DE632749C

DE632749C - Process for the production of wick-like electrodes for metal vapor apparatus with at least one liquid electrode, in particular for mercury vapor discharge apparatus

Info

Publication number: DE632749C
Application number: DES107541D
Authority: DE
Inventors: Dr Rudolf Gottfried Berthold
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1932-12-20
Filing date: 1932-12-20
Publication date: 1936-07-13

Description

Verfahren zur Herstellung von dochtartigen Elektroden für Metalldampfapparate mit mindestens einer flüssigen Elektrode, insbesondere für Quecksilberdampfentladungsapparate Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dochtartigen Elektroden für Metalldampfapparate mit mindestens einer flüssigen Elektrode, insbesondere für Quecksilberdampfentladungsapparate.Process for the production of wick-like electrodes for metal vapor apparatus with at least one liquid electrode, in particular for mercury vapor discharge devices The invention relates to a method for producing wick-like electrodes for metal vapor apparatus with at least one liquid electrode, in particular for Mercury vapor discharge apparatus.

Es wurde bereits vorgeschlagen, in die flüssigen Elektroden von Entladunggapparaten sogenannte Elektrodendochte, z. B. Dochtkathoden, einzusetzen. Unter Dochtkathoden sind Einsatzkörper zu verstehen, die flüssiges Metall, beispielsweise Quecksilber, in Art eines Dochtes bis zu beträchtlicher Höhe hochzuziehen vermögen, so daß an dem freien Ende des Einsatzkörpers nur ein Minimum an Quecksilber austreten kann und die Oberfläche der Elektrodenflüssigkeit der Wärmewirkung der Ansatzstelle der Entladung, beispielsweise der Lichtbogenansatzstelle, praktisch vollkommen entzogen ist. Auf diese Weise ist es möglich, Metalldampfapparate herzustellen, bei denen die Entwicklung von Metalldampf auf das geringstmögliche Maß beschränkt ist. Die Herstellung von Elektroden, bei denen die vorerwähnte Dochtwirkung eintritt, ist mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden.It has already been proposed to use the liquid electrodes of discharge devices so-called electrode wicks, e.g. B. wick cathodes to use. Under wick cathodes are to be understood as insert bodies that contain liquid metal, such as mercury, be able to pull up to a considerable height in the manner of a wick, so that at only a minimum of mercury can escape from the free end of the insert body and the surface of the electrode liquid of the thermal effect of the attachment point Discharge, for example the point of the arc, is practically completely withdrawn is. In this way it is possible to manufacture metal vapor apparatus in which the development of metal vapor is limited to the lowest possible level. the Manufacture of electrodes in which the aforementioned wicking effect occurs associated with considerable difficulties.

Auch wurde bereits vorgeschlagen, Einsatzkörper für den in Rede stehenden Zweck zu verwenden, die mit Kapillaren oder Poren versehen sind, mittels deren die Kathodenflüssigkeit hochgezogen wird. Es zeigt sich, daß selbst hochbeständige Werkstoffe bei diesem Prozeß durch Legierung oder Verbindung mit dem flüssigen Elektrodenmetall chemisch und physikalisch verändert werden, so daß die Eigenschaften der aus solchen Stoffen hergestellten Einsatzkörper während des Betriebes der Entladungsapparate sich ändern. Das Ziel der auf diesem Gebiete vorgenommenen Untersuchungen und Arbeiten ging deshalb dahin, Dochtkörper zu schaffen, die eine vorzügliche Dochtwirkung auf das flüssige Elektrometall ausüben, ohne unter dem Einfluß der Elektrodenflüssigkeit chemische oder physikalische Umwandlungen durchzumachen, die auf die Dochtwrkung in irgendeiner Weise einwirken.It has also already been proposed to insert bodies for the one in question Purpose to use, which are provided with capillaries or pores, by means of which the Catholyte is drawn up. It turns out that even highly resistant materials in this process by alloying or bonding with the liquid electrode metal chemically and physically changed, so that the properties of the resulting Insert bodies produced during the operation of the discharge apparatus change. The aim of the research and work carried out in this area therefore went to create wick bodies that had an excellent wick effect Exercise the liquid electro-metal without being under the influence of the electrode liquid undergo chemical or physical transformations that affect the wicking act in any way.

Gemäß der -vorliegenden Erfindung wird bei der Herstellung von dochtartigen Elektroden der vorerwähnten Art so verfahren, daß pulveriges, gegebenenfalls sehr fein pulveriges reines Wolfram, Tantal, Niob, Mölybdän, Aluminiumoxyd oder eine seltene Erde für sich allein oder-in Verbindung oder Mischung oder Legierung miteinander oder mit anderen Stoffen bei sehr hohen Temperaturen so schwach gesintert wird,. daß die von scharfkantigen Körnern umgrenzten Kapillaren des Sinterkörpers erhalten bleiben. Die Sinterung wird bei sehr hohen Temperaturen so schwach ausgeführt, daß die scharfkantige Beschaffenheit der Pulverkörnchen noch erhalten bleibt: Die -Sinterung erfolgt zweckmäßig in @örnieri,-- beispielsweise in" Kohleformen, und-=äviriW=naclder vorliegenden, Erfindung vorzugsweise unter Vakuum, unter indifferentem Gas, beispielsweise Edelgäsr, oder aber unter stark reduzierten Gasen,'beespielsweise Wasserstoff, vorgenommen. Dis Wolframpulver kann in Kohleformen gefüllt werden, die so bemessen und ausgebildet sind, daß der Wolframkörper die gewünschte Dochtform erhält.According to the present invention in the production of wick-like Electrodes of the aforementioned type proceed so that powdery, possibly very fine powdery pure tungsten, tantalum, niobium, Mölybdän, aluminum oxide or a rare earth on its own or in combination or mixture or alloy with one another or is so weakly sintered with other materials at very high temperatures. that the capillaries of the sintered body, which are bordered by sharp-edged grains, are preserved stay. The sintering is carried out so weakly at very high temperatures that the sharp-edged texture of the powder grains is still preserved remain: The sintering takes place expediently in @ örnieri, - for example in "charcoal forms, and- = AviriW = according to the present invention, preferably under vacuum, under indifferent Gas, for example Edelgäsr, or under strongly reduced gases, for example Hydrogen. The tungsten powder can be filled in charcoal molds, which are dimensioned and designed so that the tungsten body has the desired wick shape receives.

In vielen Fällen kann man einfache zylindrische Stifte aus Wolframpulver in der vorerwähnten Weise herstellen. Mitunter, nameptlich bei Entladungsapparaten sehr hoher Leistung, empfiehlt es sich jedoch, von einfachen Körperformen abzugehen und Formen zu verwenden, durch die das Hochfördern der Elektrodenflüssigkeit mit begünstigt wird. Zu diesem Zweck kann man die Außenflächen der Einsatzkörper mit Steiglinien, beispielsweise Rillen, versehen, die gegebenenfalls schraubenförmig gewunden um den Dochtkörper herumgeführt sind.In many cases, you can use simple cylindrical pins made from tungsten powder manufacture in the aforementioned manner. Sometimes, especially with unloading equipment very high performance, however, it is advisable to move away from simple body shapes and to use molds through which the electrode liquid is pumped up with is favored. For this purpose, you can use the outer surfaces of the insert body Rise lines, for example grooves, provided, which may be helical are wound around the wick body.

Durch Wahl der Korngröße des Wolframpulvers kann man den Quecksilberquerschnitt innerhalb der Dochtkörper beeinflussen. Dies kann auch dadurch- geschehen; daß man das Wolframpulver vor oder während des Sinterns verschieden stark. in die Formen preßt. Es ist selbstverständlich, daß auch beide Wege zur Beeinflussung des Quecksilberquerschnitts eingeschlagen werden können, d. h. man kann einerseits eine Beeinflussung durch die Körnung und Korngröße des äußerst scharfkantigen Wolframpulvers und andererseits eine Beeinflussung durch Veränderung des Druckes vor oder bei der Herstellung der Dochtkörper vornehmen. Bei genügend starkem Herstellungsdruck kann man die den Dochtkörper aufnehmende Form nach dem Pressen entfernen und den Dochtkörper, der so bereits genügend große. Eigenfestigkeit aufweist, frei sintern.By choosing the grain size of the tungsten powder, one can determine the mercury cross-section affect within the wick body. This can also happen through this; that he the tungsten powder varies in strength before or during sintering. into the forms presses. It goes without saying that both ways of influencing the mercury cross-section can be taken, d. H. one can on the one hand an influence through the grain size and grain size of the extremely sharp-edged tungsten powder and on the other hand an influence by changing the pressure before or during the production of the Make wick body. If the manufacturing pressure is strong enough, the wick body can be removed Remove the female mold after pressing and remove the wick body, which is already so big enough. Has inherent strength, sinter freely.

Mitunter empfiehlt es sich, daß die Dochtkörper an verschiedenen Stellen verschiedene Dichte, die also verschiedenen Quecksilberquerschnitt im Dochtkörper zur Folge hat, aufweisen. So ist es z. B vorteilhaft, am Kopf des Dochtes, an dem ein geringerer Quecksilberquerschnitt gewünscht wird, feinere Poren und- Kapillaren im Dochtkörper vorzusehen, während weiter unten -gröbere Kanäle vorhanden sind. Man kann dies bei der Herstellung der Dochtkörper dadurch erreichen, daß man zur Herstellung- eines Dochtkörpers Wolframpulver verschiedener. Körnung verwendet. Für den Kopf des Dochtkörpers verwendet man feineres Pulver als für die unteren Teile des Dochtkörpers. Es ist leicht möglich, feinere und gröbere Bestandteile in einem Arbeitsgang miteinander zu v erpressen.Sometimes it is advisable that the wick body in different places different densities, i.e. the different mercury cross-sections in the wick body has the consequence. So it is z. B advantageous, on the head of the wick on which a smaller mercury cross-section is desired, finer pores and capillaries to be provided in the wick body, while further down there are coarser channels. You can achieve this in the manufacture of the wick body in that one to Manufacture of a wick body of various tungsten powder. Grit used. A finer powder is used for the head of the wick body than for the lower ones Parts of the wick body. It is easily possible to have finer and coarser components to be pressed together in one operation.

= Es läßt sich bei dem neuen Dochtkörper @'erreichen, daß das Verhältnis der Adhäsionskante des flüssigen Metalles zu dem Querdes einzelnen Metall führenden Ka-'` nales verhältnismäßig groß wird. Weil nun die Austrittsarbeit an der Adhäsionskante offensichtlich kleiner ist als die der reinen Metalloberfläche, läßt sich auf diese Weise eine gute Kühlung (Abstrahlung vom festen Metall), ein geringerer Spannungsabfall (Kathodenfall) und ein kleinerer spezifischer Metalldampfverbrauch erreichen.= With the new wick body @ 'it can be achieved that the ratio the adhesive edge of the liquid metal leading to the transverse of the single metal Ka- '' nales is comparatively large. Because now the work function on the adhesive edge is obviously smaller than that of the pure metal surface, can be applied to this Way a good cooling (radiation from the solid metal), a lower voltage drop (Cathode drop) and achieve a smaller specific metal vapor consumption.

Die nach denn neuen Verfahren hergestellten Dochtkörper haben den Vorteil, daß sie eine außerordentlich große Aufsaugefähigkeit (Kapillarwirkung) aufweisen, ohne daß die Gefahr der Bildung störender Verbindungen oder Legierungen zwischen dem Dochtkörper und der hochzuziehenden Elektrodenflüssigkeit auftritt. Hierdurch aber erreicht man, daß die .Gefahr der Verunreinigung oder Vergiftung der Dochtkörper praktisch ausgeschlossen wird.The wick bodies produced by the new process have the Advantage that they have an extraordinarily high absorption capacity (capillary effect) without the risk of the formation of disruptive compounds or alloys occurs between the wick body and the electrode liquid to be drawn up. In this way, however, one achieves that the risk of contamination or poisoning the wick body is practically excluded.

Der neue Dochtkörper ermöglicht es, die Elektrodenflüssigkeit bis zu beträchtlichen Höhen hbchzuziehen, d. h. bis zu Höhen, die im allgemeinen weitaus größer sind als der Innendurchmesser des die Elektrodenflüssigkeit aufnehmenden Behälters. Mitunter kann die Länge der Dochtkörper sogar ein Vielfaches des Innendurchmessers der Kathodenbehälter betragen, da die Förderung der Elektrodenflüssigkeit auch noch bis zu solchen Längen der Dochtkörper vollkommen sicher und zuverlässig erfolgt, ohne daß ein Trockenbrennen des Dochtkörpers zu befürchten wäre. Ein Trockenbrennen des Dochtkörpers ist aus dem Grunde unerwünscht, weil hierdurch die Entladung mitunter gezwungen wird, an tieferliegenden Stellen des Dochtkörpers anzusetzen.The new wick body makes it possible to keep the electrode liquid up pulling up to considerable heights, d. H. up to heights that are generally far are larger than the inner diameter of the electrode liquid receiving Container. Sometimes the length of the wick body can even be a multiple of the inner diameter the cathode container, since the delivery of the electrode liquid also still the wick body is completely safe and reliable up to such lengths, without fear of dry burning of the wick body. A dry burn the wick body is undesirable for the reason that it sometimes causes discharge is forced to start at deeper points of the wick body.

Bein Sintern in Formen kann man für die Formen selbst einen Werkstoff wählen, der mit dem zu sinternden Metallpulver eine feste Bindung chemischer oder physikalischer oder physikochemischer Art eingeht, so daß der Docht an der Außenfläche eine geringere Kapillarwirkung zeigt als im Innern und deren Außenhaut keinerlei Neigung besitzt, der Entladung Ansatzstellen zu bieten. Es wird auf diese Weise eine natürliche Schutzhülle am Dochtkörper erzielt. Es erübrigt sich dann, die Dochtkörper, wie dies früher vorgeschlagen wurde, mit einer besonderen Schutzhülle, beispielsweise einer Schutzhülle ius Isolierstoff (Quarz, gesintertem Aluniniumoxyd o. dgl.), zu versehen. Man er-:ielt somit von vornherein eine Schutzhülle, tn der die .Entladung selbst dann nicht ansetzt, wenn die Förderung des flüssigen Elektrodenmetalls aus irgendwelchen betriebstechnischen Gründen vorübergehend nicht so gut ist, wie dies normalerweise der Fall sein sollte. Der Mantel des Dochtkörpers darf aus dem Grunde nicht zum Ansetzen der Entladung bzw. des Lichtbogens neigen, weil sonst die Gefahr besteht, daß die Entladung am Mantel des Dochtkörpers bis zum flüssigen Elektrodenmetallvorrat herabläuft, wie dies bei den schon früher vorgeschlagenen Einsatzstiften der Fall ist.When sintering in molds, you can use a material for the molds themselves choose a chemical or solid bond with the metal powder to be sintered physical or physicochemical enters, so that the wick on the outer surface shows a lower capillary effect than inside and the outer skin does not show any Has a tendency to offer points of attachment to the discharge. It gets that way achieved a natural protective cover on the wick body. It is then superfluous, the wick bodies, as previously suggested, with a special protective cover, for example a protective cover ius insulating material (quartz, sintered aluminum oxide or the like), too Mistake. A protective cover was thus obtained from the outset for the discharge not even then when promoting the liquid electrode metal temporarily not as good as for some operational reasons this should normally be the case. The coat of the wick body may come out of the Basically, do not tend to start the discharge or the arc, because otherwise there is a risk that the discharge on the jacket of the wick body to the liquid Electrode metal supply runs down, as was the case with those previously proposed Insert pins is the case.

Zur Herstellung von Dochtkathoden kommen außer Wolfram auch noch andere Metalle in Frage, die eine große Temperaturbeständigkeit, geringe Zerstäubung bei elektrischer Entladung, geringe Löslichkeit in flüssigen Elektrodenmetallen, geringe elektrische Leitfähigkeit und gegebenenfalls auch geringe Wärmeleitfähigkeit, hingegen jedoch ausgezeichnete Wärmeabstrahlungsfähigkeit aufweisen. Als Werkstoffe dieser Art -kommen neben Wolfram insbesondere Niob, Tantal und Molybdän in Frage. Neben Dochtkörpern aus reinen Metallen ist es auch möglich, Dochtkörper zu entwickeln, die aus Gemischen, chemischen Verbindungen oder Legierungen zwischen Metallen der vorerwähnten Art mit anderen Elementen bestehen. In jedem Fall kommt es darauf an, daß ein Körper erzielt wird, der den vorerwähnten Anforderungen genügt und eine ausreichend gute Dochtwirkung aufweist. Es wird hier namentlich auch auf Carbide der vorerwähnten Metalle, beispielsweise Wolframcarbid, hingewiesen, aber auch Isolierwerkstoffe, wie Aluminiumoxyd, insbesondere hochgesintertes Aluminiumoxyd, oder sinterbare Verbindungen seltener Erden können dem in Rede stehenden Zweck nutzbar gemacht werden.In addition to tungsten, other materials are also used to manufacture wick cathodes Metals in question, which have a high temperature resistance, low atomization electrical discharge, low solubility in liquid electrode metals, low electrical conductivity and possibly also low thermal conductivity, however however, have excellent heat radiation ability. As materials of this In addition to tungsten, niobium, tantalum and molybdenum are particularly suitable. Next to With wick bodies made of pure metals, it is also possible to develop wick bodies, those made of mixtures, chemical compounds or alloys between metals of the the aforementioned type with other elements. In any case, it depends that a body is achieved that meets the aforementioned requirements and one has a sufficiently good wicking effect. It is named here also on carbides the aforementioned metals, for example tungsten carbide, pointed out, but also insulating materials, such as aluminum oxide, especially highly sintered aluminum oxide, or sinterable compounds rare earths can be made usable for the purpose in question.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of wick-like electrodes for metal vapor apparatus with at least one liquid electrode, in particular for mercury vapor discharge apparatus, characterized in that powdery, optionally very finely powdered pure tungsten, tantalum, niobium, molybdenum, aluminum oxide or .a rare earth alone or in combination or Mixtures or alloys with one another or with other substances are sintered so weakly at very high temperatures that the capillaries of the sintered body, which are bordered by sharp-edged grains, are retained. z. Method according to Claim i, characterized in that the sintering is carried out in a form preferably made of S Kohlß. 3. The method according to claim i or characterized in that the sintering takes place under vacuum. 4. The method according to claim i or 2, characterized in that the sintering takes place under an inert gas, for example noble gas. 5. The method according to claim i or 2, characterized in that the sintering is carried out under strongly reducing gases, for example hydrogen. 6. The method according to claim i ti or z, characterized in that the wick body is formed partly from finer and partly from coarser tungsten powder. 7. The method according to claim i or characterized in that the tungsten powder is held under high pressure before or during sintering. B. The method according to claim i, characterized in that the form receiving the wick body is removed after pressing and the wick body is freely sintered. 9. The method according to claim i, characterized in that the wick body is provided with finer pores and capillaries than in the other parts in order to reduce the silver cross section on the head. ok Method according to claim 1 or 2, characterized in that a material is used to form a protective jacket on the wick body as the material for the shape receiving the wick body, which forms a firm chemical, physical or physicochemical bond with the metal powder to be sintered The formation of an electrical discharge on the outer skin is excluded. ii. Method according to claim i, characterized in that the wick body is produced by sintering tungsten carbide powder. i2. Device for the method according to Claim 2, characterized in that the molds receiving the body to be sintered are provided on the inside with grooves which optionally run along helically wound rising lines.