DE2623828C2

DE2623828C2 -

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Publication number: DE2623828C2
Application number: DE2623828A
Authority: DE
Inventors: Johannes Wilhelmus Antonius Valkenswaard Nl Krol; Bernhard Dipl.-Phys. Dr. 5100 Aachen De Lersmacher; Hans Dipl.-Ing. Dr. 5190 Stolberg De Lydtin; Horst Dipl.-Phys. 2000 Hamburg De Seifert
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1976-05-28
Filing date: 1976-05-28
Publication date: 1987-06-04
Also published as: US4137477A; NL7705669A; FR2353131A1; CA1081313A; JPS52146546A; DE2623828A1; FR2353131B1; JPS6013261B2; GB1576448A

Description

Die Erfindung betrifft eine gitterförmige Elektrode aus festem Kohlenstoff für Elektronenröhren. Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zu deren Herstellung.

Die gitterförmige Elektrode kann die Form einer dünnen ebenen oder gekrümmten Scheibe, eines Zylinders oder einer Kugelkalotte aufweisen oder in sonstiger Weise der Geometrie des Aufbaus der Elektronenröhre angepaßt sein.

Derartige gitterförmige Elektroden (im folgenden der Einfachheit halber Gitterelektroden genannt) aus festem Kohlenstoff weisen gegenüber Gitterelektroden aus anderen Materialien, z. B. aus Metallen, eine Reihe von Vorteilen auf. Einige dieser Vorteile sind: Geringe thermische und Sekundär-Elektronenemission, sehr hohe Festigkeit gegen thermischen Schock, relativ gute thermische und elektrische Leitfähigkeit, hohe Schmelztemperatur, hohe Sublimationstemperatur (Kohlenstoffdampfdruck bei 2500 k etwa 10^-1 Pa, bei 2000 K etwa 10^-5 Pa) und damit hohe zulässige Betriebstemperaturen sowie zunehmende mechanische Festigkeit bei höheren Temperaturen.

Es ist bekannt, als Material für die Gitterelektrode von Elektronenröhren Elektrographit zu verwenden (DE-OS 23 58 583). Die Anfertigung derartiger Elekroden wird jedoch dadurch erschwert, daß es sich bei Elektrographit um ein körniges, wenig bruchfestes, mehr oder weniger poröses Material mit keramischem Habitus handelt. Trotz im allgemeinen sehr guter Bearbeitbarkeit lassen sich sehr dünndwandige Teile und Teile mit geringen Querabmessungen nicht oder nur sehr schwer herstellen. Unter den Begriffen "sehr dünnwandig" und "geringe Querabmessung" sind in diesem Zusammenhang lineare Abmessungen zu verstehen, die teilweise erheblich kleiner als 1 mm sind. So werden z. B. für bestimmte Gitterelektrodentypen für den UHF-Bereich Gitterstege verlangt, die Querschnitte von 100²µm² oder weniger bei Längen von 1 cm und mehr aufweisen. Solche Dimensionen sind auch bei Verwendung von feinkörnigem Elektrographit praktisch nicht realisierbar. Außerdem besteht bei Elektrographit die Gefahr, daß bereits bei geringfügiger Verformung, etwa durch thermisch bedingte Dilatationen und Kontraktionen, kleine Teilchen abbröckeln, die zu Störungen beim Betrieb der Röhre führen.

Aus der DE-PS 11 94 988 ist eine Gitterelektrode bekannt, die in ihrer Gesamtheit aus einer Löcher, Schlitze oder ähnliche Aussparungen aufweisenden Folie aus pyrolytischem Graphit besteht. Pyrolytischer Graphit wird durch Stoffabscheidung aus einer thermisch zersetzbaren Gasphase hergestellt. Durch Einstellung der Prozeßparameter Druck und Temperatur kann eine hohe Vorzugsorientierung im abgeschiedenen Kohlenstoff erzielt werden, so daß sich die Eigenschaften der so erzeugten Schicht weitgehend denjenigen des Graphiteinkristalls nähern. Ein wesentliches Merkmal der Schichten aus pyrolytischem Graphit ist eine ausgeprägte Anisotropie der physikalischen Eigenschaften, wobei die Anisotropie der elektrischen und der thermischen Leitfähigkeit für die Verwendung bei Gitterelektroden besonders günstig ist. Ein Nachteil der Stoffabscheidung aus thermisch zersetzbaren Gasphasen besteht darin, daß hohe Genauigkeitsanforderungen bezüglich Abmessungen und Wandstärken sowie kleine Maßtoleranzen, insbesondere bei der Anfertigung von Formkörpern mit komplexer Geometrie, nur sehr schwer erfüllt werden können. So werden beispielsweise für Körper, aus denen Gitterelektroden angefertigt werden sollen, bei einer Gesamtlänge bis 100 mm und Durchmessern von etwa 10 bis 50 mm Wandstärken von 150 µm mit einer Wandstärkentoleranz von ±10 µm gefordert. Derart hohe Genauigkeitsanforderungen können ein sehr ungünstiges Verhältnis von Aufwand (Kosten) zu Wirkungsgrad (Stückzahl pro Charge, Qualität) verursachen.

Es ist ferner eine Gitterelektrode bekannt, deren Gitterstege aus Kohlenstoffäden bestehen, die vollständig mit pyrolytischem Graphit überzogen sind (DE-OS 23 58 583). Diese Gitterelektrode weist zwar den Vorteil auf, daß die Abmessungen der Gitterstäbe nicht wie im Falle mechanisch bearbeiteter Graphit-Hohlzylinder durch Werkzeugauslegung und/oder Graphitqualität begrenzt sind. Bei dem Aufbau des Fadengitters werden jedoch Fäden verwendet, die durch Karbonisation von Cellulose, Polyacrylnitril oder Kunstseide hergestellt worden sind. Derartige Kohlenstoffäden sind im allgemeinen polykristallin, auch wenn sie röntgenamorph erscheinen, haben also Korngrenzen. Dies wirkt sich sowohl auf ihre thermische und elektrische Leitfähigkeit als auch auf ihre mechanische Festigkeit ungünstig aus. Insbesondere ist es eine sehr geringe Steifheit, die die Verarbeitung von polykristallinen Kohlenstoffäden zu Gitterstrukturen beeinträchtigt. Deshalb ist es erforderlich, die Kohlenstoffäden mit einem dicken Überzug aus pyrolytischem Graphit zu versehen, der eine ausreichende Festigkeit ergibt, damit aus den überzogenen Kohlenstoffäden ein Gitter hergestellt werden kann.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine gitterförmige Elektrode zu schaffen, die gute mechanische und elektrische Eigenschaften aufweist und die zugleich auf einfache Weise mit hoher Maßgenauigkeit herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine gitterförmige Elektrode der eingangs genannten Art gelöst, bei der zumindest die das eigentliche Gitter bildenden Gitterstege der Elektrode aus glasartigem Kohlenstoff bestehen.

Glasartiger Kohlenstoff ist an sich bekannt, z. B. aus der Zeitschrift "Chem.-Ing.-Techn.", Bd. 42 (1970), Seiten 659 bis 669. Es handelt sich dabei um eine parakristalline Substanz geringer Dichte (etwa 1,5 g/cm³), die aus einer Reihe von organischen Hochpolymeren durch Festkörperpyrolyse hergestellt werden kann. Die wesentlichen Kennzeichen von glasartigem Kohlenstoff sind seine strukturbedingten physikalischen Eigenschaften, wobei die Art des Ausgangsmaterials praktisch keine Rolle mehr spielt. Dies bedeutet, daß zwar je nach Ausgangssubstanz eine unterschiedliche Prozeßführung bei der Transformation "hochpolymere Substanz → glasartige Kohle" gewählt werden muß, jedoch eine nachträgliche Bestimmung des Ausgangsmaterials an den Eigenschaften des Endprodukts mit physikalischen und chemischen Methoden praktisch nicht mehr möglich ist. Glasartiger Kohlenstoff mit praktisch identischen Eigenschaften kann deshalb aus so unterschiedlichen Ausgangspolymeren wie etwa Polyvinylidenchlorid, Phenol- oder Kresol-Resolen und -Novolaken, Polyimiden, regenerierter Cellulose, polymerisiertem Furfurylalkohol und Teerpech hergestellt werden (Eignungskriterien sind weiter unten beschrieben).

Der Vorteil von Gitterelektroden aus glasartigem Kohlenstoff im Vergleich mit solchen aus anderen Feststoffen läßt sich wie folgt beschreiben: Glasartiger Kohlenstoff ist reiner, elementarer Kohlenstoff, der sich hinsichtlich seines atomaren Bindungscharakters letztlich auf die graphitische Modifikation zurückführen läßt. Dies bedeutet, daß seine thermischen, elektrischen bzw. elektronischen Eigenschaften mit denen des Graphits vergleichbar sind. Maßgeblich jedoch ist seine im Vergleich mit allen anderen graphitartigen Festkohlenstoffen außergewöhnlich hohe mechanische Festigkeit. Besonders bemerkenswert sind dabei seine große Härte und Abriebfestigkeit. Glasartiger Kohlenstoff kann aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften gut zu mehr oder weniger komplizierten Formen, wie es Gitterelektroden im allgemeinen sind, mit hinreichender Stabilität und ausgezeichneter Oberflächengüte verarbeitet werden.

Kriterium für die Eignung eines organischen Hochpolymeren als Ausgangssubstanz für die Herstellung von glasartigem Kohlenstoff ist, daß die bei Wärmezufuhr auftretende pyrolytische Zersetzung bei einer Temperatur einsetzt, die unterhalb der Erweichungs- oder Schmelztemperatur sowie unterhalb der Temperatur der Sublimation oder Depolymerisation liegt. Diese Bedingung wird im allgemeinen von irreversibel aushärtenden Kunststoffen, d. h. von Duroplasten, erfüllt. Duroplaste schließen sich bei der Polykondensation, der Polyaddition bzw. der Polymerisation über Hauptvalenzen zu räumlich vernetzten Makromolekülen zusammen. Eine besonders charakteristische Gruppe von irreversibel aushärtenden Polykondensaten sind die Phenol- und Kresol-Resole und -Novolake. Sie sind für die Herstellung von glasartigem Kohlenstoff besonders gut geeignet.

Nicht geeignet sind nach dem obengenannten Kriterium die Thermoplaste (Polyamide, Polyäthylene, Polyvinylchlorid usw.), die im allgemeinen vor Beginn der thermischen Zersetzung schmelzen und/oder depolymerisieren. Jedoch kann man durch chemische und physikalische Maßnahmen, wie z. B. oxidative Vernetzung oder Überziehen mit einer nichtschmelzenden oder nichtdepolymerisierenden Umhüllung, auch diese Substanzen intermediär in Duroplaste überführen und damit der pyrolytischen Umwandlung zu glasartigem Kohlenstoff zugänglich machen (siehe z. B. Philips techn. Tÿdschr. 36 (1976) Nr. 4, Seiten 109 bis 119; hier wird ein Verfahren der intermediären Stabilisierung von thermoplastischem Schaumstoff beschrieben).

Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen der gitterförmigen Elektroden nach der Erfindung, und zwar kann man nach der Weiterbildung der Erfindung auf zweierlei Weise vorgehen: Entweder man formt einen Körper aus gehärtetem Kunstharz so, daß er die Form der gewünschten Elektrode aufweist, und karbonisiert ihn anschließend. Das Bearbeiten des Formkörpers aus gehärtetem Kunstharz erfolgt dabei z. B. durch Fräsen, Bohren und/oder Drehen. Oder man karbonisiert zunächst einen roh vorgeformten oder nicht roh vorgeformten Körper aus gehärtetem Kunstharz und bearbeitet anschließend den so erhaltenen Körper aus glasartigem Kohlenstoff zur gewünschten Elektrode weiter. In diesem Falle erfolgt die Weiterverarbeitung z. B. durch Schleifen, Laser- bzw. Elektronenstrahlschneiden und/oder Funkenerosion. Das Schneiden mittels Laserstrahlen wird dabei bevorzugt.

Diese beiden Verfahrensweisen haben jeweils folgende Vorteile, die von Fall zu Fall gegeneinander abzuwägen sind: Bei der ersten Verfahrensweise hat man den wesentlichen Vorteil der leichten Bearbeitbarkeit des polymeren Ausgangsmaterials. Nachteilig ist die durch Schrumpfung bedingte "Toleranz-Unsicherheit". Man wird diese Verfahrensweise nur in solchen Fällen anwenden können, bei denen große Toleranzen (etwa 1,0 mm und mehr) zulässig sind, also etwa bei grobmaschigen Triodengittern großer Dimensionen. Im Normalfalle wird sich eine Nachbearbeitung (Feinbearbeitung) des karbonisierten Gitters nicht vermeiden lassen. Dies gilt also besonders bei feinmaschigen Gittern mit engen Maßtoleranzen (kleiner als etwa 1 bis 1,0 mm), insbesondere bei Elektronenröhren mit mehreren Gitterelektroden (Tetroden, Pentoden) mit hohen Präzisionsforderungen hinsichtlich der Gitterstegabstände (1,0 bis 0,1 mm bei UHF-Leistungsröhren).

Bei der zweiten Verfahrensweise, bei der ein Körper aus glasartigem Kohlenstoff zur gewünschten Elektrode weiterbearbeitet wird, kann es zweckmäßig sein, die Gitterelektrode anschließend einer Glühbehandlung bei 700 bis 1200°C in einer reaktiven Atmosphäre zu unterziehen. Eine solche Glühbehandlung ist in der früheren Patentanmeldung P 26 13 170.4 für das Herstellen von Gitterelektroden aus pyrolytischem Graphit vorgeschlagen worden.

Als Ausgangsmaterialien für das Verfahren nach der Weiterbildung der Erfindung dienen vorzugsweise vorkondensiertes festes Phenol-Resol in Pulverform oder flüssiges Phenol-Resol oder Mischungen von vorkondensiertem Furfurylalkohol mit Phenol-Resolen. Eine weitere zweckmäßige Ausführungsform des Herstellungsverfahrens besteht darin, einen gitterförmigen Hohlkörper durch netzartiges Aufwickeln oder ein ebenes Gitter durch netzartiges Verflechten von Phenolharzdrähten herzustellen und anschließend zu karbonisieren. Äußerst zweckmäßig ist es, einen Gitterkörper durch Tiefziehen von Folien aus polymerem Material vorzuformen. Besonders geeignet sind hierfür Phenolharzplättchen und -folien und Polyimidfolien.

Bei der Dimensionierung der Formen für die Körper aus gehärtetem Kunstharz, die zu Gitterelektroden weiterbearbeitet werden sollen, muß die bei der Karbonisation auftretende Schrumpfung in Rechnung gestellt werden. Diese Schrumpfung kann 20% bis 30% linear der Abmessungen des Ausgangskörpers betragen.

Die Karbonisation wird nach bekannten Verfahren durchgeführt, die sich zusammengefaßt wie folgt umschreiben lassen: Der vorgeformte Gitterkörper aus gehärtetem Kunstharz wird in einer inerten Gasatmosphäre (Stickstoff, Argon) oder im Vakuum in einem ein- oder mehrstufigen Prozeß einer Wärmebehandlung bis mindestens 1000°C, vorzugsweise aber 1600°C, oder in besonderen Fällen bis 2500°C (3000°C), unterzogen. Die Beheizung sollte dabei so erfolgen, daß alle Teile des zu karbonisierenden Körpers sich stets auf gleicher Temperatur befinden. Dadurch werden Temperaturgradienten im Material und die damit verbundenen Störungen (z. B. mechanische Spannungen) vermieden. Bei diesem isothermen Aufheizverfahren wird die Aufheizgeschwindigkeit dadurch mitbestimmt, daß dünnwandige Teile schneller in den "isothermen Zustand" gelangen als dickwandige. Der wesentliche geschwindigkeitsbestimmende Vorgang ist jedoch folgender: Mit zunehmender Temperatur beginnt sich das Ausgangsmaterial zu zersetzen (Pyrolyse). Die entstehenden atomaren und molekularen Zersetzungsprodukte müssen den Körper über Festkörperdiffusion verlassen. Es darf nicht zu lokalen Agglomerationen von Zersetzungsprodukten im Körper kommen, die im Falle einer Überschreitung eines gewissen Dampfdrucks den Körper zersprengen würden. Die Aufheizbedingungen sind dadurch vorgegeben, daß die erstgenannte "Temperaturdiffusion" zur Einstellung isothermer Verhältnisse sehr viel schneller erfolgt als das "Ausdiffundieren" der flüchtigen Zersetzungsprodukte. Es ist also immer (Dimension cm²/s; g = Koeffizient der Wärmeleitung; ρ = spezifisches Gewicht; c = spezifische Wärme; D = Diffusionskoeffizient). Für die Praxis der Herstellung von glasartigem Kohlenstoff bedeutet dies, daß für Wandstärken bis zu 0,2 mm die Transformation "Polymer→Kohlenstoff" mit Aufheizgeschwindigkeiten um 100°C/h erfolgen kann, während mit jeder Verdopplung der Wandstärke (kürzeste Diffusionslänge) sich die Aufheizgeschwindigkeit um 1/4 verlangsamt (für eine Wandstärke von 1 mm gilt eine Aufheizgeschwindigkeit von etwa 4°C/h entsprechend 250 h für eine Temperaturgrenze von 1000°C). Danach kann die Aufheizung schneller erfolgen, da die pyrolytische Zersetzung praktisch beendet ist. Im Mehrstufenprozeß, der im Rahmen der Beispiele noch näher erläutert ist, werden bei diese weiteren Aufheizung Temperaturen bis 2000°C und mehr erreicht.

Gitterelektroden aus glasartigem Kohlenstoff haben gegenüber solchen aus Graphit und besonders auch pyrolytischem Graphit eine geringere Leitfähigkeit für elektrischen Strom und Wärme. Diese Nachteile können in vielen Fällen durch entsprechende Dimensionierung der Wanddicke ganz oder teilweise kompensiert werden. Es ist ferner möglich, die Leitfähigkeiten durch Inkorporation einer zweiten, dispersen Phase - etwa aus Metallpartikeln oder aus Graphitfäden - in gewissen Grenzen zu variieren.

Die Leitfähigkeiten können vorzugsweise auch durch Aufbringen einer dünnen Schicht (etwa 1 bis 10 µm dick) von hochorientiertem pyrolytischem Graphit wegen der Eindringtiefe im UHF-Bereich (größer als oder gleich etwa 1000 MHz) positiv beeinflußt werden ("skin"-Effekt). In diesem Falle dient das vorgeformte Gitter aus glasartigem Kohlenstoff als Substrat für die Abscheidung von pyrolytischem Graphit und ist von letzterem allseitig umhüllt (Verbundelektrode).

Gitterelektroden aus glasartigem Kohlenstoff stellen eine Ergänzung in der Skala der Elektroden aus Festkohlenstoff dar. Ihre Vorzüge sind die Vielfalt der möglichen Ausgangsmaterialien, deren einfache Formbarkeit und Bearbeitbarkeit, die Möglichkeit der Herstellung von Gitterelektroden hoher Präzision bei sehr engen Toleranzen, sehr guten mechanischen Festigkeiten und außergewöhnlich guten Oberflächen.

Die Gitterelektrode nach der Erfindung und das Verfahren zu ihrer Herstellung werden anhand der Zeichnung und einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Körper, aus dem eine Gitterelektrode angefertigt werden soll,

Fig. 2 eine Perspektive eines Körpers, aus dem eine Gitterelektrode angefertigt werden soll (vgl. Beispiel 3), und

Fig. 3 eine Drahtgitterelektrode aus glasartigem Kohlenstoff (vgl. Beispiel 4).

Fig. 1 veranschaulicht die hohe Genauigkeit, die bei der Herstellung von Gitterelektroden gefordert wird. So wird beispielsweise für einen Körper 1, aus dem eine Gitterelektrode angefertigt werden soll, bei einer Gesamtlänge l von etwa 50 mm und Durchmessern a und b von etwa 30 mm und 40 mm eine Wandstärke d von 150 µm mit einer Wandstärkentoleranz von ±10 µm gefordert.

Die in den nachfolgenden Beispielen erwähnten Karbonisationen wurden in einem zwei- oder dreistufigen Prozeß durchgeführt, und zwar

1. die eigentliche Pyrolyse, also die Transformation "Polymer→Kohlenstoff" in inerter Atmosphäre bis etwa 800°C (in manchen Fällen bis 1000°C);
2. die Nachbehandlung im Vakuum bis 1600°C zwecks Entfernung von Restverunreinigungen und besonders auch von Wasserstoff;
3. bei besonderer Reinheitsforderung ein zweiter Nachbehandlungsschritt im Vakuum (0,133 Pa und kleiner) bis maximal 2800°C.

Bei Stufe 1 wird als inerte Atmosphäre vorzugsweise langsam strömender Stickstoff verwendet, der gleichzeitig die entstehenden gasförmigen Zersetzungsprodukte aus dem Reaktionsgefäß wegführt. Die Begrenzung der Behandlungstemperaturen auf 800°C (unter Umständen 1000°C) in dieser ersten Stufe ermöglicht den Einsatz von Öfen mit gewöhnlichen Kanthaldraht-Heizwicklungen.

Stufe 2 wird vorzugsweise in einem Vakuumofen mit Graphit-Heizelement durchgeführt. Es hat sich gezeigt, daß Behandlungstemperaturen bis etwa 1600°C im allgemeinen ausreichen, um Restverunreinigungen zu entfernen. Die Temperatursteigerungen liegen bei 100 bis 200°C/h je nach Probenformen und Wandstärken.

Stufe 3 wird nur in seltenen Fällen durchgeführt. In einem Vakuumofen entsprechend Stufe 2 werden die Temperaturen mit etwa 500°C/h bis auf 2000 bis 2800°C gebracht.

Beispiel 1

Eine abgewogene Menge eines vorkondensierten, festen Phenol-Resols wird

a) in Pulverform und
b) als Granulat

in je eine Preßform gegeben, die aus gehärtetem, warmfestem Stahl besteht. Die mit dem Harzpreßling in Kontakt kommenden Flächen der Form sind vorzugsweise poliert. Um ein Haften des Harzpreßlings zu verhindern, kann die Form mit einem Trennmittel versehen werden. Unter einem Druck von 10⁶ bis 10⁷ Pa wird die Form auf etwa 150°C erhitzt. Die Dauer dieser Erwärmung richtet sich in erster Linie nach der Wandstärke des Harzpreßlings und wird im allgemeinen die Dauer von einigen Minuten nicht überschreiten. Die Preßform kann so ausgelegt werden, daß die Gitteröffnungen bereits während des Formungsvorgangs eingepreßt werden. - Das im vorstehenden geschilderte Preßverfahren entspricht der bei der Herstellung von Phenol- Formaldehyd-Kunstharzen ("Bakeliten") seit langem bewährten Verfahrensweise.

Anschließend wurde wie folgt karbonisiert: Ein Harzpreßling mit einer Wandstärke von 0,3 mm wurde in einer Stickstoffatmosphäre in einem Ofen mit einer Temperatursteigerung von 20°C/h in 40 h auf 800°C erhitzt, dann in etwa 12 Stunden auf 20°C abgekühlt. Nach dieser Behandlung hatte der Gitterkörper eine lineare Schrumpfung von etwa 25% erfahren, die sich bei einer Wärmenachbehandlung nicht merklich ändert. Bei dieser zweiten Wärmebehandlung wurde der Gitterkörper im Vakuum (etwa 0,133 Pa) mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 200°C/h auf eine Endtemperatur von 1600°C gebracht und dann innerhalb 24 Stunden auf Raumtemperatur abgekühlt.

Beispiel 2

Eine gewählte Menge eines flüssigen Phenol-Resols mit einer Anfangsviskosität von etwa 5 Pa · s wird unter Anwendung eines Niederdruck-Vakuums (133 bis 13,3 Pa) in eine dem herzustellenden Körper entsprechende Form gesaugt und dann in bekannter Weise ausgehärtet und entformt. In gleicher Weise kann auch nach einem bekannten Spritzgußverfahren vorgegangen werden. Anschließend wurde wie in Beispiel 1 karbonisiert.

Beispiel 3

Ein der anzufertigenden Gitterelektrode entsprechender Rohkörper 1 wird aus einem massiven Block ausgehärteten Phenolharzes durch spanabhebende Bearbeitung hergestellt (s. Fig. 2). Die Anbringung der Gitteröffnungen 2 kann vor oder nach der Karbonisation erfolgen.

Beispiel 4

Ein gitterförmiger Hohlkörper 1 wird durch netzartiges Aufwickeln von Phenolharzdrähten 3 (s. Fig. 3) mit einem Durchmesser von 30 bis 500 (1000) µm nach einem im Prinzip für Metalldrahtgitter bekannten Wickelverfahren hergestellt. Es wurden Phenolharzdrähte bzw. Drähte aus glasartigem Kohlenstoff im Durchmesserbereich von etwa 30 µm bis 3 mm hergestellt. Die massiven Teile 4 und 5 der in Fig. 3 dargestellten Gitterelektrode können sowohl aus glasartigem Kohlenstoff als auch aus anderen Substanzen wie etwa Molybdän, Tantal, Graphit oder pyrolytischem Graphit bestehen. Eine Fixierung der Drahtwicklung wird durch Verkleben an allen oder an einzelnen Kreuzungspunkten vorgenommen. Dabei werden beispielsweise Phenolharzkleber verwendet. Durch Anlösen der Kreuzungsstellen mit einem aggressiven Lösungsmittel (z. B. Methylenchlorid, Aceton oder Essigsäuremethylester) und Zusammenpressen kann ebenfalls ein Verbund erreicht werden. Vorteilhaft ist es auch, Phenolharzdrähte zu verwenden, die zwar durch Wärmebehandlung verfestigt sind, jedoch noch nicht auskondensiert sind (Resitol-Zustand). Durch entsprechende Wärmebehandlung nach dem Wickeln kann unter Einwirkung von Druck die Restreaktion bis zur völligen Aushärtung (Resit-Zustand) vollzogen werden. Es wird dadurch eine Stabilisierung, also eine Verbindung der Kreuzungspunkte im Sinne einer "Verschweißung", erreicht. Anschließend wurde, wie bereits beschrieben, karbonisiert.

Beispiel 5

Ein für die Weiterbearbeitung zur Gitterelektrode benötigter Körper wird durch Tiefziehen einer dünnen Folie aus einem duroplastischen hochpolymeren Material hergestellt. Dabei werden

a) sowohl vorkondensierte als auch auskondensierte Phenolharze verwendet. Eine besondere Bedeutung kommt bei diesem Verfahren
b) Polyimidfolien zu, die sich durch ein besonders günstiges Karbonisationsverhalten auszeichnen.

Dem Tiefziehverfahren liegt die Tatsache zugrunde, das praktisch alle Duroplaste einen bestimmten Temperaturbereich haben, in dem sie bei Aufbringung äußerer Kräfte plastisch verformbar sind. Dieser Plastizitätsbereich (Makrobrown′sche Bewegung) liegt bei sehr vielen Polymeren bei etwa 200 bis 250°C. Die aus Folien geformten Gitterkörper wurden karbonisiert, wie es den vorher beschriebenen Relationen von Wandstärken und Aufheizgeschwindigkeiten entspricht.

Claims

1. Gitterförmige Elektrode aus festem Kohlenstoff für Elektronenröhren, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die das eigentliche Gitter bildenden Gitterstege der Elektrode (1) aus glasartigem Kohlenstoff bestehen.

2. Gitterförmige Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus glasartigem Kohlenstoff bestehende Elektrode (1) bzw. deren aus glasartigem Kohlenstoff bestehender Teil mit pyrolytischem Graphit überzogen ist.

3. Verfahren zum Herstellen der gitterförmigen Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Körper aus gehärtetem Kunstharz so formt, daß er die Form der gewünschten Elektrode aufweist, und ihn anschließend karbonisiert.

4. Verfahren zum Herstellen der gitterförmigen Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen roh vorgeformten oder nicht roh vorgeformten Körper aus gehärtetem Kunstharz karbonisiert und den so erhaltenen Körper aus glasartigem Kohlenstoff anschließend zur gewünschten Elektrode weiterbearbeitet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Körper aus glasartigem Kohlenstoff durch Schneiden mittels Laserstrahlen zur gewünschten Elektrode weiterbearbeitet.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die gitterförmige Elektrode einer Glühbehandlung bei 700 bis 1200°C in einer reaktiven Atmosphäre unterzieht.

7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kunstharz vorkondensiertes festes Phenol-Resol in Pulverform oder flüssiges Phenol-Resol oder Mischungen von vorkondensiertem Furfurylalkohol mit Phenol-Resol einsetzt.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Formkörper aus gehärtetem Kunstharz durch netzartiges Aufwickeln oder Verflechten von Phenolharzdrähten herstellt.

9. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kunstharz Polyimidfolien einsetzt.