DE7341925U

DE7341925U - Gitterelektrode fuer elektronenroehre

Info

Publication number: DE7341925U
Application number: DE19737341925U
Authority: DE
Original assignee: BBC AG
Current assignee: BBC AG
Priority date: 1973-11-07
Filing date: 1973-11-24
Publication date: 1975-11-20
Also published as: NL7414383A; CH566072A5; GB1483120A; US3971964A; FR2250195B3; DE2358583A1; FR2250195A1

Description

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Gie., Baden (Schweiz)

/ Gitterelektrode für Elektronenröhre

7341925 20.1175

Die vorliegende Neuerung betrifft eine Gitterelektrode für Elektronenröhren*

Es ist bereits bekannt, aus Elektrographit bestehende Röhrenelektroden in der Form eines geschlitzten Kohlzylinders, dessen Schlitze schräg zu den Mantellinien des Hohlzylinders verlaufen, zu verwenden.

Erfahrungsgemäss haften solchen Gitteranordnungen speziell für Hochvakuumröhren einige Nachteile an, die ihre technische Anwendung nur im beschränktem Masse erlauben. Die Herstellung von Gitterkonfigurationen aus Hohlzylindern, erfolgt im allgemeinen durch werkstoffabtragende Arbeitsverfahren wie Schleifen, Fräsen oder durch Ultraschallverfahren, wobei sich die Stegabmessungen der gitterförmigen Aussparungen, d.h., Stegbreite, Stegabstand und Wandstärke nach Massgabe der erwünschten Röhrencharakteristik zu richten haben.

Im allgemeinen liegen die Stegabmessungen grössenordnungsmässig bei einigen zehntel Millimeter. Unter Voraussetzung der Anwendung sehr feiner Bearbeitungsmethoden ist die untere Begrenzung der Stegabmessung durch die Körnung des Materials bestimmt, da bei der Bearbeitung Ausbrüche auftreten, wenn die Stegabmessungen die Grössenordnung der

117/73 A i

Körnung erreichen. Infolgedessen können entsprechende Gitteranordnung r:ach Massgabe der Korngrösse der jeweils verwendeten Graphitqualität nur bis zu einer bestimmten unteren Grenze hinsichtlich der Stegabmessungen hergestellt werden. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass bei Gittergebilden, die aus sich kreuzenden Radial- und Längsstegen bestehen, die Kreuzungsstellen aus werkzeugbedingten Gründen einen mehr oder weniger grossen Krümmungsradius aufweisen, wodurch die freie Gitterfläche reduziert wird und eine entsprechende Korrekttö: durch Verminderung der Stegbreite vorgenommen v/erden muss, die aber dann nicht mehr möglich ist, wenn die Stegabmessungen bereits an der unteren Grenze liegen.

Bei Gitteranordnungen, die aus metallischen Drähten und Stäben zusammengesetzt sind oder aus perforierten metallischen Hohlzylindern bestehen, treten diese Nachteile nicht auf, um für solche Gittersysteme die vorteilhaften Eigenschaften von Kohlenstoff ausnützen zu können, bietet sich die Bedeckung mit pyrolytischern Graphit, an.

Für Hcchleistungsröhren kommen hierfür als Trägerwerkstoffe vorwiegend Hochtcmperaturmetalle wie Wolfram, Molybdän oder Tantal in Betracht. Das sind Werkstoffe, die in Anwesenheit von Kohlenstoff unter thermischen Bedingungen, wie sie

7341925 20.1175

_ 4 - 117/73

pyrolytische Prozesse erfordern, Karbide bilden und infolgedessen verspröden, wodurch die Stossfestigkeit entsprechender Gitteranordnungen in erheblichem Hasse beeinträchtigt wird, falls keine Zwischenschichten aus nicht karbidbildenden Stoffen als Diffusionssperre eingebaut werden, die ihrerseits wieder zu schwer beherrschbaren Haftschwierigkeiten führen können. Weiterhin ist in diesem Zusammenhang zu konstatieren, dass die Bedeckung von Gittern aus Molybdän- oder Wolframdrähten mit pyrolytischem Graphit infolge der unterschiedlichen thermischen Dehnung von Kern- und Schichtmaterial unter Betriebsbedingungen zu Ablösungen und/oder irreversible Gitterdeformationen führen können.

Insbesondere sind es leichte Bearbeitbarkeit, geringes Gewicht, gute Formbeständigkeit und relativ niedriger Preis, welche die Anwendung von Elektrographit aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten als vorteilhaft erscheinen lassen.

Y/eiterhin haben hohe Abstrahlung, gute Entgasbarkeit, niedriger Dampfdruck bei hoher Sublimationstemperatur in Verbindung mit hoher Austrit.tsarbeit, geringe Sekundäremission sowie relativ gute elektrische und thermische Leitfähigkeit der Anwendung von Elektrographit in der Elektronenröhrentechnik ein breites Anwendungsgebiet gesichert.

7341925 20.1175.

- 5 - ¹W 73 /IO

Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer Gitterelektrode für Elektronenröhren, welche die vorangehend angeführten Nachteile der bereits bekannten Konstruktionen nicht aufweist.

Die erfindungsgeraässe Gitterelektrode ist dadurch gekennzeichnet, dass der das eigentliche Gitter bildende Teil der Elektrode aus Kohlenstoffgarnen oder -fäden (3) besteht, die vollständig mit pyrolytischem Graphit überzogen sind..

Die Vorteile der Verwendung von Kohlenstoffgarnen oder —fäden sind offensichtlich. Wie bei metallischen Drähten kann der Durchmesser der zur Anwendung gelangenden Garne oder Fäden sehr genau und in einfacher Weise den elektrischen Erfordernissen angepasst werden, ohne dass eine nachträgliche Pyrolyse wie im Falle metallischer Träger eine unerwünschte Versprödung . des Trägerwerkstoffes durch Karbidbildung herbeiführt oder die mit der Einfügung von Diffusionssperren im Zusammenhang stehenden Haftschwierigkeiten auftreten.

Die Abmessungen der Gitterstege sind nicht wie im Falle mechanisch bearbeiteter Graphit-Hohlzylinder durch Werkzeugauslegung und/oder Graphitqualität begrenzt.

7341925 20.1175

Für einige Verwendungszwecke ist es sweckmässig, wenn die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoff— garne oder -fäden in äquidistanten Abständen zueinander in einer Zylinderraantelflache verlaufend und parallel zur Längsaxe dieses Zylinders angeordnet sind. Dabei kann es

* vorteilhaft sein, wenn die achsparallel verlaufenden, mit

pyrolytischein Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden VGZi in der Zylindermantelfläche ring- oder schraubenlinien-

\ förmig verlaufenden, mit pyrolytischem Graphit überzogenen

Kohlenstoffgarnen oder -fäden umgeben und an den gemeinsamen Kreuzungsstellen elektrisch leitend fest miteinander verbunden sind» ^r

Es kann auch zweckmässig sein, wenn die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden sich kreuzende, schraubenlinienförmig verlaufende Scharen bilden, und deren Kreuzungsstellen elektrisch leitend fest miteinander verbunden sind.

Es ist vorteilhaft, wenn die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden an ihren gemeinsamen Kreuzungsstellen miteinander verlötet sind. Dabei kann das Lot zum Beispiel aus 35% Au, 35% Ni und 30% Mo bestehen.

7341925 20.1175

117/73 /I Λ,

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Gitterelektrode, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man die mit pyrolytischem Graphit beschichteten Kohlenstoffgarne oder -fäden an ihren einem Ende an einem ersten Halteteil befestigt, darauf die beschichteten Kohlenstoffgarne oder -fäden unter eine vorgegebene Vorspannung setzt und dann in einem dem Betriebszustand der Gitterelektrode entsprechenden Abstand vom ersten Halteteil mit einem zweiten Halteteil fest verbindet.
ϊ

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Es zeigen :

Figur 1 ein Verfahren zur Herstellung einer beispielsweisen Ausführungsform einer erfindungsgemässen Gitterelektrode;

Figur 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Figur Ij

Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Figur 1; und

Figuren 4 bis 6 in Seitenansicht dröi verschiedene beispielsweise Ausführungsformen von erfindungsgemässen Gitterelektroden für Röhren mit unterschiedlicher Röhrencharakteristik.

7341925 20.11.75

117/73 - ο -

Zur industriellen Herstellung von Kohlenstoff-Fäden (C-Fäden oder C-Garne) v/erden organisch polymere Fäden bei 200 bis 400⁰C verkohlt und einer nachfolgenden Hochtemperaturbehandlung ausgesetzt.

Je nach der Hochtemperaturbehandlung handelt es sich um amorphen Kohlenstoff oder Graphit. Als Ausgangsmaterial dienen zum Beispiel Fäden aus Zellulose, Polyakrylonitryl oder Kunstseide-Rayon.

Solche Kohlenstoff-Fäden weisen eine sehr gute Zugfestigkeit aber eine sehr kleine Scherfestigkeit auf. Bei leichtem Querdruck zerbrechen sie schon. Um diesen Nachteil ausreichend zu vermindern, v/erden die Kohlenstoff-Fäden nun mit einer gut haftenden Pyrographitschicht vollständig bedeckt.

Anhand von Versuchergebnissen wurde festgestellt, dass sich mit einer Schichtstärke der Pyrographitschicht voH 30 bis 40 um eine ausreichende Verfestigungswirkung erzielen lässt.

Die pyrolytische Abscheidung erfolgt zum Beispiel bei einer Temperatur von 2000°Celsius in einer strömenden Benzol-Wasser stoff atmosphäre mit einem Mischungsverhältnis 0,25:5,0 von Benzol zu Wasserstoff, was eine Wachstumsgeschwindigkeit

7341925 20L1I75

der Pyrolytschicht von etwa 11 pn pro Minute bei konstanter Fadentemperatur gibt. Hinsichtlich Haftung und Schichtstruktur der Pyrolytschicht konnten bei Anwendung der Stromändecungsmethode, das heisst der Pyrolyseprozess erfolgt bei zunehmender Fadentemperatur, keine grundsätzlichen Unterschiede in der Pyrolytschicht festgestellt werden, dagegen wurden in der

n. -1..J ^ui -

konstanter Fadentemperatur erwies sich die Wachstumsgeschwindigkeit der Pyrolytschicht um den Faktor 3 schneller als bei Durchführung des Pyrolyseverfahrens bei zunehmender Fadentemperatur, wobei bei dem Verfahren mit konstanter Fadentemperatur gewisse Startprobleme auftreten.

Pyrographit entsteht durch thermische Zersetzung von gasförmigen Kohlewasserstoffen. Charakteristisch für Pyrographit ist seine säulenförmige Struktur und die ausgeprägte Anisotropie seiner Eigenschaften. Das Wachstum der Säulen vollzieht sich senkrecht zur Substjatoberflache und senkrecht zur üexagonalen Kristallebene, als c-Richtung gekennzeichnet.

In a-Richtung, also parallel zur hexagonalen Kristallebene oder zur Substratoberfläche sind die Säulen dichtgepackt. Die Feinheit der Säulenstruktur hängt unter anderem wesentlich von der Oberflächenbeschaffenheit des Substrates ab.

7341925 2(L1I75

117/73 - 10 -

Das Anisotropieverhältnis für die Wärmeleitfähigkeit K Aa/ ,Ac) beträgt etwa 100 und für die elektrische Leitfähigkeit ( Xa/ Xc) etwa 1000.

Der Pyrolyseprozess wird zweckmässig bei Temperaturen von

ο ο

etwa 1600 bis 2200 Celsius durchgeführt, wobei man vorteilhafterweise Pyrographitschichten mit einer Dicke von etwa 30 bis 40 um auf den Kohlenstoff-Fäden erzeugt.

Zur Herstellung der in Figur 1 dargestellten Gitterelemente geht man so vor, dass man den ringförmigen Halteteil 1 und den scheibenförmigen Halteteil 2 .in einer nicht dargestellten Montagelehre genau fixiert. Um die das Gitter bildenden, mit pyrolytischem Graphit vollständig überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden 3 in äquidistanden Abständen zueinander in einer Zylindermantelfläche verlaufend und parallel zur Längsaxe dieses Zylinders anordnen zu können, weisen beide Halteteile 1 und 2 parallel zur Zylinderlängsachse verlaufende Bohrungen 4 auf, in welche die beschichteten Kohlenstoffgarne oder -fäden 3 eingeführt werden.

In einem nächsten Schritt werden die Bohrungen 4 im unteren Halteteil 1 mit einem feinkörnigen Lötpulver bedeckt und die Fäden oder Garne 3 unter Anwendung von Hochfrequenz in Vakuum oder einer inerten Atmosphäre eingelötet. Anschliessend

734192& tarn»

werden die Fäden oder Garne 3 mittels an ihren den Lotstellen abgewandten Enden befestigten Federn 5 unter Vorspannung gesetzt. Danach werden die Durchführungsbohrungen 4 im , oberen Halteteil 2 mit Lötpulver bedeckt, wonach die Ver-] lötung der Fäden oder Garne 3 im oberen Halteteil 2 wie

bereits erläutert, erfolgen kann. Auf diese Weise weisen •die mit pyrolytischem Graphit beschichteten Fäden oder Garne im fertig montierten Zustand der Gitterelektrode eine genaia bestimmte Vorspannung auf.

Als Lötpulver kann zum Beispiel ein aus 35% Au, 35% Ni und 30% Mo bestehendes Pulver verwendet werden.

In Figur 4 ist eine Ausführungsform einer Gitterelektrode dargestellt, bei welcher die achsparallel verlaufenden, mit pyrolytischem Graphit beschichteten Kohlenstoffgar.^e oder -fäden 3 von in der Zylindermantelfläche ringförmig verlaufenden, ebenfalls mit pyrolytischem Graphit beschichteten Kohlenstoffgarnen oder -fäden 6 umgeben und an den gemeinsamen Kreuzungsstellen elektrisch' leitend fest miteinander verbunden sind.

Bei der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform einer Gitterelektrode wird ein unterer kreisringförmiger Halteteil 1 und ein oberer, als Gitterkopf in zylindrischer Ausführung

117/73 J £

mir abschliessendem Gitterkopfdeckel ausgebildeter He.lteteil *2' verwendet_f wobei die achsparallel verlaufende^ mit pyrolytischem Graphit beschichteten Kohlenstoffgarne oder -fäden 3 von in der Zylindermantelfläche schraubenlinienförmig verlaufenden, ebenfalls mit pyrolytischem Graphit beschichteten Kohlenstoffgarnen oder -fäden 7 umgeben und an den gemeinsamen Kreuzungsstellen elektrisch leitend fest miteinander verbunden sind.

In Figur 6 ist eine v/eitere beispielsweise Ausführungsform einer Gitterelektrode dargestellt, bei welcher der untere und der obere Halteteil I¹ bzw. 2 scheibenförmig ausgebildet sind. Die mit pyrolytischem Graphit beschichteten Kohlenstoffgarne oder -fäden 3 bilden sich kreuzende, schraubenlinienförmig verlaufende Scharen und sind an den Kreuzungsstellen elektrisch leitend fest miteinander verbunden.

Claims

Schutzansprüche

1. Gitterelektrode für Elektronenröhre, dadurch gekennzeichnet, dass der das eigentliche Gitter bildende Teil der Elektrode aus Kohlenstoffgarnen oder -fäden (3) besteht, die vollständig mit pyrolytischem Graphit überzogen sind.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffgarne oder -fäden (3) aus Elektrographit bestehen.

3ο Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden (3) an ihren Enden an je einem metallischen oder aus Elektrographit bestehenden Halteieil (1,2) befestigt sind.

4. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoff garne oder -fäden (3) in äquidistanten Abständen zueinander in einer Zylindermantelfläche verlaufen und parallel zur Längsaxe dieses Zylinders angeordnet sind.

7341925 20.1175

5. Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die achsparailel verlaufenden, mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden

(3) von in der Zylindermantelfläche ring- oder schraubenlinienförmig verlaufenden, mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarnen oder -fäden (6 bzw. 7) umgeben und an den gemeinsamen Kreuzungsstellen elektrisch leitend fest miteinander verbunden sind«

6. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden (3) sich kreuzende, schraubenlinienförmig verlaufende Scharen bilden, und deren Kreuzungsstellen elektrisch leitend fest miteinander verbunden sind.

7. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Halteteile (1) kreisringförmig ausgebildet ist und Bohrungen (4) zur Aufnahme der mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden (3) aufweist.

8. Elektrode ncch Anspruch 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eicar der Halteteile (2) scheibenförmig ausgebildet ist und Bohrungen zur Aufnahme der mit pyrolytischem Graphit überzogenen

-Vt- ζ

Kohlenstoffgarne oder -fäden (3) aufweist.

9. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Halteteile als Gitterkopf (2¹) ausgebildet ist.

10„ Elektrode nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden (3,6,7) an ihren gemeinsamen Kreuzungssteilen miteinander verlötet

11. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mit pyrolytischem Graphit überzogenen Kohlenstoffgarne oder -fäden (3) an ihren Halteteilen (1,2,2·) festgelötet sind.

12. Elektrode nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot aus 35% Au, 35% Ni und 30% Mo besteht.