JPH0697865B2 - Cathode for thermoelectron power generation element and manufacturing method thereof - Google Patents

Cathode for thermoelectron power generation element and manufacturing method thereof

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JPH0697865B2
JPH0697865B2 JP60082073A JP8207385A JPH0697865B2 JP H0697865 B2 JPH0697865 B2 JP H0697865B2 JP 60082073 A JP60082073 A JP 60082073A JP 8207385 A JP8207385 A JP 8207385A JP H0697865 B2 JPH0697865 B2 JP H0697865B2
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metal
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美治 茅根
房雄 藤田
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康志 横山
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、熱電子発電素子の陰極及びその製造方法に係
り、特に従来用いられていた薄肉黒鉛シェルを不要と
し、発電効率の向上と製作コストのダウンとを可能とし
た熱電子発電素子の陰極及びその製造方法に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cathode of a thermoelectron power generation element and a method for manufacturing the same, and in particular, does not require a thin-walled graphite shell that has been conventionally used, and improves power generation efficiency and manufacture. The present invention relates to a cathode of a thermoelectron power generation element that enables cost reduction and a manufacturing method thereof.

[従来の技術] 熱電子発電は熱エネルギを電気エネルギに直接変換する
直接発電の一方式であり、発電素子としては第2図に示
す断面構造のものが知られている。
[Prior Art] Thermoelectron power generation is a method of direct power generation in which heat energy is directly converted into electric energy, and a power generation element having a cross-sectional structure shown in FIG. 2 is known.

同図に示すように、陰極(エミッタ)1は一端が半球状
に閉塞された円筒状の基体2と、この基体2の内面に密
着形成された陰極本体としての金属又は合金(以下、本
明細書において合金を含めて金属と略称する。)層3
と、基体2の外面に被着された保護被膜4とから形成さ
れている。基体2は支持部材としての機能を有し、熱伝
導性に優れた黒鉛などが適用されている。金属層3には
熱電子を放出しやすい仕事関数の大きな材料が望まし
く、一般にタングステン(W)が適用されている。保護
被膜4には耐熱性・耐酸化性に優れたセラミックス例え
ば炭化珪素(SiC)が適用されている。
As shown in the figure, a cathode (emitter) 1 has a cylindrical base body 2 with one end closed in a hemispherical shape, and a metal or alloy (hereinafter, referred to as the present specification) as a cathode body that is closely formed on the inner surface of the base body 2. Abbreviated as metal including alloy in the text.) Layer 3
And a protective coating 4 applied to the outer surface of the base body 2. The base 2 has a function as a support member, and graphite or the like having excellent thermal conductivity is applied. For the metal layer 3, a material having a large work function that easily emits thermoelectrons is desirable, and tungsten (W) is generally applied. The protective coating 4 is made of ceramics having excellent heat resistance and oxidation resistance, such as silicon carbide (SiC).

この陰極1の内側に、陰極1と相似形を有する陽極(コ
レクタ)5が、所定の間隔を保持させて同軸上に配置さ
れている。この陽極5には仕事関数の小さな材料である
ニッケル(Ni)が一般に適用されている。また、陽極5
は冷却材(空気等)6によって冷却されるようになって
おり、陰極1と陽極5の間隔部7には、一般に、セシウ
ムなどの電離しやすいガスが封入されている。このよう
に構成された熱電子発電素子は、その陰極1の半球状の
頭頂部外面が高温の雰囲気中に配置されるように、炉壁
8等を貫通させて設置されている。
Inside the cathode 1, an anode (collector) 5 having a similar shape to the cathode 1 is coaxially arranged with a predetermined interval. Nickel (Ni), which is a material having a small work function, is generally applied to the anode 5. Also, the anode 5
Is cooled by a coolant (air or the like) 6, and a space 7 between the cathode 1 and the anode 5 is generally filled with a gas such as cesium which is easily ionized. The thermoelectron power generation element configured in this manner is installed through the furnace wall 8 and the like so that the outer surface of the hemispherical crown of the cathode 1 is placed in a high temperature atmosphere.

そして、例えば高温のガス流(図示矢印9)によって加
熱された金属膜3から放出される熱電子が陽極5に流入
され、陰極1と陽極5間に接続された図示していない負
荷に電力が供給されるようになっている。
Then, for example, thermoelectrons emitted from the metal film 3 heated by the high temperature gas flow (arrow 9 shown in the figure) flow into the anode 5, and electric power is supplied to a load (not shown) connected between the cathode 1 and the anode 5. It is being supplied.

[発明が解決しようとする問題点] このような原理により発電する熱電子発電素子にあっ
て、基体6は発電特性に何ら寄与するものではなく、む
しろ金属層3への伝熱量の増大という観点からは無い方
が好ましい。また、この基体3は、従来、黒鉛を一端封
じの円筒シェル(殻体)形状にくり抜いたものが用いら
れているのであるが、このシェル製作コストがかなり高
くなっていた。
[Problems to be Solved by the Invention] In the thermoelectron power generation element that generates power by such a principle, the base 6 does not contribute to power generation characteristics at all, but rather increases the amount of heat transferred to the metal layer 3. It is preferable that it does not exist. Further, as the base body 3, conventionally, one obtained by hollowing out graphite into a cylindrical shell (shell body) shape with one end sealed is used, but the shell manufacturing cost is considerably high.

また、このような熱電子発電素子において、発電に寄与
するのは、主として高温雰囲気中に配置される頭頂部、
およびそれに隣接する直状部領域(以下、発電有効部と
称することがある。)に形成された金属膜3aだけであ
る。したがって、発電有効部の金属膜3aは仕事関数の大
きなタングステン膜にする必要があるが、それ以外の部
分の金属膜3bは、主として導電路の役目を担うものであ
るから、電気伝導性に優れた金属膜であればよいことに
なる。特に、タングステンからなる金属膜3をCVD(Che
mical Vapor Deposition)法により形成する場合、原料
ガスの六弗化タングステンWF6が高価なものであるか
ら、発電有効部以外の金属膜3bは廉価な金属を用いて形
成することが要望されるところであった。
Further, in such a thermionic power generation element, it is mainly the crown that is arranged in a high temperature atmosphere that contributes to power generation,
And the metal film 3a formed in the straight portion region (hereinafter, also referred to as a power generation effective portion) adjacent thereto. Therefore, the metal film 3a in the power generation effective portion needs to be a tungsten film having a large work function, but the metal film 3b in the other portion mainly has a role of a conductive path, and thus has excellent electric conductivity. Any metal film will do. In particular, the metal film 3 made of tungsten is deposited by CVD (Che
In the case of forming by the mical vapor deposition method, since the source gas tungsten hexafluoride WF 6 is expensive, it is desired that the metal film 3b other than the power generation effective portion is formed using an inexpensive metal. there were.

また、図示の熱電子発電素子1個当りの出力は一般に小
さく、大容量の発電装置を構成するには極めて多数の素
子が必要となる。ところが、タングステンの比重(19.
3)は他の金属に比べて大きいので、発電装置の全体重
量がそれだけ大きなものとなっていた。
In addition, the output per thermoelectric power generation element shown in the figure is generally small, and an extremely large number of elements are required to form a large-capacity power generation device. However, the specific gravity of tungsten (19.
Since 3) is larger than other metals, the total weight of the power generator was heavier.

[問題点を解決するための手段] 本発明の第1の発明は、SiC(炭化珪素)等の耐熱セラ
ミックス製の外側層内面に、直に、W(タングステン)
等の熱電子放出用の金属部を有する内側層が形成されて
いる熱電子発電素子の陰極である。
[Means for Solving Problems] The first aspect of the present invention is to provide W (tungsten) directly on the inner surface of the outer layer made of a heat-resistant ceramic such as SiC (silicon carbide).
Is a cathode of a thermoelectron power generation element in which an inner layer having a metal part for emitting thermoelectrons such as is formed.

この第1の発明においては、内側層のすべてをW等の熱
電子放出用の金属としても良く、あるいは次のようにし
ても良い。
In the first aspect of the invention, all of the inner layer may be made of a metal such as W for emitting thermoelectrons, or may be as follows.

即ち、熱電子発電に寄与する発電有効部のみをW等の熱
電子放出用の金属とし、その他の部分の金属層は、該熱
電子放出用金属よりも比重の小さい導電のための金属と
するものである。
That is, only the power generation effective portion that contributes to thermionic power generation is a metal for emitting thermoelectrons such as W, and the metal layer of the other portion is a metal for conductivity having a smaller specific gravity than the metal for emitting thermoelectrons. It is a thing.

本発明の第2の発明は、型面に外側層と内側層との一方
をCVD法によって蒸着させ、次いで型を冷却することに
よって蒸着物を型面から剥離させて、一端が封じられた
筒形の躯体を得、この躯体の表面に外側層と内側層との
他方をCVD法により蒸着させて熱電子発電素子を製造す
る方法である。
According to a second aspect of the present invention, one of an outer layer and an inner layer is vapor-deposited on a die surface by a CVD method, and then the die is cooled to separate the deposit from the die surface, and a cylinder having one end sealed. This is a method for producing a thermoelectric power generating element by obtaining a frame-shaped body and vapor-depositing the other of the outer layer and the inner layer on the surface of the body by the CVD method.

[作用] 本発明においては、セラミックス製の外側層の内面に直
に熱電子放出用の金属層が形成されており、両者の間に
従来の如き黒鉛シェルが介在しない。そのため、熱電子
放出用金属層への伝熱量が多くなり、発電効率の向上が
図れる。
[Operation] In the present invention, the metal layer for thermionic emission is directly formed on the inner surface of the ceramic outer layer, and a graphite shell unlike the conventional case is not interposed between the both. Therefore, the amount of heat transferred to the thermionic emission metal layer increases, and the power generation efficiency can be improved.

また、本発明においては、内側層(金属層)のうち発電
に寄与する発電有効部だけを熱電子放出用金属とし、そ
の他の部分を軽量の導電性金属とすることができるの
で、陰極全体としての軽量化が図れる。
Further, in the present invention, only the power generation effective portion that contributes to power generation in the inner layer (metal layer) can be the thermoelectron emitting metal, and the other portion can be the lightweight conductive metal, so that the entire cathode The weight can be reduced.

さらに本発明の陰極の製造方法においては、CVD法によ
り型面に蒸着物を形成し、次いで型と蒸着物との熱膨張
差を利用して蒸着物を剥離させることにより、肉薄でか
つ均質な躯体を得ることができる。そして、この躯体表
面にCVD法によりセラミックス又は金属層を設けること
により、容易に上記構成の熱電子発電素子の陰極を製造
できる。
Further, in the method for producing a cathode of the present invention, a deposit is formed on the mold surface by the CVD method, and then the deposit is separated by utilizing the difference in thermal expansion between the mold and the deposit, so that the deposit is thin and uniform. The body can be obtained. Then, by providing a ceramics or metal layer on the surface of the body by the CVD method, the cathode of the thermoelectron power generation element having the above-mentioned configuration can be easily manufactured.

[実施例] 以下本発明の実施例について図面を参照しながら詳細に
説明する。
Embodiments Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1の発明の一実施例に係る熱電子発
電素子の陰極の構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the cathode of a thermoelectric power generating element according to an embodiment of the first invention of the present invention.

第1図の陰極11は、一端が半球状に閉塞された円筒形状
のものである。本実施例において、外型層12はSiCより
成り、内型層13はWより成る。
The cathode 11 in FIG. 1 has a cylindrical shape with one end closed in a hemispherical shape. In this embodiment, the outer mold layer 12 is made of SiC and the inner mold layer 13 is made of W.

第3図は本発明の第1の発明の異なる実施例に係る熱電
子発電素子の陰極の構成を示す断面図であり、第1図の
実施例と同様の形状を有しており、外側層12は同様にSi
Cより成る。而して、この外側層12の内面に密着して形
成されている内側層13は、熱電子発電に主として寄与す
る発電有効部(頭頂部及びそれに隣接する領域)の第1
の金属層13aはタングステンにより成っており、その他
の直状部領域の第2の金属層13bはモリブデン等、タン
グステンよりも比重の小さな金属により形成されてい
る。なお、この第2の金属層13bとしては、電気伝導性
が高く、且つ外側層のセラミックスとの密着性が高いも
のが好ましい。具体的には、上記のモリブデンの他ニッ
ケル等の金属を用いることができる。勿論、係る特性を
有していれば他の単体金属ないしは合金をも用い得る。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a cathode of a thermoelectric power generating element according to a different embodiment of the first invention of the present invention, which has the same shape as the embodiment of FIG. 12 is also Si
Composed of C. Thus, the inner layer 13 that is formed in close contact with the inner surface of the outer layer 12 is the first of the power generation effective portion (the top portion and the area adjacent to it) that mainly contributes to thermoelectron power generation.
The metal layer 13a is made of tungsten, and the second metal layer 13b in the other straight portion regions is made of metal such as molybdenum whose specific gravity is smaller than that of tungsten. It is preferable that the second metal layer 13b has high electrical conductivity and high adhesion to the ceramics of the outer layer. Specifically, in addition to the above molybdenum, a metal such as nickel can be used. Of course, other simple metals or alloys can be used as long as they have such characteristics.

また、本発明においては、陰極11の形状は第1図及び第
3図に示すもの以外の形状をも取り得る。例えば、円筒
に限らず、多角形の角筒であってもよく、頭頂部の形状
も半球状に限らず要するに筒の端部を封ずる形状であれ
ばよい。但し、この頭頂部の形状は、表面積をできるだ
け大きく取るために、半球状又はそれに近似した形状と
するのが好ましい。
Further, in the present invention, the cathode 11 may have a shape other than those shown in FIGS. 1 and 3. For example, the shape is not limited to a cylinder, but may be a polygonal rectangular tube, and the shape of the crown is not limited to a hemispherical shape, and may be any shape as long as the end of the tube is sealed. However, it is preferable that the shape of the crown be hemispherical or a shape similar thereto in order to maximize the surface area.

このような構造の陰極11を形成する方法の一実施例につ
いて、第4図以下を参照しながら次に説明する。まず、
第4図に示すように、一端が封塞された筒型形状である
型面を有する型14を用意し、この型14の型面にCVD法に
より内側層となるタングステン等の金属層13を蒸着させ
る。この際、型14はタングステン等の金属層13よりも熱
膨張率が大きく、かつ金属層13と実質的に反応しない材
質のものを選定する。
One embodiment of the method of forming the cathode 11 having such a structure will be described below with reference to FIG. First,
As shown in FIG. 4, a mold 14 having a cylindrical mold surface with one end sealed is prepared, and a metal layer 13 such as tungsten serving as an inner layer is formed on the mold surface of the mold 14 by a CVD method. Vapor deposition. At this time, the mold 14 is made of a material such as tungsten which has a coefficient of thermal expansion larger than that of the metal layer 13 and does not substantially react with the metal layer 13.

なお、型14の材質としては、具体的には次のようなもの
を採用することができる。即ち、タングステンの熱膨張
係数が4〜5×10-6(deg-1)であるので、Al2O3(熱膨
張率約8.5a×10-6deg-1)、ZrO2(熱膨張率約10×10-6d
eg-1)などである。型14の上にタングステンを蒸着させ
る場合、CVD原料ガスとしては六弗化タングステンWF6
どの周知のものを用いることができる。WF6、WCl6の場
合のCVD反応は次に示すものとなる。
As the material of the mold 14, specifically, the following materials can be adopted. That is, since the coefficient of thermal expansion of tungsten is 4 to 5 × 10 -6 (deg -1 ), Al 2 O 3 (thermal expansion coefficient of about 8.5a × 10 -6 deg -1 ) and ZrO 2 (coefficient of thermal expansion About 10 × 10 -6 d
eg -1 ). When tungsten is vapor-deposited on the mold 14, a known source gas such as tungsten hexafluoride WF 6 can be used as the CVD source gas. The CVD reactions for WF 6 and WCl 6 are as follows.

WF6+3H2→W+6HF 型14の外表面に金属層13を所定の厚さとなるように蒸着
せしめた後、蒸着操作を停止し、型14を冷却する。そう
すると、型14と金属層13との熱膨張差により金属層13が
型面から剥離する。
WF 6 + 3H 2 → W + 6HF After the metal layer 13 is vapor-deposited on the outer surface of the mold 14 so as to have a predetermined thickness, the vapor deposition operation is stopped and the mold 14 is cooled. Then, the metal layer 13 is separated from the mold surface due to the difference in thermal expansion between the mold 14 and the metal layer 13.

このようにして得られたタングステン等の金属製の内側
層の外表面に、CVD法により外側層を形成する。この外
側層はセラミックスであり、耐熱性、耐食性に優れたSi
Cを用いるのが好ましい。このSiCをCVD法によって蒸着
させるには、例えばCH3SiCl3を原料ガスとすればよい
が、SiCl4及び炭化水素ガス等その他の周知のSiC形成用
CVD原料ガスをも用いることができることは明らかであ
る。
An outer layer is formed by a CVD method on the outer surface of the inner layer made of metal such as tungsten thus obtained. This outer layer is made of ceramics and is made of Si, which has excellent heat resistance and corrosion resistance.
Preference is given to using C. In order to deposit this SiC by the CVD method, for example, CH 3 SiCl 3 may be used as a source gas, but other well-known SiC formation such as SiCl 4 and hydrocarbon gas may be used.
It is clear that a CVD source gas can also be used.

第5図は、第1図に示す熱電子発電素子陰極の別の形成
方法を示す断面図である。この第5図の実施例において
は、型面が凹部として形成されている雌型の型15を用い
る。この型15の材質も、その型面上に蒸着されるタング
ステン等の金属13と実質的に反応性がないものが用いら
れる。ただし、この実施例においては、型15としてはタ
ングステン等に金属層13よりも熱膨張率の小さい材質の
ものを用いる。即ち、型面に金属層13を蒸着させた後、
型15の温度を下げると、金属層13の収縮量は型15の収縮
量よりも大きいので、金属層13が型15から剥離されて躯
体として取り出される。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another method for forming the thermionic power generating element cathode shown in FIG. In the embodiment shown in FIG. 5, a female mold 15 having a concave mold surface is used. As the material of the mold 15, a material having substantially no reactivity with the metal 13 such as tungsten deposited on the mold surface is used. However, in this embodiment, the mold 15 is made of a material such as tungsten having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the metal layer 13. That is, after depositing the metal layer 13 on the mold surface,
When the temperature of the mold 15 is lowered, the shrinkage amount of the metal layer 13 is larger than the shrinkage amount of the mold 15, so that the metal layer 13 is peeled from the mold 15 and taken out as a frame.

取り出された金属層13の外表面に、SiC等のセラミック
スをCVD法により蒸着させれば、第1図に示す構成の陰
極11が得られる。
By depositing ceramics such as SiC on the outer surface of the taken out metal layer 13 by the CVD method, the cathode 11 having the structure shown in FIG. 1 can be obtained.

なお、第4図及び第5図の説明においては、型面に最初
にWを蒸着する例を述べたが、SiC等のセラミックスを
最初にしてもよい。しかしながら、Wは金属であって、
SiC等のセラミックスよりも靱性が高いので、型から剥
離させるときに割れる頻度が少ない。(SiCは、Wに比
べ靱性が低く、型から取り出すときに亀裂が生じるおそ
れがある。また、WはSiCよりも低い温度でCVD法によっ
て形成することができるので、型を冷却して取り出すと
きの残留熱応力が小さいという効果もある。このような
ことから、SiCよりもWを先に型に蒸着させて形成する
ことが好ましい。) 第3図に示す第1図の金属層13aと第2の金属層13bとを
有する陰極を製造するには、例えば次のようにすればよ
い。即ち、型14又は15の陰極頭頂部形成予定部だけを選
択的に加熱しておき(このような部分的な加熱を行うに
は、例えばレーザビーム等の高エネルギー密度ビームを
照射する方法によるのが好適である。)この部分にCVD
ガスを供給し、まず第1の金属層13aだけを蒸着させ
る。次に、型面のうち直状部形成予定部だけを選択的に
加熱しておき、CVDガスを導入し、この直状部に第2の
金属層13bを蒸着させる。このようにして、第1の金属
層13aと第2の金属層13bとから成る金属層を形成した
後、型15を冷却させ、金属層を型14、15から剥離させて
取り出し、この金属層の外表面にセラミックスを蒸着さ
せるものである。
In the description of FIGS. 4 and 5, an example in which W is first vapor-deposited on the mold surface is described, but ceramics such as SiC may be first. However, W is a metal,
Since it has higher toughness than ceramics such as SiC, it is less likely to crack when peeled from the mold. (SiC has lower toughness than W and may crack when taken out from the mold. Since W can be formed by the CVD method at a temperature lower than that of SiC, when it is cooled and taken out. Therefore, it is preferable that W is vapor-deposited on the mold before forming SiC.) For this reason, it is preferable to form W by depositing W on the mold first.) The metal layer 13a shown in FIG. In order to manufacture a cathode having the second metal layer 13b, for example, the following may be performed. That is, only a portion of the mold 14 or 15 where the cathode crown is to be formed is selectively heated (to perform such partial heating, for example, a method of irradiating a high energy density beam such as a laser beam may be used. Is preferred.) CVD on this part
A gas is supplied to deposit only the first metal layer 13a. Next, only the portion of the mold surface where the straight portion is to be formed is selectively heated, a CVD gas is introduced, and the second metal layer 13b is deposited on this straight portion. In this way, after the metal layer composed of the first metal layer 13a and the second metal layer 13b is formed, the mold 15 is cooled, and the metal layer is separated from the molds 14 and 15 and taken out. Ceramics are vapor-deposited on the outer surface of the.

第2の金属層13bを形成させるCVD反応としては、例えば
次の反応が利用できる。
As the CVD reaction for forming the second metal layer 13b, for example, the following reaction can be used.

なお、第3図に係る2種類の金属層を有する陰極を製造
するに際しては、セラミックス製の外側層を先に蒸着さ
せて型から取り出し、この内面に第1の金属層13aと第
2の金属層13bとを蒸着させる方法も蒸着予定部の選択
的な加熱が容易であることから好ましい。
When manufacturing the cathode having two kinds of metal layers according to FIG. 3, the ceramic outer layer is first vapor-deposited and taken out from the mold, and the first metal layer 13a and the second metal layer are formed on the inner surface of the outer layer. The method of vapor-depositing the layer 13b is also preferable because selective heating of a vapor deposition planned portion is easy.

セラミックス製の外側層12を先に形成し、次にこの外側
層の内面に金属層13a、13bを形成する方法の一例を次に
説明する。まず第4図、又は第5図の型14、15を用いて
外側層12を形成する。次にこの外側層の直状部を冷却す
ると共に、加熱装置によって外側層12の頭頂部を所定の
CVD析出温度に加熱保持する。そして、CVD原料ガス25を
頭頂部内面に供給すると、析出温度以上に加熱されてい
る頭頂部の内面にCVD反応析出物が付着する、これによ
り第1の金属層13aが形成される。
An example of a method of first forming the ceramic outer layer 12 and then forming the metal layers 13a and 13b on the inner surface of the outer layer will be described below. First, the outer layer 12 is formed by using the molds 14 and 15 shown in FIG. 4 or FIG. Next, while cooling the straight portion of the outer layer, the top portion of the outer layer 12 is moved to a predetermined position by a heating device.
Hold by heating to the CVD deposition temperature. Then, when the CVD source gas 25 is supplied to the inner surface of the crown, the CVD reaction deposit adheres to the inner surface of the crown heated to the deposition temperature or higher, whereby the first metal layer 13a is formed.

次に第1の金属層13aが付着された頭頂部のみを冷却す
る。一方、セラミックス製外側層12の直状部を加熱装置
によって所定のCVD析出温度に加熱保持する。そして、
原料ガスを直状部の内面に供給すると、析出温度以上に
加熱されている外側層12の直状部内面にCVD反応析出物
が付着し、第2の金属層13bが形成される。
Next, only the crown portion to which the first metal layer 13a is attached is cooled. On the other hand, the straight portion of the ceramic outer layer 12 is heated and maintained at a predetermined CVD deposition temperature by a heating device. And
When the raw material gas is supplied to the inner surface of the straight portion, the CVD reaction deposit adheres to the inner surface of the straight portion of the outer layer 12 which is heated to the deposition temperature or higher, and the second metal layer 13b is formed.

なお、上記実施例の説明においては、第1の金属層13a
を先に形成し、第2の金属層13bを後から形成している
が、逆に第2の金属層13bを先に形成し、その後に第1
の金属層13aを形成するようにしてもよいことは明らか
である。
In the description of the above embodiment, the first metal layer 13a
Is formed first, and the second metal layer 13b is formed later, but conversely, the second metal layer 13b is formed first, and then the first metal layer 13b is formed.
It is obvious that the metal layer 13a may be formed.

[効果] 以上詳述した通り、本発明の熱電子発電素子用陰極は、
セラミックス製外側層の内面に直に熱電子放出用の金属
層が形成されているので、伝熱特性が高く発電効率が高
い。
[Effect] As described in detail above, the cathode for thermionic power generating element of the present invention is
Since the metal layer for thermionic emission is directly formed on the inner surface of the ceramic outer layer, the heat transfer characteristics are high and the power generation efficiency is high.

また、本発明においては、内面層(金属層)のうち発電
に寄与する主要部分だけを熱電子放出金属とし、その他
の部分を軽量の金属とすることもでき、陰極全体を軽量
化することが可能である。更に、本発明によれば、この
ような熱電子発電素子の陰極を容易に製造することがで
き、かつ得られる陰極はCVD法によるものであるので肉
厚や材質が均一で、特性の優れたものとなる。
Further, in the present invention, only the main part of the inner surface layer (metal layer) that contributes to power generation may be a thermoelectron emitting metal, and the other part may be a light weight metal, so that the weight of the entire cathode can be reduced. It is possible. Furthermore, according to the present invention, the cathode of such a thermoelectron power generation element can be easily manufactured, and since the obtained cathode is formed by the CVD method, the thickness and the material are uniform and the characteristics are excellent. Will be things.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図及び第3図は本発明の実施例に係る陰極の構成を
示す断面図、第2図は従来例に係る陰極の構成を示す断
面図、第4図、第5図の各図は本発明の陰極の製造方法
の一例を説明する断面図である。 11……陰極、12……外側層、 13……内側像(金属層)、 13a……第1の金属層、13b……第2の金属層、 14、15……型。
1 and 3 are cross-sectional views showing the structure of a cathode according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a cathode according to a conventional example, and FIGS. 4 and 5 are respectively. FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example of the method for manufacturing the cathode of the present invention. 11 ... Cathode, 12 ... Outer layer, 13 ... Inner image (metal layer), 13a ... First metal layer, 13b ... Second metal layer, 14, 15 ... Mold.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−220084(JP,A) 特公 昭44−31435(JP,B1) 特公 平5−17311(JP,B2) 電子技術総合研究所彙報 第38巻第12号 P.701−717 Inter soc,E nergy Convers Eng C onf,19th,1984 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-59-220084 (JP, A) JP-B 44-31435 (JP, B1) JP-B 5-17311 (JP, B2) Electrotechnical Laboratory Vocabulary Vol. 38, No. 12, P. 701-717 Inter soc, Energy Convers Eng Conf, 19th, 1984

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一端が封塞された筒形の形状である熱電子
発電素子において、材質が炭化珪素等の耐熱セラミック
スである外側層と、該外側層の内面に密着して設けられ
ている金属又は合金の内側層とを有し、該金属又は合金
の内側層のうち少なくとも前記一端側の部分はタングス
テン等の熱電子放出用の金属又は合金であることを特徴
とする熱電子発電素子の陰極。
1. A thermoelectric power generation element having a cylindrical shape with one end sealed, which is provided in close contact with an outer layer made of a heat-resistant ceramic such as silicon carbide and an inner surface of the outer layer. And a metal or alloy inner layer, wherein at least the one end side portion of the metal or alloy inner layer is a thermoelectron emitting metal or alloy such as tungsten. cathode.
【請求項2】一端が封塞された筒型の形状であって耐熱
セラミックスよりなる外側層と、この外側層の内面に密
着して設けられている金属又は合金よりなる内側層とを
有する熱電子発電素子の陰極を製造するに際し、 型面形状が、一端が封塞された筒形形状である型を用
い、 まず前記耐熱セラミックスと金属又は合金とのいずれか
一方を該型面にCVD法により蒸着せしめ、 次に型を冷却してこの蒸着層を型面から剥離させて躯体
を得、 この躯体表面に前記耐熱セラミックスと金属又は合金と
のいずれか他方をCVD法により蒸着せしめて陰極を得る
ことを特徴とする熱電子発電素子の陰極の製造方法。
2. A heat having an outer layer made of a heat-resistant ceramic and having a cylindrical shape with one end sealed, and an inner layer made of a metal or an alloy provided in close contact with the inner surface of the outer layer. When manufacturing the cathode of the electronic power generating element, a mold whose mold surface shape is a cylindrical shape with one end closed, first, one of the heat-resistant ceramics and the metal or the alloy is subjected to the CVD method on the mold surface. Then, the mold is cooled and the vapor-deposited layer is peeled off from the mold surface to obtain a skeleton. A method for manufacturing a cathode of a thermoelectron power generation element, which is characterized by being obtained.
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