DE3424889A1

DE3424889A1 - Elektrode fuer einen gasentladungsreaktor

Info

Publication number: DE3424889A1
Application number: DE19843424889
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr.-Ing. 5000 Köln Manz; Friedrich Dipl.-Chem. 5353 Mechenich Suppan
Original assignee: Walther and Co AG
Current assignee: Walther and Co AG
Priority date: 1984-07-06
Filing date: 1984-07-06
Publication date: 1986-02-06

Description

Elektrode für einen Gasentladungsreaktor
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für einen Gasentladungsreaktor, mit einer Metallschicht, die mit einem keramischen Dielektrikum bedeckt ist.
Derartige Elektroden werden für die Erzeugung von Plasmaentladungen verwendet, beispielsweise bei der erstellung von Ozon in einer stillen elektrischen Entladung.
Die Entladungs- oder Plasmaentladungselektroden bestehen gewöhnlich aus einer Leiterschicht, die an einem rohr-oder plattenförmig ausgebildeten Dielektrikum angebracht ist. Das Dielektrikum wirkt während des Betriebes als strombegrenzender Widerstand und es trägt dazu bei, die elektrischen Ladungsträger gleichmäßis über die Entladungsflache zu verteilen. Das Dielektrikum besteht in der Regel aus Glas. Wegen der höheren Dielektrizitätskonstante würden sich keramische Ptaterialien für den genannten Zweck besser einen, jedoch hat sich herausgestellt, daß Keramik aufgrund ihrer Kornstruktur keine gleichmäßige Korona aufbaut sondern eine Vielzahl von Spitzenentladungen erzeugt, die als einzelne Kanäle mit hoher Stromstärke in Erscheinung treten. Dadurch wird einerseits die Keramik sehr stark erwärmt und andererseits nur eine geringe Menge des gewünschten Reaktionsproduktes erzeugt. Man hat versucht, keramisches Material durch Beigeben von Kunstoffen oder Flußmitteln so zu modifizieren, daß eine gleichmäßige Entladung über die Elektrodenfläche erfolgt. Durch die Zusatzstoffe wird jedoch die hohe Dielektrizitätskonstante des keramischen Materials wesentlich herabgesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine gleichmäßige Ladunqsverteilung und über ihre Fläche gleichmäßige Entladungen bei hoher Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß das Dielektrikum an seiner der Metallschicht abgewandten Seite einen glasartigen Überzug mit glatter Oberfläche aufweist.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß sich auf der Oberfläche jeder Keramik, auch wenn sie extrem glatt geschliffen oder poliert ist, zahlreiche Spitzen und Vertiefungen befinden, an denen unterschiedlich hohe Feldstärken zu der beschriebenen Spitzenentladung, nicht aber zu einer homogenen Korona führen. Dadurch daß die Oberfläche des Dielektrikums einen glatten glasurartigen Überzug aufweist, der derartige Spitzen und Vertiefungen nicht hat, werden Spitzenentddungen vermieden.
Eine Möglichkeit, die Oberflache eines keramischen Dielektrikums einzuebnen besteht darin, daß man die Keramik mit einem Material beschichtet, das unterhalb des Schmelzpunktes der Keramik einen Schmelzfluß bildet und nach dem Erstarren eine glasartige Struktur annimmt. ttan kann zu diesem Zweck beispielsweise leicht schmelzendes G]as verwenden, das man durch Sprühen, Streichen, durch Elektrophorese oder Sputtern o. dgl.
aufbringt und erforderlichenfalls durch eine nachfolgende Wärmebehandlung fest mit der Keramikoberfläche verbindet.Die dabei entstehenden Schichten liegen hinsichtlich ihrer Stärke in einem Bereich, der zwischen wenigen Mikrometern und etwa 0,1 mm variieren kann. Durch Sputtern lassen sich sehr dünne Schichten zwischen etwa 4 und 6 ßm aufbringen.
Glasartige Substanzen haben in der Regel eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als keramische Substanzen mit überwiegend kristalliner Struktur. Die Entladungselektrode bildet einen Kondensator aus zwei elektrisch in Reihe geschalteten Kapazitäten C1 und C2. Die Gesamtkapazität CG des Kondensators beträgt Da jede der Kapazitäten kleiner ist als 1,ist die Cesamtkapazität CG kleiner als die kleinste der Kapazitäten C1 und C2. Für die C-röße jeder dieser beiden Kapazitäten C1 und C2 gilt C= E.F d.
Hierin ist E die Dielektrizitätskonstante der betreffenden Schicht, F die Elektrodenfläche und d die Stärke der Schicht.
Für das Dielektrikum ist die Dielektrizitätskonstante e groß, so daß sich auch bei größerer Schichtdicke eine hohe Kapazität ergibt. Da für den Überzug in der Regel C relativ klein ist, muß zur Erzielung einer großen Kapazität die Schichtstärke d dieses Überzuges klein gemacht werden. Vorzugs-Weise ist diese Shichtstärke kleiner als 50 Rm und insbesondere kleiner als 10 ßm. Derartig dünne Schichten lassen sich durch Sputtern auftragen.
Bei einer weiteren Variante der Erfindung besteht der Überzug aus geschmolzenen Material des Dielektrikums. Da der Wert e des Dielektrikums beim Schmelzen abnimmt, darf die geschmolzene Schicht eine nur geringe Stärke haben.
Mit Hilfe eines Laserstrahls läßt sich beispielsweise die ZUfuhr von Heizenergie zur Oberfläche einer keramischen Platte so dosieren, daß lediglich eine Schicht, deren Stärke im Mikrometerbereich liegt, in eine glasartig erstarrende Schmelze überführt wird.
Wenn dagegen die Dielektrizitåtskonstante des Überzugs höher ist als diejenige des Dielektrikums ist die Kapazität beider Schichten praktisch die gleiche wie die Kapazität des Dielektrikums, auch wenn der Überzug eine Stärke hat, die größer ist als die angegebenen kleinen Werte.
Unter dem Begriff Keramik werden im vorliegenden Fall anorganische nichtmetallische Werkstoffe vorhanden, die überwiegend im kristallinen Zustand vorlieqen. Der Begriff umfaßt nicht den Fall, daß solche Materialien zu mehr als 90 % in der Glasphase vorliegen.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung ein Susführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
In der Zeichnung ist ein Querschnitt durch eine Gasentla- dungselektrode dargeste]lt.
Die abgebildete Elektrode weist ein keramisches Die]ektrikum 1 aus einer mehreren Millimeter starken Platte auf.
Die eine Seite der Platte 1 ist mit einer Metallschicht 2 bedeckt, die über einen Anschlußdraht 3 an eine Hochspannungsquelle anschließbar ist. Die gegenüberliegende Seite des Dielektrikums 1 ist mit einem glasartigen Überzug 4 beschichtet, der die mikrofeinen Poren in der Oberfläche des Dielektrikums 1 ausfüllt und eine glatte Aussenfläche aufweist. Der Überzug 4 ist nur wenige ßm stark.
Das Dielektrikum 1 besteht beispielsweise aus eine Bariumtitanat-Strontiumzirkonat-Keramik mit einer Dielektrizitätskonstante von etwa 10000. Der glasartige Überzug 4 kann aus Claslot (Blei-, Borat-, Glas) bestehen, dessen Dielektrizitätskonstante etwa 18 beträgt.
Bei einer alternativen Ausführungsform besteht das Dielektrikum aus einer Bariumtitanat-Strontiumzirkonat-Keramik mit einer Elektrizitätskonstante von 5000 und der Überzug 4 besteht aus Bariumtitanat, das aus der Schmelze erstarrt ist und eine Dielektrizitätskonstante von 10000 hat.
Gegenüber der dargestellten Entladungselektrode ist eine (nicht dargestellte) Gegenelektrode angeordnet und zwischen beiden Elektroden strömt das Prozeßgas hindurch, das durch Plasmaentladung chemisch verändert werden soll.
Die beschriebene Entladungselektrode eignet sich insbesondere für die Ozonerzeugung, bei der Sauerstoff durch stille Entladung in Ozon (03) umgesetzt wird. Durch die hohe Dielektrizitätskonstante und die glatte Außenfläche des Die].ektrikums 1 werden Spitzenentladungen und hohe örtliche Stromstärken vermieden. Dadurch wird die entstehende Verlustwärme verringert, so daß der Gasentladungsreaktor einen geringeren Energieverbrauch hat.
- Leerseite -

Claims

ANSPRUCHE 1. Elektrode für einen Gasentladungsreaktor, mit einer Metallschicht, die mit einem keramischen Dielektrikum bedeckt ist, d a d u r c h g e k e n n 2 e i c h n e t, daß das Dielektrikum (1) an seiner der Metallschicht (2) abgewandten Seite einen glasartigen Überzug (4) mit glatter Oberfläche aufweist.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dieiektrizitätskonstante des Uberzugs (4) höher ist als diejenige des Dielektrikums (3).
3. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dielektrizitätskonstante des Überzugs (4) kleiner ist als diejenige des Dielektrikums (1) und daß die Schichtstärke des Uberzugs kleiner ist als 0,15 mm, insbesondere kleiner als 50 jim.
4. Elektrode nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dai3 der Überzug (4) aus geschmolzenem Material des-Dielektrikums (1) besteht.