DE2748816C3

DE2748816C3 - Process for producing a grid electrode from pyrolytic graphite

Info

Publication number: DE2748816C3
Application number: DE19772748816
Authority: DE
Inventors: David Mark Maldon Essex Wilcox (Ver. Koenigreich)
Original assignee: English Electric Valve Co Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 1977-07-29
Filing date: 1977-10-31
Publication date: 1980-05-29
Also published as: GB1562652A; NL7806337A; DE2748816B2; DE2748816A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Gitterelektrode aus pyrolytischem Graphit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing a grid electrode from pyrolytic graphite the preamble of claim 1.

Bei einem bekannten derartigen Verfahren nach DE-AS 16 39168 wird ein Graphithohlzylinder durch Pyrolyse hergestellt und die Gitteröffnungen werden dadurch mechanisch aus dem Hohlzylinder herausgearbeitet, daß der Graphithohlzylinder mit einer Schablone bedeckt wird, die entweder aus mehreren übereinanderliegenden oder miteinander verflochtenen Drahtlagen oder aus einer metallischen, direkt auf den Hohlzylinder aufgebrachten Auflage, oder aber auch aus gegossenem Kunststoffmaterial besteht und daß ein die öffnungen der Schablone durchsetzender Schleifpulverstrahl die Gitteröffnungen aus dem Graphithohlzylinder herausarbeitet. Dieses Verfahren eignet sich nicht sehr gut für die Massenfertigung, da jeweils relativ kurzlebige Schablonen verwendet werden müssen, die dicht auf die jeweiligen Hohlzylinder passen müssen, damit der Schleifstrahl benachbarte, als Rippen des Gitterwerks dienende Gebiete nicht erreicht Auch bei einer direkten Aufbringung von metallischen Abdeckungen auf die Oberfläche des Hohlzylinders ist eine aufwendige Bearbeitung und nachfolgendes Abbeizen der Schablonenschicht nötig.In a known such method according to DE-AS 16 39168 a graphite hollow cylinder is through Pyrolysis is established and the grid openings are thereby mechanically worked out of the hollow cylinder, that the graphite hollow cylinder is covered with a template, which either consists of several superimposed or interwoven wire layers or from a metallic, directly on the hollow cylinder applied support, or also consists of cast plastic material and that a the openings the stencil penetrating abrasive powder jet carves out the grid openings from the graphite hollow cylinder. This process is not very suitable for mass production, as each is relatively short-lived Templates must be used that must fit tightly on the respective hollow cylinder so that the The abrasive beam does not reach neighboring areas serving as ribs of the latticework, even with a direct one Applying metallic covers to the surface of the hollow cylinder is a complex process Processing and subsequent stripping of the stencil layer necessary.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß es die Herstellung von Gitterelektroden mit geringen Abweichungen der einzelnen Exemplare voneinander in großer Stückzahl und einer verbesserten Gleichmäßigkeit der Materialeigenschaften als bekannten Verfahren ermöglicht.The invention is therefore based on the object of developing a method of the type mentioned at the outset in such a way that that it is the production of grid electrodes with small deviations of the individual specimens from each other in large numbers and an improved uniformity of the material properties than known Procedure enables.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das eingangs genannte Verfahren dadurch, daß es nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ausgebildet ist.To solve this problem, the aforementioned method is used in that it is after characterizing part of claim 1 is formed.

Der bei diesem Verfahren hergestellte dünnwandige Hohlzylinder aus pyrolytischem Graphit kann von dem Dorn abgezogen werden und in ein Bearbeitungswerkzeug eingebracht werden, das das Abtragen der Mantelflächen bis auf ein stehenbleibendes Gitter ermöglicht Die erhabenen Rippen ergeben dann das Traggerüst für die stehenbleibenden Wandteile. Auf diese Weise ist die Verwendung eines aufwendigen und trotzdem oft nicht gut passenden Schablonengitters umgangen und es können für die Massenherstellung geeignetere Werkzeuge, wie beispielsweise Schleif- und Fräswerkzeuge Verwendung finden.The thin-walled hollow cylinder made of pyrolytic graphite produced in this process can be of the The mandrel can be withdrawn and inserted into a machining tool that removes the Jacket surfaces except for a permanent grid made possible. The raised ribs then result in that Shoring for the remaining wall parts. In this way, the use of an elaborate and Nevertheless often not well-fitting stencil grids are bypassed and it can be used for mass production find more suitable tools such as grinding and milling tools use.

Entsprechend dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 2 angegebenen Merkmal, werden die Rippen vorzugsweise auf der inneren Zylindermantelfläche erzeugt, so daß das Abtragen der Zylindermantelflächen vorteilhafterweise von der Außenfläche aus erfolgen kann. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens gemäß den im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 3 und 4 angegebenen Merkmalen ermöglicht ein leichtes Abziehen des abgekühlten Hohlzylinders von dem Dorn in axialer Richtung, während bei einer Ausgestaltung nach den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 5 angegebenen Merkmalen ein Abziehen des dünnwandigen Hohlzylinders durch eine schraubenartige Bewegung, entsprechend der Wendelform der Rippen möglich ist.According to the feature specified in the characterizing part of claim 2, the ribs preferably generated on the inner cylinder jacket surface, so that the removal of the cylinder jacket surfaces can advantageously take place from the outer surface. An advantageous embodiment of the method according to the features specified in the characterizing part of claims 3 and 4 allows easy Withdrawal of the cooled hollow cylinder from the mandrel in the axial direction, while in one embodiment according to the features specified in the characterizing part of claim 5, a removal of the thin-walled Hollow cylinder by a screw-like movement, corresponding to the helical shape of the ribs is possible.

Alternativ zu diesen Formen der Rippenanordnung können bei der Herstellung von Gitterelektroden mit großem Durchmesser die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten des Dornmaterials und des pyrolytischen Graphits auch bei beispielsweise in Gittermustern angeordneten, nach innen erhaben von dem dünnwandigen Hohlzylinder abstehenden Rippen ein leichtes Abziehen des Hohlzylinders vom Dorn ermöglichen.As an alternative to these forms of the rib arrangement, grid electrodes can be used with large diameter the different expansion coefficients of the mandrel material and the pyrolytic Graphite also with, for example, arranged in a grid pattern, raised inwardly from the thin-walled one Ribs protruding from the hollow cylinder allow the hollow cylinder to be easily pulled off the mandrel.

Bei Verwendung von sich in Richtung der LängsachseWhen using yourself in the direction of the longitudinal axis

des Hohlzylinders erstreckenden Rippen wird eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung der Gitterelektroden im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 angegeben.of the hollow cylinder extending ribs is a particularly advantageous embodiment of the method for the production of the grid electrodes specified in the characterizing part of claim 6.

Das Verfahren nach der Erfindung wird in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert; in der Zeichnung zeigtThe method according to the invention is illustrated below in exemplary embodiments with reference to the drawing explained in more detail; shows in the drawing

F i g. 1 einen zur Herstellung eines Gitterelektroden-Hohlzylinders verwendeten Dorn,F i g. 1 one for the production of a grid electrode hollow cylinder used mandrel,

Fig.2 eine Schnittdarstellung durch einen Teil des mit dem Dorn nach F i g. 1 hergestellten Hohlzylinders,
F i g. 3 eine Darstellung einer fertigen Gitterelektrode und2 shows a sectional view through part of the with the mandrel according to FIG. 1 produced hollow cylinder,
F i g. 3 shows a representation of a finished grid electrode and

F i g. 4 und 5 alternative Ausbildungen der Dornoberfläche. F i g. 4 and 5 alternative configurations of the mandrel surface.

Nach Fig. 1 besteht der massive Dorn aus einem konischen Grundabschnitt 1 und einem geradzylindri-According to Fig. 1, the massive mandrel consists of a conical base section 1 and a straight cylindrical

sehen Abschnitt 2, auf dem eine konische Kappe 3 mit etwas geringerem Durchmesser angeordnet ist. Langgestreckte Rillen 4 sind in regelmäßigen Abständen über den Umfang des Hohlzylinders verteilt und erstrecken sich parallel zur Dornachse. Ein solcher Dorn wird in einem Abscheidungsprozeß aus der Dampfphase bei einer erhöhten Temperatur verwendet, wobei pyrolytischer Graphit auf dem Dorn so abgeschieden wird, daß ein dünnwandiger Mantel gebildet v/ird.see section 2 on which a conical cap 3 with slightly smaller diameter is arranged. Elongated grooves 4 are at regular intervals across distributed over the circumference of the hollow cylinder and extend parallel to the mandrel axis. Such a thorn is used in a vapor deposition process used at an elevated temperature, being pyrolytic Graphite is deposited on the mandrel so that a thin-walled jacket is formed.

Das Abscheideverfahren von pyrolytischem Graphit ist bekannt; es wird dabei ein kohlenstoffhaltiges Gas, z. B. Acetylengas, über die erhitzte Dornoberfläche geleitet und dadurch dazu veranlaßt, zu zerfallen, wobei pyrolytischer Graphit in Form eines molekular geordneten Überzugs auf der Dornoberfläche abgeschieden wird. Nach genügender Dicke der Abscheidung wird der so entstandene Graphithohlzylinder und der ihn tragende Dorn abgekühlt Da die Ausdehnungskoeffizienten des Dornmaterials und des pyrolytischen Graphits unterschiedlich sind, und zwar ist der Ausdehnungskoeffizient des pyrolytischen Graphits kleiner als der des Dornmaterials, trennt sich der entstandene Hohlzylinder vom Dorn. Die Abkühlung muß langsam durchgeführt werden, da pyrolytischer Graphit in Richtung quer zur Wandstärke, d. h. also in Abscheidungsrichtung, ein relativ schlechter Wärmeleiter ist und der entstandene Hohlzylinder zerbrechen kann, wenn er zu schnell abgekühlt wird.The deposition process of pyrolytic graphite is known; it is a carbon-containing gas, z. B. acetylene gas, passed over the heated mandrel surface and thereby caused to disintegrate, wherein pyrolytic graphite deposited on the mandrel surface in the form of a molecularly ordered coating will. After the deposition has been sufficiently thick, the resulting graphite hollow cylinder and him bearing mandrel cooled As the expansion coefficient of the mandrel material and the pyrolytic Graphite are different, namely the expansion coefficient of pyrolytic graphite smaller than that of the mandrel material, the resulting hollow cylinder separates from the mandrel. The cooling off must be carried out slowly, as pyrolytic graphite in the direction transverse to the wall thickness, i.e. H. so in Deposition direction, is a relatively poor conductor of heat and the resulting hollow cylinder will break can if it is cooled too quickly.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch einen Teilbereich des entstandenen Hohlzylinders und zwar ist das Profil der Wand des Hohlzylinders im Bereich der Rille 4 des Doms gezeigt. Man sieht, daß der Hohlzylinder öine etwa konstante Wandstärke besitzt und daß seine Innen- wie seine Außenfläche den Konturen des Doms folgen.F i g. FIG. 2 shows a section through a partial area of the hollow cylinder that has been created, namely the profile of FIG Wall of the hollow cylinder shown in the region of the groove 4 of the dome. It can be seen that the hollow cylinder is open has approximately constant wall thickness and that its inner and outer surfaces match the contours of the dome follow.

Damit sind in Längsrichtung verlaufende erhabene Rippen 5 auf der Innenfläche des Hohlzylinders und entsprechende Vertiefungen 6 auf der Außenfläche ausgebildet. Daraufhin wird der Hohlzylinder in ein Schleif- oder Fräswerkzeug eingebracht und eine dünne Schleif- oder Frässcheibe wird, in Längsrichtung des Hohlzylinders fortschreitend, an dem Hohlzylindermantel angesetzt, wobei während des Schleif- oder Fräsvorgangs der Hohlzylinder um seine Längsachse gedreht wird. Die Drehgeschwindigkeit des Hohlzylin- as ders und die Vorschubgeschwindigkeit der Schleif- oder Frässcheibe werden so abgestimmt, daß eine wendeiförmige Vertiefung in die Wand des Hohlzylinders eingeschnitten wird. Aus dem Hohlzylinder ergibt sich eine Gilterelektrode mit der in Fig.3 dargestellten Form. Die Schnittiefe der Schleifscheibe ist so eingestellt, daß die glatten Wandteile des Hohlzylinders zwischen den Rippen 5 in der gesamten Wandstärke entfernt werden, während die in Längsrichtung verlaufenden Rippen 5 im wesentlichen stehenbleiben. Es ergibt sich eine Gitterelektrode, die aus in Längsrichtung verlaufenden Rippen 5 besteht, welche eine Wendel 7 aus den stehengebliebenen Wandteilen des Hohlzylinders in der dargestellten Weise stützen. Da die konische Kappe 3 einen geringeren Durchmesser als der geradzylindrische Abschnitt 2 besitzt, kann die Schleif- oder Frässcheibe an der Übergangsstelle zwischen konischer Kappe 3 und geradzylindrischem Abschnitt 2 ohne Beschädigung der konischen Kappe 3 angesetzt werden.In this way, raised ribs 5 running in the longitudinal direction are formed on the inner surface of the hollow cylinder and corresponding depressions 6 are formed on the outer surface. The hollow cylinder is then inserted into a grinding or milling tool and a thin grinding or milling disk is attached to the hollow cylinder jacket, progressing in the longitudinal direction of the hollow cylinder, the hollow cylinder being rotated about its longitudinal axis during the grinding or milling process. The rotational speed of the hollow cylinder as DERS and the feed rate of the grinding or milling disc can be adjusted so that a helical groove is cut into the wall of the hollow cylinder. A gel electrode with the shape shown in FIG. 3 results from the hollow cylinder. The cutting depth of the grinding wheel is set so that the smooth wall parts of the hollow cylinder between the ribs 5 are removed in the entire wall thickness, while the ribs 5 extending in the longitudinal direction essentially remain. The result is a grid electrode which consists of ribs 5 running in the longitudinal direction, which support a helix 7 from the remaining wall parts of the hollow cylinder in the manner shown. Since the conical cap 3 has a smaller diameter than the straight-cylindrical section 2, the grinding or milling disk can be placed at the transition point between the conical cap 3 and the straight-cylindrical section 2 without damaging the conical cap 3.

In Fi g. 4 ist eine alternative Form für die Rillen des Doms dargestellt. Die Rillen 8 besitzen hier die Gestalt einer mehrzügigen Wendel. Der aus pyrolytischem Graphit gebildete Hohlzylinder kann nach dem Abkühlen auch dann von dem Dorn durch eine schraubenartige Bewegung getrennt werden, wenn der sich bildende Luftspalt zwischen den an den Stellen der Rillen 8 entstehenden Rippen und den glatten Wandteilen des Doms nicht ausreicht, um ein geradliniges Abziehen des Hohlzylinders zu ermöglichen. Daraufhin können eine oder mehrere Wendeln mit entgegengesetzter Drehrichtung aus dem Hohlzylindermantel mit Hilfe der Schleif- oder Frässcheibe, wie bereits beschrieben, abgetragen werden und die stehenbleibenden, im allgemeinen quer zu den erhabenen Rippen verlaufenden Wandteile 9 sind in Fig.4 gestrichelt angedeutet.In Fi g. 4 is an alternative shape for the grooves of the Doms depicted. The grooves 8 here have the shape of a multi-part helix. The one from pyrolytic Graphite formed hollow cylinder can then after cooling from the mandrel through a helical movement are separated when the air gap formed between the at the points of Grooves 8 resulting ribs and the smooth wall parts of the dome is not sufficient to a to enable straight pulling off of the hollow cylinder. You can then use one or more coils opposite direction of rotation from the hollow cylinder jacket with the help of the grinding or milling disc, such as already described, to be removed and the remaining ones, generally transverse to the raised ones Wall parts 9 running along ribs are shown in FIG indicated by dashed lines.

Falls der verwendete Dorn und damit der entstehende Hohlzylinder einen genügend großen Durchmesser aufweisen, so daß beim Abkühlen ein genügend großer Luftspalt entsteht, ist es möglich, den Hohlzylinder nach dem Abkühlen einfach vom Dorn abzuziehen. Dann kann ein Dorn mit dem in Fig.5 dargestellten Rillenmuster verwendet werden. Es sind hier sowohl in Längsrichtung verlaufende Rillen 4 wie in Umfangsrichtung verlaufende Rillen 4a auf der Dornmantelfläche vorgesehen, so daß sich ein entsprechendes Muster aus erhabenen Rippen auf der Innenfläche des Hohlzylinders ausbildet. Die unterschiedliche Kontraktion von Dorn und Hohlzylinder ermöglicht es, die entstandenen Rippen über die glatten Wandteile des Dorns abzuziehen. Werden daraufhin die glatten Wandteile des Hohlzylinders vollständig entfernt, so bleiben nur noch die Rippen zurück und bilden das Elektrodengitter.If the mandrel used and thus the resulting hollow cylinder has a sufficiently large diameter have, so that a sufficiently large air gap is created when cooling, it is possible to move the hollow cylinder Simply pull it off the mandrel after cooling. Then a mandrel with the one shown in Fig.5 Groove patterns can be used. There are grooves 4 running both in the longitudinal direction and in the circumferential direction extending grooves 4a are provided on the mandrel jacket surface, so that a corresponding pattern is formed raised ribs on the inner surface of the hollow cylinder. The different contraction of The mandrel and hollow cylinder make it possible to move the resulting ribs over the smooth wall parts of the mandrel deduct. If the smooth wall parts of the hollow cylinder are then completely removed, only the ribs back and form the electrode grid.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for producing a grid electrode from pyrolytic graphite, in which by deposition from the gas phase onto a mandrel a thin-walled hollow cylinder made of pyrolytic graphite and parts of the hollow cylinder wall are removed by mechanical processing in such a way that that a hollow cylindrical grid is obtained, characterized in that on one Mandrel (1, 2, 3) with a correspondingly shaped surface a hollow cylinder with on one of its two cylinder jacket surfaces opposite this raised ribs (5) is deposited, and that when mechanical processing parts of the hollow cylinder wall are removed so that the thereby obtained hollow cylindrical grid at least partially consists of the raised ribs (5)

2. The method according to claim 1, characterized in that a hollow cylinder with on the inner Cylinder surface opposite this raised ribs (5) is generated.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a hollow cylinder with straight, raised ribs (5) extending in the direction of the longitudinal axis of the hollow cylinder are produced.

4. The method according to claim 3, characterized in that a hollow cylinder with over the circumference of the hollow cylinder evenly distributed raised ribs (5) is generated.

5. The method according to claim 2, characterized in that a hollow cylinder is generated, the one or has a plurality of helical raised ribs.

6. The method according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the hollow cylinder of its outer cylindrical surface using a thin rotatable grinding or Milling disk is ground or milled off to such an extent that a grid is essentially transverse to the longitudinal axis of the hollow cylinder remaining wall parts (7) and from itself in Raised ribs (5) extending in the direction of the longitudinal axis of the hollow cylinder are obtained.