebracht werden, daß diese pile — nur Rhenium nicht — bei der Herstellung, aber auch bei thermischer Belastung im Betrieb Karbide bilden und infolgedessen als ursprüngliche Metallschicht allmählich verschwinden. Hinzu kommt, daß diese Schichten nicht wirklich dicht, keinesfalls aber vakuumdicht sind, wenn sie nicht ausdrücklich aufgeschmolzen sind, was aber

bekanntermaßen wegen Benetzungsschwierigkeiten nicht möglich ist. Soweit Rhenium als Zwischenschicht, aber keinesfalls ais dichte Schicht verwendet ist — Rhenium wird durchwegs durch thermische Dissoziation aus irgendwelchen organische·) Rhenium-Verbindüngen abgeschieden —, muß ein zusätzlich als Schicht aufgebrachtes Metall selbst dicht sein, darf aber nicht mit Rhenium legieren. Deshalb können mi ι den beschriebenen bekannten Maßnahmen keinesfalls, insbesondere thermisch hoch belastbare, vakuumdichte Graphit-Körper für z. B. Außen-Anoden, -Auffänger, -Kollektor elektrischer Entladungsgefäße hergestellt werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen Kohlekörper insgesamt derart gasundurchlässig auszubilden, daß das gute Abstrahlungsvermögen und die Unempfindlichkeit gegen hohe lokale thermische Belastungen als gute Eigenschaften erhalten bleiben.

Erreicht wird dies bei einem im ersten Absatz beschriebenen aus mindestens zwei Kohlekörper-Teilen zusammengesetzten gasundurchlässigen Körper, bei dem sich eine die Dichtungsfläche bildende gasundurchlässige Metallschicht an zusammengefügten, einander zugekehrten Flächen des Kohlekörpers befindet nach der Erfindung dadurch, daß die zusammengefügten, einander zugekehrten, mit Rhenium als Schutzschicht bedeckten Flächen des Kohlekörpers mittels eines die gasundurchlässige Metallschicht bildenden Lots aas Cu. Ag, Au oder deren Legierungen miteinander verlötet sind.

Die Herstellung des gasundurchlässigen Körpers erfolgt vorteilhafterweise derart, daß die für die Ausbildung der Dichtungsfläche dienenden Teile des Kohlekörpers zusammengefügt im Vakuum oder im Schutzgas mit einem zwischen diesen angeordneten Lot verlötet werden, gegebenenfalls unter gleichzeitigem Vereinigen (Verbinden) mit dem übrigen elektrischen Entladungsgefäß.

Das zur Herstellung von Kohlekörpern aus mehr als zwei Kohlekörperteilen angewendete Verfahren ist besonders dadurch gekennzeichnet, daß bei Kohlekörpern aus mehreren Teilen an den verschiedenen Lötflächen Lote gleicher oder auch unterschiedlicher Schmelztemperatur verwendet werden.

Der Erfindung soll an Hand des in der Figur rein schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Teile, die nicht unbedingt zum Verständnis der Erfindung beitragen, sind darin unbenannt oder fortgelassen.

In der Figur ist mit 1 ein einseitig geschlossener Kohlezylinder bezeichnet, dessen Innenfläche mit einer Rheniumschicht 3 nach einem reduktiven Abscheidungsverfahren bedeckt ist. In diesem Zylinder ist mit wenig Spiel ein zweiter konzentrischer Kohlezylinder 2 eingefügt, dessen äußere Oberfläche in gleichem Maße mit einer Rheniumschicht 3 bedeckt ist Zwischen den Böden 4 und 5 der beiden Zylinder 1 und 2 ist als Lotvorrat z. B. eine dickere Cu-Scheibe 6 vorgesehen. Nach Ausrichtung bzw. Justierung der beiden Zylinder zueinander und/oder zu einem einen Teil der Gefäßwandung des zugehörigen Entladungsgefäßes bildenden Metallzylinder 7 werden die beiden Kohlezylinder miteinander durch das schmelzende Kupfer infolge der sich ausbildenden Kapillarkräfte und des auf den Innenzylinder 2 ausgeübten Drucks an den einander zugekehrten Berührungsflächen unter Bildung einer gasundurchlässigen Metallschicht 8 im Vakuum oder im Schutzgas miteinander verlötet. Dabei könnte das Lot auch abweichend oder zusätzlich durch sein Eigengewicht von einem höher angeordneten Reservoir her in die Trennfuge einfließen.

Als Lötmetall finden die reinen Metalle Kupfer, Silber, Gold oder deren Legierungen Anwendung. Bei mehrteiligen Körpern können mit besonderem Vorteil an verschiedenen Lötflächen Lote verschiedener Löttemperatur benutzt werden. Auf diese Weise kann man einen Körper z. B. mit kleinem Hohlraum zur Aufnahme des Strahlstromes erstellen, der an seiner inneren Oberfläche eine so hohe Temperatur annehmen kann, daß diese über den Wärmegradienten erst bei der äußeren, z. B. mit Kupfer gelöteten Fläche, der einzigen unbedingt zuverlässig dicht bleibenden Fläche, auf unter 1084° abgefallen sein muß.

Die beschriebene Maßnahme ist nicht auf zylindrische Kohlekörper beschränkt, sondern kann auch bei manchen anders gestalteten Körpern Anwendung finden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Aus mindestens zwei Kohlekörper-Teilen zusammengesetzter gasundurchlässiger (vakuumdichter) Körper, insbesondere ein Teil der Gefäßwandung bildender Auffänger für elektrische Entladungsgefäße hoher Leistung, bei dem sich eine die Dichtungsfläche bildende gasundurchlässige Metallschicht an zusammengefügten, einander zugekehrten Flächen des Kohlekörpers befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengefügten, einander zugekehrten, mit Rhenium als Schutzschicht bedeckten Flächen des Kohlekörpers mittels eines die gasundurchlässige Metallschicht bildenden Lots aus Cu, Ag, Au oder deren Legierungen miteinander verlötet sind.

2. Verfahren zum Herstellen eines gasundurchlässigen Kohlekörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Ausbildung der Dichtungsfläche dienenden Teile des Kohlekörpers zusammengefügt im Vakuum oder im Schutzgas mit einem zwischen diesen angeordneten Lot verlötet werden, gegebenenfalls unter gleichzeitigem Vereinigen (Verbinden) mit dem übrigen elektrischen Entladungsgefäß.

3. Verfahren zum Herstellen eines gasundurchlässigen Kohlekörpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kohlekörpern aus mehreren Teilen an den verschiedenen Lötflächen Lote gleicher oder auch unterschiedlicher Schmelztemperaturen verwendet werden.