DE2827017C2 - Elektrode einer Gasentladungskammer und Verwendung dieser Elektrode - Google Patents

Description

Aufgabe erfindungsgerniäB dadurch gelobt, daß das hohle Metallelement außen mit Ausnahme des emittierenden Abschnitts mit einer Schicht aus einem Hochtemperaturdielektrikum überzogen ist, und daß a.i der Wandung des hohlen Metallelements auf der Seite der Gasentladungszone wenigstens ein Vorsprung ausgebildet >st, wobei der emittierende Abschnitt fc*:i diesem Vorspmng gelegen ist oder der emittierende Abschnitt selbst diesen Vorspmng bildet.

Die Schicht au*« Hochtemperaturdielektrikum kann zweckmäßigerweise in Form einer Folie ausgeführt werden.

Die Elektrode ist vorteilhaft so aufgebaut, daß die Schicht aus Hochtemperaturdielektrikum in Form eines zusammengesetzten Mantels ausgeführt ist, der aus is einem in Gestalt des hohlen Metalllelements mit Stutzen hergestellten Gehäuseteil und einem im Boden mindestens eine Durchgangsöffnung aufweisenden Deckel besteht, wobei das hohle Metallelement innerhalb des Gehäuses untergebrachtjst und mit dem Deckel in der Weise abgeschlossen ist, daß der Vorspmng des hohlen Metallelements in die Öffnung des Bodens des Deckels bündig mit dessen Außenfläche eingesetzt ist.

Der Vorsprung kann in Form einer Platte ausgeführt sein. Es ist sinnvoll, daß an der Wand des hohlen Metallelements eine Vierzahl von Vorsprüngen in Form von reihenweise in Längs- und Querrichtung liegenden Stiften ausgeführt und im Boden des Deckels Durchgangslöcher für diese Stifte vorgesehen sind. in

Es ist weiter möglich, daß das hohle Metallelement in Form eines an einem Ende verschlossenen Zylinders mit einem am verschlossenen Ende befestigten plattenförmigen Vorspmng ausgeführt ist, während die Schicht aus Hochtemperaturdielektrikum in Gestalt eines i~> monolithischen, den Zylinder umschließenden Mantels mit einem zylindrischen Abschnitt auf der Seite des offenen Endes des Zylinders und einem Boden mit einer Durchgangsöffnung für den plattenförmigen Vorsprung, wobei die Breite dieser Öffnung den Durchmesser des ·*^η Innenraumes c^es Mantels überschreitet, hergestellt ist. Der emittierende Abschnitt kann auch mit einer Schicht aus korrosionsbeständigen Metall überzogen sein.

Eine Elektrode mit den Merkmalen nach der Erfindung kann vorteilhaft in einem Elektrodensystem mit mindestens zwei Elektroden verwendet werden.

Vorteilhaft sind bei den erfindungsmäßigen Elektroden eine einfache Konstruktion, die Möglichkeit, eine vollständige Gütekontrolle über deren beliebige Bestandteile im Fertigungsvergang auszuüben, und die Erhöhung der Zuverlässigkeit ihrer Arbeit. Die Elektroden können in in der Elektrovakuumindustrie weit verbreiteten technologischen Arbeitsgängen hergestellt werden. Solche Elektroden weisen bei der Arbeit unter den Bedingungen einer Gasentladungskammer eine geringfügige Gasentwicklung auf, was bei der Arbeit der Gasentladungskammer in einem geschlossenen Kreislauf von besonderer Bedeutung ist.

Die aus derartigen Elektroden zusammengesetzten Elektrodensysteme weisen eine erhöhte Zuverlässigkeit auf, weil erstens jede F.lektrode unabhängig von der anderen überwacht wird, zweitens die ausgefallenen einzelnen Elektroden leicht und ohne Auseinandernehmen des gesamten Elektrodensystems ausgewechselt ^hl werden können und drittens die bei einer Druckänderung innerhalb der (ia.ientladungskammer unvermeidlichen mechanischen Verformungen keine Zerstörung des Hoctuemperaiiiidielektrikums hewirken. Die Ausnutzung der beschriebenen Elektroden gestattet es, Elektrodensysterne <^;\r Gns . :'ladunR^fiivi;viern in einem weiten Leistungsbereich zusammenzubauen, was de.'ä Aufwand für deren Projektierung und Herstellung wesentlich reduziert.

iiii folgenden wird die Erfindung anhand .on Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Elektrode einer Gasentladungskammer in isometrischer Darstellung,

F i g. 2 eine andere AuEführungsform einer Elektrode einer Gasentladungskammer in isometrischer Darstellung,

F i g. 3 eine weitere Ausführungsform einer Elektrode einer Gasentladungskammer in isometrischer Darstellung,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsvariante einer Elektrode einer Gasentladungskammer in isometrischer Darstellung, und

Fig.5 ein ,aus in Fig. 1 bis 4 in isometrischer Darstellung gezeigten Elektroden ausgeführtes Elektrodensystem.

Betrachtet wird ein Beispiel für die Ausnutzung der Elektrode einer Gasentladungskammer für e^;nen Anwendungsfall in der Lasertechnik bei der Herstellung elektrischer Entladungslaser mit einem tranversalen Gasstrom. Die Elektrode enthält ein hohles Metallelement 1 (F i g. 1) mit einem emittierenden Abschnitt 2 in Form eines Vorsprunges auf der Ssite der in der Zeichnung nicht dargestellten Gasentladungszone, das mit Stutzen 3 und 4 zum Durchpumpen eines Kältemittels versehen ist. Das hohle Metallelement 1 ist außen mit Ausnahme des emittierenden Abschnittes 2 mit einer Schicht aus einem Hochtemperaturdielektrikum überzogen. Die Schicht 5 aus Hochtemperaturdielektrikum ist auf das Metallelement 1 in Form einer Folie in einer Standardtechnologie aufgetragen. Zu diesem Zweck werden beispielsweise Emaille oder Oxidüberzüge auf der Basis von Aluminium oder einem anderen Metall verwendet. Auf den emittierenden Abschnitt 2 des Metallelements 1 ist eine Schicht 6 aus korrosionsbeständigem Metall aufgebracht. Als solches kommen beispielsweise Niob oder Titan in Frage.

In der Ausführungsvariante der Elektrode nach F i g. 2 ist an der Wand des hohlen Metalle'ements 1 ein plattenförmiger Vorsprung 7 ausgeführt. Die der Entladungszone zugekehrte Oberfläche des Vorsprunges stellt den emittierenden Abschnitt 2 dar. Die Schicht 5 aus Hochtemperaturdielektrikum ist in Form eines zusammengesetzten Mantels ausgeführt, der aus einem in Form eines hohlevi Metallelements 1 mit Stutzen hergestellten Gehäuseteil 8 und einem im Boden 10 mindestens eine Durchgangsöffnung aufweisenden Deckel J besteht. Das Metallelement 1 ist innerhalb des Gehäuseteiles 8 untergebracht und durch den Decke! 9 derart abgeschlossen, daß der Vorsprung 7 des Metallelements 1 in die Öffnung des Bodens 10 des Deckels 9 bündig mit dessen Außenfläche eingesetzt ist. Man kann die EieHrode der Gasentladungskammer in der Weise herstellen, daß an der Wand des Metallelements 1 eine Vielzahl von Vorsprüngeri 11 in Form von reihenweise in Längs- und Qiierricutung liegenden Stiften ausgeführt ist. Im Boden 10 des Deckels 9 sind Durchgangsöffnungen (Fig. 3) für die Stifte auspc,':hrt. Die Stifte gehen in die Durchgan;:si'>«f ■ nungen des Bodens 10 des Deckels 9 bündig mit dessen Außenfläche hinein, während die Stirnfläche der Stifte

emittierende Abschnitte 2 darstellen.

Die Schicht 5 aus Hochtemperaturdidektrikum kann in Gestalt eines monolithischen Maniels 12 (Fig. 4) ausgeführt werden. Hierbei ist das hohle Metallelement I in Form eines an einem F.nde verschlossenen Zylinders > ausgeführt, an dem der plattenförmige Ansatz 7 befestigt ist. Der Innenraum des Zylinders ist mit Stutzen 3, 4 zum Durchpumpen eines Kältemittels versehen, die koaxial zur Zylinderachse angeordnet •sind. Der monolithische Mantel 12 weist einen in zylindrischen Abschnitt auf der Seite des offenen Endes des Metallelemenls I und einen Boden mit einer Öffnung für den plattenförmigen Ansatz 7 auf, wobei die Breite dieser öffnung den Durchmesser des Innenraumes des Mantels 12 übertrifft. II

Die zusammengesetzten oder monolithischen Mantel aus Hochtemperaturdielektrikum werden in einer ulogic, beispielsweise ;ri hciSc™ Schhk-

ker-GieOverfahren für ein Hochtemperaturdielektrikum auf Aluminiumoxidbasis, hergestellt.

In sämtlichen Ausführungsvarianten der Elektroden der Gasentladungskammer kann die Fläche des emittierenden Abschnittes 2 mit einer Schicht aus korrosionsbeständigem Metall, wie dies in Fig. 1 angedeutet ist, überzogen werden.

Zwei oder eine größere Zahl von auf einer Unterlage 14 angeordneten Elektroden 13 (Fig. 5) — die Befestigung ist in der Zeichnung nicht gezeigt — stellen ein Elektrodensystem dar. Der Gasstrom strömt zwischen dem eine Ladung eines Vorzeichens aufwei- )o senden Elektrodensystem und einer Elektrode 15 mit einer Ladung umgekehrten Vorzeichens. Die Anorcl nung des Elcktrodensystcms bezüglich der Elektrode I¹J wird durch die Fnladiingsstrccke bestimmt.

Die Elektrode (I ig. I). bei der der Schutzüberzug in Form eines Filmes aufgebracht ist. wird auf das hohle Metallelemeni 1 durch Auftragen einer Schicht, beispielsweise aus Email, bzw. einer Oxidschicht auf der Basis von Aluminium oder einem anderen Metall hergestellt.

Die Elektroden (I ig. 2. i). deren Schul/iiberirii{! aus einer Schii-M 5 aus I lochlempcraturdielektrikiim ausgeführt ist. werden mit Hilfe eines Klebestoffes, beispielsweise einer Epoxydverbindiing mit einem Füllstoff zusammengebaut, die vorher auf die /ti verbindenden Flächen aufgetragen wird. In dem Falle, in welchem der Schutzüberzug der Elektrode (Fig. 4) in Form eines monolithischen Mantels 12 ausgeführt ist. wird die Elektrode ΊιιπΊι Vrrhinden. beispielsweise durch Löten, des plattenförmigen Vorsprunges 7 mil dem hohlen Metallelement t zusammengebaut, die vorher in entsprechende Hohlräume des monolithischen Mantels 12 eingesetzt worden sind. Bei der Fertigung des Elektrodensystems (Fig. 5) werden die Elektroden 13 auf der Unterlage 14 mit Hilfe von auf in der Zeichnung nicht gezeigte Gewindeaiifsätze der Stutzen aufgeschraubten Muttern befestigt; die Stutzen werden an der Unterlage durch Verwendung elastischer Zwischenlagen abgedichtet. Die hermetische Abdichtung des Vorsprunges 7 in der Öffnung erfolgt durch _f Löten mit einem metallischen oder nichtmetallischen Lot.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Elektrode einer Gasentladungskammer, die ein hohies Metallelement mit einem emittierenden Abschnitt auf der Seite der Gasentladungszone enthält, das mit Stutzen zum Durchpumpen eines Kältemittels versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Metallelement (1) außen mit Ausnahme des emittierenden Abschnitts (2) mit einer Schicht (5) aus einem Hochtemperaturdielektrikum überzogen ist, und daß an der Wandung des hohlen Metallelements (1) auf der Seite der Gasentladungszone wenigstens ein Vorsprung (7; 11) ausgebildet ist, wobei der emittierende Abschnitt (2) bei diesem Vorsprung (7; 11) gelegen ist oder der emittierende Abschnitt (2) selbst diesen Vorsprung bildet.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5) aus Hochtemperaturdielektrikum in Form einer Folie ausgeführt ist

3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5) aus Hochtemperaturdielektrikum in Form eines zusammengesetzten Mantels ausgeführt ist der aus einem in Gestalt des hohlen Metallelements (1) mit Stutzen hergestellten Gehäuseteil (8) und einem im Boden (10) mindestens eine Durchgangsöffnung aufweisenden Deckel (9) besteht, wobei das hohle Metallelement (1) innerhalb des Gehäuseteiles (8) untergebracht ist und mit dem Deckel (9) in der Weise abgeschlossen ist, daß der Vorsprur.„ (7) des hohlen Metalielements (1) in die öffnung des Bodens (10) d-s Deckels (9) bündig mit dessen Außenfläche eingesetzt ist.

4. Elektrode nach Anspri'~h 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung \7) in Form einer Platte ausgeführt ist.

5. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Wand des hohlen Metallelements (1) eine Vielzahl von Vorsprüngen (11) in Form von reihenweise in Längs- und Querrichtung liegenden Stiften ausgebildet und im Boden (10) des Deckels (9) Durchgangsöffnungen für diese Stifte vorgesehen sind.

6. Elektrode nach Anspruch 1, mit einem hohlen Metallelement in Form eines an einem Ende verschlossenen Zylinders, dadurch gekennzeichnet, daß am verschlossenen Ende des Zylinders der plattenförmige Vorsprung (7) ausgebildet ist, während die Schicht aus Hochtemperaturdielektrikum in Gestalt eines monolithischen, den Zylinder umschließenden Mantels (12) mit einem zylindrischen Abschnitt auf der Seite des offenen Endes des Zylinders und einem Boden mit einer Durchgangsöffnung für den plattenförmigen Vorsprung (7), wobei die Breite dieser öffnung den Durchmesser des Innenraumes des Mantels überschreitet, hergestellt ist.

7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der emittierende Abschnitt (2) mit einer Schicht aus korrosionsbeständigem Metall (6) überzogen ist.

8. Verwendung einer Elektrode nach einem oder mehreren der vorausgegangenen Ansprüche in einem Elektrodensystem mit mindestens zwei Elektroden.

Die Erfindung betrifft eine Elektrode einer Gasentladungskammer, die ein hohles Metallelement mit einem emittierenden Abschnitt auf der Seite der Gasentladungszone enthält, das mit Stutzen zum Durchpumpen eines Kältemittels versehen ist.

Der Gegenstand der Erfindung kann bei der Herstellung von elektrischen Entladungsvorrichtungen für die Plasmachemie, in der Lasertechnik bei der Hersteilung von elektrischen Entladungslasern mit einem transversalen Gasstrom und im elektrophysikalischen Maschinen- und Gerätebau ausgewertet werden.

Es ist eine Elektrode einer Gasentladungskammer und ein auf der Basis dieser Elektrode ausgeführtes Elektrodensystem bekannt Das Elektrodensystem schließt eine Isolationsplatte und eine daran angeordnete Elektrodengruppe ein.

Jede Elektrode ist in den Gasstrom vorgeschoben und setzt dem Gasstrom einerseits einen großen Luftwiderstand entgegen und sperrt andererseits eir.en Teil des Durchgangsquerschnitts.

Das bekannte Elektrodensystem besitzt eine geringe Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb sowie eine unzureichende Stabilität

Es ist weiter eine Elektrode für eine Gasentladungskammer bekannt (vgl. J. of Physic E: Scientific Instruments, V. 4, N.

9, Sept, 1971, Seite 708, »Elektrode configuration and power output for a transverse flow COrlaser«, N. Ban — Josef et al), die ein hohles Metallelement mit einem emittierenden Abschnitt auf der Seite der Gasentladungszone enthält und mit Stutzen zum Durchpumpen eines Kältemittels versehen ist. Das auf der Basis der genannten Elemente ausgeführte Elektrodensystem stellt zwei Elektroden (Katode und Anode) dar, zwischen denen ein Gas durchgeblasen wird.

Das beschriebene Elektrodensystem ist zur Arbeit der Gasentladungskammer im Betrieb mit einer Glimmentladung vorgesehen und für einen Druck bis 2666 Pa sowie für eine maximale Strömungsgeschwindigkeit von 40 bis 50 m/s ausgelegt. Bti Überschreiten der genannten Parameter geht die Glimmentladung in eine stark inhomogene Entladung über, was äußerst unerwünscht ist und die Arbeit des Elektrodensystems stört.

Die Möglichkeit, den Energieinhalt von Gas zu erhöhen, hängt in erster Linie mit einer Vergrößerung der Elektrodenzahl sowie mit einer Geschwindigkeitserhöhung des zwischen den Elektroden durchgeblasenen Gases zusammen. Beides verschlechtert das gasdynamische Verhalten des Zwischenelektrodenraumes und stellt erhöhte Anforderungen an das Mittel zum Durchpumpen des Gases. Die Erhöhung des Druckes und der damit verbundene Übergang der Glimmentladung in eine stark inhomognene Entladung setzen die Stabilität der Arbeit und die Zuverlässigkeit solch eines Systems und einer jeden Elektrode im einzelnen herab.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin eine Elektrode einer Gasentladungskammer der eingangs definierten Art zu schaffen, die bei einfacher Konstruktion und einfacher Serienproduktion eine erhöhte Zuverlässigkeit und Stabilität im Betrieb gewährleistet, weiter eine Erhöhung des Energieinhaltes des betreffenden Gases ermöglicht und bei Verwendung der Elektrode in einem Elektrodensystem eine gegenseitige Austauschbarkeit der Elektroden und *5 Zuverlässigkeit unter Dauerbetriebsbedingungen gewährleistet.

Ausgehend von der Elektrode einer Gasentladungskammer der eingangs genannten Art wird diese