NL8200790A - Roostervormige elektrode voor elektronische intrumenten en werkwijze voor de vervaardiging van zulk een elektrode. - Google Patents

Description

/ Ν.0. 30895 1

Roostervormige elektrode voor elektronische instrumenten en werkwijze voor de vervaardiging van zulk een elektrode.

De uitvinding heeft betrekking op strukturele componenten van elektrische vacuuminrichtingea, en meer in het bijzonder op een roostervormige elektrode voor generatorinrichtingen met een groot vermogen.

5 De onderhavige uitvinding kan nuttig zijn als een roostervormige elektrode in een willekeurige elektrische vacuüminrichting, zoals een rooster, een kathode of een verhitter; in het geval dat een kathode volgens de onderhavige uitvinding wordt vervaardigd wordt de roostervormige elektrode bekleed met een actieve emissielaag* 10 De onderhavige uitvinding kan worden toegepast in de chemische techniek en in andere industrieën waarbij men in de vervaardigde apparatuur tegen hoge temperaturen en corrosie bestand zijnde elektroden en andere elektroden nodig heeft.

De moderne ontwikkeling van de techniek van generatorinrichtingen 15 met groot vermogen is gebaseerd op het principe van het vergroten van het uitgangsvermogen van instrumenten en het verschaffen van grotere specifieke belastingen van de voornaamste actieve onderdelen van het instrument, en wel in de eerste plaats de roosters.

Bij welbekende strukturen van roostervormige elektroden die zijn 20 vervaardigd onder gebruikmaking van moeilijk smeltbare materialen, zoals wolfraam, molybdeen en dergelijke, in combinatie met verschillende bekledingen, zijn de mogelijkheden voor het vergroten van de specifieke belasting hoofdzakelijk uitgeput.

Het vergroten van het vermogen van generatorinrichtingen heeft een 25 verhoging van de werktemperaturen van de roosters ten gevolge waardoor lagere anti-emissie-eigenschappen, rekristallisatie van het metaal.en een verminderde vormstabiliteit optreden en dientengevolge hogere ni-veau’s van thermische stromen, een geringere elektrische en mechanische sterkte van het elektronische instrument en het defect raken ervan.

ƒ 30 Voorts kan men slechts verzekerd zijn van een vergroting van het vermogen, een verbreding van het frequentiegebied en een verbetering van de vermogenskarakteristieken en de levensduur van instrumenten door de fabrikage van roostervormige elektroden uit nieuwe konstruktiemate-rialen die in staat zijn grote vermogens te dissiperen, een hoge warm-35 teweerstand bezitten en stabiel zijn tijdens het in bedrijf zijn.

Bekend zijn roostervormige elektroden van pyrolytisch grafiet die de vorm hebben van een holle cilinder met perforaties in de vorm van 8200790 f ï 2 een rooster (zie het Amerikaanse octrooischrift 3.307.063).

Pyrolytisch grafiet wordt verkregen door neerslaan uit een thermisch ontleedbaar gas.

Nadat de procesparameters (druk en temperatuur) zijn bepaald, is 5 het mogelijk zich te verzekeren van een sterke voorkeurskristaloriënta-tie in de neergeslagen koolstof. De eigenschappen van een op deze wijze verkregen laag komen dicht bij die van een monokristal van grafiet.

De werkwijze voor de vervaardiging van bekende roostervormige elektroden omvat het vormen van een holle cilinder op de hierboven aan-10 gegeven wijze, het verwijderen van de oppervlaktelaag van het materiaal teneinde verzekerd te zijn van de vereiste wanddikte, bijvoorbeeld door slijpen, frezen of een ultrasonische bewerking, en het vervaardigen van cellen en tussenwanden door middel van afschuren, bewerken met een elektronenbundel, elektro-erosie of snijden met behulp van een laser.

15 Deze roostervormige elektroden en de werkwijze voor de vervaardi ging ervan verschaffen echter geen bevredigende elektrische sterkte en vereisen bovendien een kostbare en bewerkelijke vervaardigingswerkwij-ze.

Bovendien is het moeilijk bij roostervormige elektroden kleine af-20 metingen van de tussenwanden en de cellen en een aanzienlijke lengte van de elektrodevlakken te paren aan een grote mechanische sterkte en stijfheid van de struktuur.

Bij de vervaardiging van een roostervormige struktuur door m£ddel__ van uitsnijden kan het bewerkte oppervlak tengevolge van de gelaagde 25 struktuur ervan gaan afbladderen en schilferen, waardoor de mechanische en elektrische sterkte van de inrichting worden verminderd. Bovendien is het onmogelijk van pyrolytisch grafiet een elektrode te maken met een ingewikkelde vorm met kleine kromtestralen, waardoor het nodig wordt grotere afmetingen van het rooster en van de gehele inrichting 30 aan te houden.

Bekend is een roostervormige elektrode voor generatorbuizen waarin tenminste een deel van de elektrode dat direct het rooster vormt is vervaardigd van een glasachtige koolstof. De elektrode wordt vervaardigd door met behulp van een laser de roostervormige struktuur uit te 35 snijden uit een onbewerkt stuk glasachtige koolstof (zie het Duitse "Offenlegungsschirft” 2.623.828).

Een nadeel van deze elektrodestruktuur en van de werkwijze voor de vervaardiging ervan is de geringe mechanische sterkte van het voltooide produkt. Het is zeer moeilijk de juiste afmetingen van de roosters te 40 verkrijgen tengevolge van krimpen van het materiaal tijdens de vervaar- 8200790 3 * 1 diging. Een ander essentieel nadeel van de bekende elektroden is de grote hardheid van de glasachtige koolstof, die dicht in de buurt ligt van die van corund of diamant en het bewerken met conventionele technieken vrijwel onmogelijk maakt.

5 Bekend zijn roostervormige elektroden vervaardigd van vezelige koolstofdraden die bekleed zijn met pyrolytisch grafiet en aan elkaar zijn gesoldeerd met behulp van een soldeer op de punten waar ze elkaar kruisen en zijn gesoldeerd aan de ondersteuningselementen (zie het Duitse "Offenlegungsschrift" 2,358.583).

10 De werkwijze voor de vervaardiging van deze elektroden bestaat uit het bekleden van stukken van vezelige koolstofdraden met pyrolytisch grafiet, waarna de verkregen stijve staven aan de ondersteuningelemen-ten en bij de kruispunten aan elkaar worden bevestigd door middel van solderen met een soldeer, ter verkrijging van een roostervormige struk-15 tuur.

De hierboven beschreven roostervormige elektroden bezitten geen voldoend groot dissipatievermogen, toelaatbare werktemperatuur, elektrische sterkte en stabiliteit van de karakteristieken.

Deze nadelen worden veroorzaakt door de noodzaak soldeersoorten te 20 gebruiken die de toelaatbare werktemperatuur van het rooster beperken, en ook door de moeilijkheid de vereiste afmeting nauwkeurig te verkrijgen. Bovendien vereist de bekende werkwijze veel arbeid tengevolge van de moeilijkheden verbonden met het vormen van de roostervormige struk-tuur uit staven met een grote stijfheid. Voorts zijn voor de bekende 25 werkwijze hoge temperaturen, een vergroot energieverbruik en ingewikkelde apparatuur noodzakelijk.

De onderhavige uitvinding heeft ten doel het verschaffen van zulk een roostervormige elektrode, evenals een werkwijze voor de vervaardiging van deze elektrode, welke elektrode bestaat uit een zodanig mate-30 riaal en een zodanige struktuur bezit dat een groter dissipatievermogen en hogere toelaatbare werktemperaturen voor de elektroden worden verkregen.

Een doel van de uitvinding is het vergroten van het dissipatievermogen van een roostervormige elektrode.

35 Een ander doel van de uitvinding is het verhogen van de toelaatba re werktemperatuur van een roostervormige elektrode.

Weer een ander doel van de uitvinding is het verbeteren van de mechanische sterkte van een roostervormige elektrode.

Nog een ander doel van de uitvinding is het vergroten van de stra-40 lingsfactor van een roostervormige elektrode.

8200790 • s 4

Het vergroten van de elektrische sterkte en de vormstabiliteit van een roostervormige elektrode is ook een doel van de onderhavige uitvinding.

Weer een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaf-5 fen van een eenvoudige en betrekkelijk goedkope werkwijze voor de vervaardiging van een roostervormige elektrode, die het mogelijk maakt de duur van de vervaardiging te verkorten, de voor de vervaardiging vereiste hoeveelheid arbeid en het energieverbruik te verminderen en de vervaardiging van de roostervormige elektrode te automatiseren.

10 Het wezen van de onderhavige uitvinding is een roostervormige elektrode voor elektronische instrumenten, waarbij het roostervormige deel op zichzelf wordt gevormd door vezelige koolstofdraden, waarbij volgens de uitvinding vezels van koolstofdraden met elkaar worden verbonden door middel van cokes van een organisch polymeer.

15 Deze uitvoering van een roostervormige elektrode verschaft een grote vormstabiliteit, mechanische sterkte bij een verhoogde toelaatbare werktemperatuur, een vergrote warmtebestendigheid en een grote stra-lingsfactor.

Het verdient aanbeveling dat de hoeveelheid van de als bindmiddel 20 gebruikte cokes van een organisch polymeer in de draden gelijk is aan 10-50%.

Dit maakt het mogelijk een roostervormige elektrode te vervaardigen met verschillende configuratiëS' van-de cellen^ waarbij de geometrische parameters van de cellen over het gehele gebied van de elektrode 25 tijdens het in bedrijf zijn constant blijven.

In sommige gevallen is het wenselijk dat de cokes van een organisch polymeer 5-30 gew.% bevat van een elektrisch geleidend, moeilijk smeltbaar materiaal.

Het is gewenst dat de draden die het roostergedeelte van de elek-30 trode vormen langs de omtrek daarvan aan tenminste één ondersteunings-element zijn bevestigd met koolstofdraden met vezels die met elkaar zijn verbonden door middel van cokes van een organisch polymeer.

Dit maakt een goed mechanisch en elektrisch kontakt mogelijk tussen de roostervormige elektrode en het ondersteuningselement.

35 Het is mogelijk dat de draden die het roostergedeelte vormen zijn bevestigd aan tenminste één ondersteuningselement vervaardigd van een weefsel van koolstofdraden en de vezels die deze draden vormen met elkaar zijn verbonden door middel van cokes van een organisch polymeer.

Dit maakt het mogelijk als materiaal voor het ondersteuningsele-40 ment materialen te gebruiken met verschillende thermische uitzettings- 8200790 * ♦ 5 coëfficiënten en verzekerd te zijn van een lage waarde van de thermische weerstand bij het kontaktpunt tussen het ondersteuningselement en de roostervormige elektrode.

Het verdient aanbeveling dat de draden van tenminste het rooster-5 gedeelte aan alle kanten zijn bekleed met een laag cokes van een organisch polymeer die de onderdelen bij elkaar houdt.

hit maakt het mogelijk de mechanische sterkte en stijfheid van de struktuur bij het in bedrijf zijn te vergroten.

Het is gewenst dat de draden zijn bekleed met een laag cokes van 10 een organisch polymeer dat een elektrisch geleidend, moeilijk smeltbaar materiaal bevat.

Dit maakt het mogelijk het niveau van de van de roostervormige elektrode afkomstige thermische stroom te verlagen.

Hef is gewenst dat de poriën en de scheuren in de draden met ve~ 15 zeis die met elkaar zijn verbonden door cokes van een organisch polymeer, worden gevuld met pyrokoolstof zodat de gemiddelde dichtheid van het draadvormige materiaal 1,7 - 2,0 g/cm3 bedraagt.

Dit maakt het mogelijk de mechanische sterkte en het elektrische en thermische geleidingsvermogen van de roostervormige elektrode te 20 vergroten en de gasontwikkeling ervan te verminderen.

Het verdient aanbeveling als cokes van een organisch polymeer glasachtige koolstof te gebruiken.

Dit maakt een goed mechanisch en elektrisch kontakt mogelijk tussen de draden die de roostervormige elektrode vormen en een grotere me-25 chanische sterkte van deze elektrode bij het in bedrijf zijn bij verhoogde werktemperaturen.

In sommige gevallen is het gewenst dat draden van de roostervormige elektrode aan alle kanten worden bekleed met een laag van pyroly-tisch grafiet.

> 30 Dit maakt een verdere verbetering van de mechanische sterkte en het thermische en elektrische geleidingsvermogen mogelijk.

De werkwijze voor de vervaardiging van een roostervormige elektrode van vezelige koolstofdraden volgens de onderhavige uitvinding is hierdoor gekenmerkt, dat elke vezelige koolstofdraad wordt geleid door 35 een vloeibaar organisch polymeer met een koolstofgehalte van tenminste 20 gew.%, welk polymeer kan worden verkoold na een voorafgaande niet omkeerbare behandeling, zodat elke koolstofdraad met deze polymeer wordt geïmpregneerd, waarna een roostervormige elektrode van deze draden op een spil wordt vervaardigd en aan verhitting wordt onderworpen 40 ter verkrijging van een niet omkeerbare behandeling van het polymeer 8200790 6

f V

waarmee de draad is geïmpregneerd, gevolgd door verhitting van de roostervormige elektrode voor het pyrolyseren van het polymeer.

Dit maakt een vereenvoudigde werkwijze voor de vervaardiging van de roostervormige elektrode mogelijk, een vermindering van de hoeveel-5 heid energie en arbeid die voor de vervaardiging ervan nodig is en een verkorting van de duur van de vervaardigingswerkwijze, waardoor een elektrode wordt vervaardigd met een verbeterd gedrag, zoals een groot dissipatievermogen en een vergrote vormstabiliteit en mechanische sterkte bij hoge temperaturen.

10 Bij het vormen van de roostervormige elektrode is het gewenst dat de kruisende draden van het roostergedeelte door middel van verkno-pingstechnieken aan elkaar worden bevestigd.

Dit maakt het mogelijk de werkwijze voor de vervaardiging van de roostervormige elektrode te automatiseren.

15 Het verdient aanbeveling als organisch polymeer voor het impregne ren van de draden een polymeer te gebruiken gekozen uit de groep bestaande uit fenol-, furaan-, furfuryl- of acrylharsen, harsen van het vinyltype en petroleum- en koolteerharsen en peksoorten.

Hét verdient ten zeerste de voorkeur als vloeibaar organisch poly- 20 meer voor het impregneren van de draden een oplossing van fenolformal-dehydehars in ethanol te gebruiken.

Dit maakt het mogelijk de geometrische dimensies van het rooster tijdensde vorming_eryan op een spil konstant te houden en verzekert de vereiste eigenschappen van de elektrode.

25 In het geval dat een thermoplastisch polymeer wordt gebruikt als het organische polymeer voor het impregneren van de draden, is het noodzakelijk dat dit polymeer wordt getransformeerd in de thermoharden-de toestand nadat de roostervormige elektrode zijn vorm heeft verkregen.

30 Dit maakt het mogelijk de geometrische dimensies en de vorm van de roostervormige elektrode tijdens de pyrolyse te behouden.

Na het impregneren van de draden met een vloeibaar organisch polymeer verdient het aanbeveling de draad door een calibreeropening te leiden teneinde deze draad de vereiste vorm van de doorsnede te geven.

35 Hierdoor is men verzekerd van een uniforme doorsnede van de tus senwanden over het gehele gebied van de roostervormige elektrode.

Na de niet omkeerbare behandeling van het vloeibare organische polymeer verdient het aanbeveling de roostervormige elektrode van de spil te scheiden.

40 Hierdoor verkrijgt men nauwkeurige afmetingen en een nauwkeurige 8200790 ·* 7 vorm van de elektrode.

In sommige gevallen verdient het aanbeveling voor het vormen van de roostervormige elektrode op de spil tenminste een ondersteuningsele-ment aan te brengen en na het vormen van het roostervormige deel van de 5 elektrode dit aan het ondersteuningselement te bevestigen door om het roostervormige deel vezelige koolstofdraden te winden die zijn geïmpregneerd met het hierboven genoemde vloeibare organische polymeer.

Hierdoor is men verzekerd van een goed mechanisch en elektrisch kontakt tussen de roosterelektrode en het ondersteuningselement.

10 In sommige gevallen is het wenselijk dat elke vezelige koolstof- draad door een vloeibaar organisch polymeer is' geleid dat fijn verdeeld, elektrisch geleidend, moeilijk smeltbaar materiaal bevat.

Dit maakt het mogelijk de opbrengst aan cokesresidu tijdens de py-rolyse van het organisch polymeer te vergroten en de mechanische sterk-15 tekarakteristieken van de cokes te verbeteren.

In sommige gevallen is het mogelijk na de niet omkeerbare behandeling van het organische polymeer de draden van tenminste het roosterge-deelte van de elektrode te bekleden met een laag van een vloeibaar organisch polymeer met een koolstofgehalte van niet minder dan 20 gew.%, 20 welk polymeer na een voorafgaande niet omkeerbare behandeling kan worden verkoold, en de elektrode aan een verhitting te onderwerpen teneinde verzekerd te zijn van een niet omkeerbare behandeling van het polymeer in de hierboven genoemde laag.

Hierdoor is men verzekerd van een vergrote mechanische sterkte van 25 de verkregen roostervormige elektrode.

De onderhavige uitvinding wordt verder verklaard door de hierna volgende, gedetailleerde beschrijving van een speciale uitvoeringsvorm ervan, aan de hand van de bijgevoegde tekening, waarin:

Figuur 1 een schematisch aanzicht is van een roostervormige elek-30 trode volgens de onderhavige uitvinding,

Figuur 2 een schematisch aanzicht is van het gebied A in figuur 1, waarin de samenvoeging wordt getoond van het roostergedeelte met een ondersteuningselement, en

Figuur 3 een schematisch aanzicht is van het gebied B in figuur 1, 35 waarin de kruising van de draden van het roostergedeelte in aanzicht worden getoond.

De roostervormige elektrode volgens de onderhavige uitvinding omvat een eigelijk roosterdeel 1 (figuur 1) en een of meer ondersteu-ningselementen 2, 3 waaraan het roostergedeelte 1 is bevestigd. De on-40 dersteuningselementen 2 en 3 dienen voor het ondersteunen van het roos- 8200790 #' v 8 tergedeelte 1, het verschaffen van stijfheid en mechanische sterkte aan de struktuur en het verzekeren van een mechanisch, thermisch en elektrisch kontakt van de roosterelektrode in een elektrische vacuiiminrich-ting door middel van openingen 4 en sleuven 5. Het roostergedeelte 1 5 van de elektrode is vervaardigd van in elkaar gestrengelde vezelige koolstofdraden 6 en 7 waarvan de vezels met elkaar zijn verbonden door middel van cokes verkregen door pyrolyse van het organische polymeer dat is gebruikt voor het impregneren van elke koolstofdraad.

De cokes is een vast residu gevormd door pyrolyse van verschillen-10 de organische polymeren in een neutrale reducerende atmosfeer of in vacuüm.

Het koolstofgehalte van de cokes is groter dan 96% en hangt af van de eindtemperatuur van de pyrolyse en van de aard van het als uitgangsmateriaal gediend hebbende organische polymeer.

15 De strukturele modificaties van de koolstof in de cokes, die ook afhangen van de uitgangsmaterialen en de omstandigheden waaronder de pyrolyse wordt uitgevoerd, kunnen tot verschillende typen behoren.

Een van de mogelijke vormen kan bijvoorbeeld een glasachtige modificatie van koolstof zijn.

20 Als uitgangspolymeren worden organische polymeren gebruikt met een koolstofgehalte niet lager dan 20 gew.%, die na een voorafgaande niet omkeerbare behandeling kunnen worden verkoold.

__ In het geval dat organische polymeren worden gebruikt met een koolstofgehalte beneden 20% wordt na de pyrolyse een cokesresidu ver-25 kregen met een laag koolstofpercentage, een onbevredigende mechanische sterkte en een grote porositeit. De meest geschikte materialen voor de vervaardiging van een roostervormige elektrode vólgens de onderhavige uitvinding zijn organische polymeren gekozen uit de groep bestaande uit fenolharsen, furaanharsen, furfurylharsen, acrylharsen, vinylharsen, 30 polyamideharsen en petroleum- en koolteerharsen, peksoorten en derivaten hiervan.

Voor het vervaardigen van een roostervormige elektrode wordt het organische polymeer voor de pyrolyse onderworpen aan een niet omkeerbare behandeling. De niet omkeerbare behandeling is een chemisch proces 35 van polycondensatie dat leidt tot de vorming van een driedimensionaal netwerk van verknopingen in het polymeer. Hierdoor verliest het polymeer zijn vermogen te worden opgelost en te smelten. Teneinde dit te bereiken worden thermohardende polymeren verhit tot een temperatuur in het gebied van 100 tot 200°C en thermoplastische polymeren worden on-40 derworpen aan een oxydatie in ozon, lucht, halogenen of derivaten daar- 8200790 5 *· 9 van, of onderworpen aan een andere behandeling teneinde ze om te zetten in de thermohardende toestand.

Tengevolge van een verdere warmtebehandeling van een roostervormige elektrode vervaardigd van koolstofdraden geïmpregneerd met een orga-5 nisch polymeer vindt pyrolyse van het polymeer plaats onder vorming van door cokes met elkaar verbonden vezels van de koolstofdraden.

Pyrolyse is een proces van thermische ontleding van een organisch polymeer dat gepaard gaat met de ontwikkeling van vluchtige stoffen en de vorming van een vast koolstofresidu in de vorm van cokes dat een 10 grote mechanische sterkte bezit. Dit heeft de vorming van een samengesteld materiaal tengevolge waarin koolstofvezels een wapeningselement vormen, terwijl het cokesresidu de matrix is. Het samengestelde materiaal dat het hele gebied van fysico-chemische eigenschappen combineert die inherent zijn aan zijn componenten, bezit ook een aantal eigen-15 schappen die aanzienlijk beter zijn dan die van zijn componenten. Deze eigenschappen worden verkregen tengevolge van een fysico-chemisch samengaan van de componenten die zich in het samengestelde materiaal bevinden, met inbegrip van een goede hechting tussen de componenten tengevolge van adhesiekrachten.

20 De hoeveelheid van het uit cokes bestaande bindmiddel varieert van 10 tot 5Ό gew.% van het totaal van de componenten. Een cokesgehalte in een draad lager dan 10% verzekert niet de vereiste stijfheid en vorm-stabiliteit, terwijl bij een gehalte hoger dan 50% de mechanische sterkte van de elektrode vermindert.

25 Voor het verbeteren van de mechanische sterkte en het elektrisch geleidingsvermogen kan de cokes 5 tot 30 gew.% van een fijn verdeeld, elektrisch geleidend, moeilijk smeltbaar materiaal bevatten.

Als fijn verdeeld, moeilijk smeltbaar materiaal wordt bij voorkeur koolzwart gebruikt, en ook wel poedervormige carbiden van moeilijk 30 smeltbare metalen (WC, MoC, ZrC, TaC en dergelijke), fijn verdeeld grafiet en bepaalde moeilijk smeltbare metalen (Re, W, Mo, Zr en dergelijke) .

Een juist gekozen deeltjesgrootte maakt het mogelijk het elektro-de-oppervlak een bepaalde ruwheidswaarde te geven en in overeenstemming 35 hiermede een vergrote stralingsfactor.

Optimale karakteristieken zijn inherent aan elektroden met een deeltjesgrootte van het elektrisch geleidende, moeilijk smeltbare materiaal in de cokes van 1 tot 10/um.

Het toevoegen van de deeltjes maakt een 15-20% groter elektrisch . 40 geleidingsvermogen mogelijk, evenals een grotere mechanische sterkte, 8200790 10 aangezien deze deeltjes die werken als een "verspreider", de vorming van scheuren voorkomen en de inwendige spanningen verminderen die in het betreffende systeem ontstaan tijdens de pyrolyse en het gebruik van het voltooide voorwerp.

5 Voor het verzekeren van een betrouwbare verbinding tussen het roostergedeelte 1 van de elektrode en de ondersteuningselementen 2 en 3, is het gewenst dat laatstgenoemde ondersteuningselementen 2 en 3 worden vervaardigd van een koolstofhoudend weefsel 8 (figuur 2) en dat het roosterdeel 1 aan de ondersteuningselementen 2 en 3 wordt bevestigd 10 door omwikkeling met koolstofdraden 9. In het algemeen kunnen de ondersteuningselementen 2 en 3 (figuur 1) worden vervaardigd van verschillende strukturele materialen met inbegrip van grafiet, pyrolytisch grafiet en verschillende metalen. Ondersteuningselementen 2 en 3 vervaardigd van moeilijk smeltbare metalen hebben het nadeel dat zij wat be-15 treft hun uitzettingscoëfficiënt, niet passen bij het roostergedeelte 1 van koolstofvezels. Bovendien is het mogelijk dat bij hoge temperaturen carbiden worden gevormd van moeilijk smeltbare metalen tengevolge van hun reactie met koolstofdraden en cokes, waardoor de mechanische sterkte van de elektrode wordt verminderd.

20 Ondersteuningselementen 2 en 3 van grafiet hebben een onvoldoende mechanische sterkte, terwijl die van pyrolytisch grafiet veel arbeid vereisen. Bovendien worden koolstofvezels in een draad 9 (figuur 2) en een weefsel 8, evenals draden 9 op zichzelf met elkaar verbonden door middel van cokes. Het gebruik van ondersteuningselementen 2 en 3 (fi-25 guur 1) vervaardigd van een weefsel en de hierboven genoemde wijze om deze te verbinden met het roostergedeelte van de elektrode volgens de onderhavige uitvinding, maakt verhoogde werktemperaturen en thermische cycli mogelijk tengevolge van het goed samengaan van alle componenten van de elektrode vanwege de waarden van hun thermische uitzettingscoëf-30 ficiënt.

Voor het vergroten van de mechanische sterkte van de elektrodedra-den 6 en 7 (figuur 3) van het roostergedeelte 1 of van de gehele elektrode moet deze bij voorkeur worden bekleed met een laag 10 van cokes van een organisch polymeer. Cokes in de bekleding kan worden gevormd 35 door pyrolyse van hetzelfde polymeer dat wordt toegepast bij het impregneren van de draden, of van een polymeer van een ander type.

Deze laag 10 vergroot de mechanische sterkte van de elektrode en de betrouwbaarheid van de verbinding van de draden 6 en 7 met elkaar en in de kruispunten met het roostergedeelte 1 (figuur 1); deze laag ver-40 betert ook de bevestiging van het roostergedeelte 1 aan de ondersteu- 8200790 11 ningselementen 2 en 3. De dikte van de laag 10 (figuren 2 en 3) moet niet te groot zijn, omdat dit een ontoelaatbare vermindering van de elektrodepermeabiliteit kan veroorzaken. Voor het verkrijgen van een positief effect moet de voorkeursdikte worden gekozen in het gebied van 5 10 tot 50/um. De hierboven genoemde laag 10 kan ook een elektrisch geleidend, moeilijk smeltbaar materiaal bevatten in een hoeveelheid van 5 tot 30%. De rol die het moeilijk smeltbare materiaal in de laag 10 speelt is precies dezelfde als die van de door cokes aan elkaar verbonden vezels in een draad.

10 Voor een verdere verbetering van de mechanische sterkte, de vorin stabiliteit en het elektrisch geleidingsvermogen is het aan te bevelen alle poriën, scheuren en andere fouten op te vullen met pyrolytische koolstof die wordt gevormd door ontleding van koolstofhoudende gassen (zoals metaan) bij een temperatuur in het gebied van 800 tot 1200°C.

15 Dit opvullen van de poriën en de ruimten moet bij voorkeur worden uitgevoerd teneinde verzekerd te zijn van een gemiddelde dichtheid van het draadmateriaal van 1,7 tot 2,0 g/cm^. Het opvullen van fouten met pyrokoolstof tot een dichtheid lager dan 1,7 g/cm^ is ongewenst, aangezien het effect van het verhogen van de mechanische sterkte en de vorm-20 stabiliteit dan zeer klein is, terwijl het ook ongewenst is boven 2,0 g/cm^ te gaan vanwege van een verlenging van de duur van het proces.

Een vergroting van de mechanische sterkte, de vormstabiliteit en het elektrisch geleidingsvermogen kan worden verkregen door op het oppervlak van de draden van het roostergedeelte 1 en de ondersteunings-25 elementen 2 en 3 een laag pyrografiet aan te brengen die wordt gevormd door ontleding van een koolstofhoudend gas bij een temperatuur in het gebied van 1600 tot 2200°C.

De laag pyrografiet moet worden gevormd tot een dikte variërende van 10 tot 50/um, aangezien men in dit gebied verzekerd is van een 30 positief effect en de "permeabiliteit" van de elektrode niet aanzienlijk vermindert.

Voor het vervaardigen van een roosterelektrode volgens de onderhavige uitvinding wordt een vezelige koolstofdraad op zodanige wijze door een bad van een oplossing van een organisch polymeer geleid, dat de 35 draad hiermede wordt geïmpregneerd.

Als uitgangsmateriaal kunnen verschillende organische polymeren worden toegepast die tenminste 20% koolstof bevatten en een cokesresidu kunnen vormen door pyrolyse uitgevoerd na een niet omkeerbare behandeling, dat wil zeggen in de thermohardende toestand. Als zulke polymere 40 materialen worden gebruikt organische polymeren gekozen uit de groep 8200790 Γ 12 bestaande uit fenol-, furaan-, furfuryl-, acryl-, vinyl-, polyamide-, petroleum- en koolteerharsen, peksoorten en derivaten hiervan.

Er moet worden opgemerkt, dat de meest geschikte van de bovengenoemde polymeren de fenolformaldehydharsen'zijn en verschillende pek-5 soorten die een opbrengst aan cokesresidu geven van meer dan 50 gew.%.

Bij het toepassen van de onderhavige uitvinding verdient het de voorkeur fenolformaldehydharsen te gebruiken vanwege hun thermohardende eigenschappen.

Als men peksoorten gebruikt vanwege hun thermoplasticiteit, moet 10 een oxydatiebewerking worden uitgevoerd om deze peksoorten over te brengen in de thermohardende toestand, hetgeen echter de werkwijze arbeidsintensiever maakt.

Teneinde verzekerd te zijn van een bevredigende impregnering van een koolstofdraad moet het polymeer een van tevoren bepaalde viscosi-15 teit bezitten die afhangt van het type van het polymere materiaal en van de koolstofdraad.

Als derhalve fenolformaldehydhars als polymeer wordt gebruikt moet het hars bij voorkeur een viscositeit bezitten die varieert tussen 150 en 200 cFs na oplossing in ethanol.

20 Na impregnering wordt de draad door een calibreeropening, (zoals een spindop) geleid teneinde de draad een van tevoren bepaalde vorm en een glad oppervlak te geven zonder ruwheid en uitsteeksels, waarna een roosterelektrode wordt gevormd op een (niet in de tekening weergegeven) spil. De spil komt wat zijn vorm en afmetingen betreft, overeen met de 25 roosterelektrode en heeft groeven op het zijvlak voor het aanbrengen van de draden.

Bij het vormen van een roosterelektrode worden eerst verbonden met de spil de ondersteuningselementen 2 en 3 gevormd en de roosterstruk-tuur wordt gevormd door draden om de spil te winden zodat zijn uitein-30 den boven de ondersteuningselementen 2 en 3 worden geplaatst. Daarna wordt het roostergedeelte 1 met behulp van een koolstofdraad 9 geïmpregneerd met een organisch polymeer aan de ondersteuningselementen 2 en 3 bevestigd door de draad tegelijkertijd om de ondersteningselemen-ten 2 en 3 en het roostergedeelte 1 te wikkelen.

35 Teneinde verzekerd te zijn van een betrouwbare verbinding tussen de met elkaar verweven draden 6 en 7 kunnen deze in de kruispunten worden verknoopt met behulp van knooptechnieken.

Het verknopingsprocédé verdient in sommige gevallen de voorkeur, omdat het, evenals het omwikkelen, automatisering van het vormen van de 40 elektrode en een grote produktiviteit mogelijk maakt, waarbij de van 8200790 < v 5 ** 13 tevoren bepaalde geometrische afmetingen van de roosterelektrode, met inbegrip van de afmetingen van de cellen, worden gehandhaafd.

Dan wordt de spil met de elektrode verhit in een fornuis bij een temperatuur van 100-200°C totdat het organische polymere materiaal is 5 behandeld.

Als een thermoplastisch polymeer wordt gebruikt als organisch polymeer moet dit na de vorming van de elektrode worden overgebracht in de thermohardende toestand, bijvoorbeeld door oxydatie. Na impregnering van een draad met een oplossing van pek in benzeen wordt de op de spil 10 gevormde elektrode onderworpen aan oxidatie in een ozonatmosfeer bij een temperatuur in het gebied van 50 tot 80°C of in lucht bij een temperatuur van 100 tot 260°C, totdat het polymeer geheel is behandeld.

Dan wordt de elektrode van de spil verwijderd en onderworpen aan pyro-lyse door verhitting in een neutraal reducerend medium of in vacuüm tot 15 een temperatuur van tenminste 800°C.

Ter verbetering van de mechanische en elektrische eigenschappen van de elektrode moet het geheel van door cokes met elkaar verbonden koolstofvezels in een draad bij voorkeur een fijn verdeeld, elektrisch geleidend en moeilijk smeltbaar materiaal bevatten. Hiertoe wordt de 20 draad geïmpregneerd met een vloeibaar organisch polymeer dat een fijn verdeeld poeder bevat van een elektrisch geleidend, moeilijk smeltbaar materiaal dat in gesuspendeerde toestand uniform is verdeeld in de hoeveelheid polymeer. De hoeveelheid poeder wordt zodanig gekozen dat men na pyrolyse verzekerd is van een gehalte in de cokes van 5 tot 30 25 gew.%.

Voor een verdere verbetering van de elektrische en mechanische eigenschappen wordt de elektrode bekleed met een laag cokes die al dan niet het fijn verdeelde, elektrisch geleidende en moeilijk smeltbare materiaal bevat.

30 ' Nadat het polymere materiaal is behandeld en van.de spil is afgenomen, wordt hiertoe een laag van een polymeer materiaal met dezelfde of een andere samenstelling en met of zonder elektrisch geleidend en moeilijk smeltbaar materiaal, op de elektrode aangebracht.

Het aanbrengen van deze laag kan op elke bekende wijze geschieden.

35 Het meest geschikt is spuiten of onderdompelen. Teneinde verzekerd te zijn van de meest nauwkeurige dikte en uniformiteit moet de oplossing die voor het onderdompelen of het spuiten wordt gebruikt, een lage viscositeit bezitten. Als bijvoorbeeld een fenolformaldehydhars wordt gebruikt moet de oplossing van deze hars in ethanol een viscositeit van 40 ongeveer 2 cPs bezitten. Na het aanbrengen van de polymere laag wordt 8200790 V w 14 deze onderworpen aan een niet omkeerbare behandeling, waarna de pyroly-se wordt uitgevoerd.

De roostervormige elektrode die is vervaardigd volgens de onderhavige uitvinding heeft bepaalde voordelen vergeleken met de bekende 5 elektroden, zoals: - een grote stralingsfactor die een sterke energiedissipatie bij een bepaalde temperatuur mogelijk maakt, - een grote hittebestendigheid die het functioneren bij verhoogde werktemperatuur mogelijk maakt, 10 - een grote mechanische sterkte die toeneemt bij verhoging van de werktemperaturen, - een grote weerstand tegen beschieting met elektronen en ionen, - een grote elektrische sterkte.

De onderhavige uitvinding maakt het mogelijk op deze basis ver-15 schillende onderdelen van een elektronisch instrument te vervaardigen, met inbegrip van stuur- en zeefroosters, een basis van een kathode-elektrode en verschillende typen verhittere.

Deze onderdelen bezitten verbeterde werkparameters, in de eerste plaats een grote hittebestendigheid, mechanische sterkte en weerstand 20 tegen elektronen- en ionenstromen.

De werkwijze voor de vervaardiging van de roostervormige elektrode vereist niet veel energie of grote kapitaalsuitgaven, kan gemakkelijk worden geautomatiseerd en verzekert een grote produktiviteit.

De toepassing van de roostervormige elektrode maakt het mogelijk 25 betrekkelijk goedkope elektronische instrumenten te vervaardigen met een groot uitgangsvermogen, een breed frequentiegebied, een verhoogde elektrische en mechanische sterkte, een verlengde levensduur en een grote betrouwbaarheid.

8200790

Claims (19)

1. Roostervormige elektrode voor elektronische instrumenten, waarbij het eigenlijke roostergedeelte (1) wordt gevormd door vezelige koolstofdraden (6, 7), met het kenmerk, dat de vezels van de koolstof- 5 draden (6, 7) aan elkaar zijn gehecht met behulp van cokes van een organisch polymeer.

2. Roostervormige elektrode volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoeveelheid van de hechtende cokes van een organisch polymeer in de draden (6, 7) gelijk is aan 10-50 gew,%.

3. Roostervormige elektrode volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de cokes van een organisch polymeer 5-30 gew.% van een elektrisch geleidend, moeilijk smeltbaar materiaal bevat.

4. Roostervormige elektrode volgens een van de conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de draden (6, 7) die het roostergedeelte (1) vormen 15 langs de omtrek ervan aan tenminste één ondersteuningselement (2, 3) zijn verbonden met,behulp van koolstofdraden (9) waarvan de vezels aan elkaar zijn gehecht met behulp van cokes van een organisch polymeer.

• 5. Roostervormige elektrode volgens een van de conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de draden (6, 7) die het roostergedeelte (1) vormen, 20 zijn bevestigd aan tenminste één ondersteuningselement (2, 3) vervaardigd van een weefsel (8) waarvan de koolstofdraden en vezels die deze draden vormen aan elkaar gehecht zijn met behulp van cokes van een organisch polymeer.

6. Roostervormige elektrode volgens een van de conclusies 1-5, met 25 het kenmerk, dat de draden (6, 7) van tenminste het roostergedeelte (1) aan alle kanten zijn bekleed met een laag (10) cokes van een organisch polymeer die de draden aan elkaar hecht en een elektrisch geleidend en moeilijk smeltbaar materiaal bevat.

7. Roostervormige elektrode volgens een van de conclusies 1-6, 30 het kenmerk, dat poriën en scheuren in de draden (6, 7) waarvan de vezels aan elkaar zijn gehecht met cokes van een organisch polymeer, zijn opgevuld met pyrokoolstof tot een gemiddelde dichtheid van het draadma-teriaal van 1,7 - 2,0 g/cm^.

8. Roostervormige elektrode volgens een van de conclusies 1-7, met 35 het kenmerk, dat als cokes van een organisch polymeer wordt toegepast een glasachtige koolstof.

9. Roostervormige elektrode volgens een van de conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de draden (6, 7) ervan aan alle kanten zijn bedekt met een laag pyrografiet.

10. Werkwijze voor de vervaardiging van een roostervormige elek- 8200790 > trode van vezelige koolstofdraden volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elke vezelige koolstofdraad (6, 7) wordt geleid door een vloeibaar organisch polymeer met een koolstofgehalte van tenminste 20 gew.%, dat in staat is te worden verkoold na een voorafgaande bewerking, zodat de 5 draad wordt geïmpregneerd met dit polymeer waarna van deze draden (6, 7. een roostervormige elektrode wordt gevormd op een spil die dan wordt verhit voor het op niet omkeerbare wijze behandelen van de met polymeer geïmpregneerde draad, waarna de roostervormige elektrode wordt verhit voor het pyrolyseren van dit polymeer.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat tijdens het vormen van de roostervormige elektrode de kruisende draden (6, 7) van het roostergedeelte met elkaar worden verweven door knooptechnie-ken.

12. Werkwijze volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat als 15 organisch polymeer voor het impregneren van de draden wordt toegepast een polymeer gekozen uit de groep bestaande uit fenol-, furaan-, furfu-ryl-, en acrylharsen, harsen van het vinyltype, petroleum- en koolteer-harsen en peksoorten.

13. Werkwijze volgens een van de conclusies 10 en 11, met het 20 kenmerk, dat als vloeibaar organisch polymeer voor het impregneren van de draden wordt toegepast een oplossing van fenolformaldehydhars in ethanol.

14. Werkwijze volgens een van de conclusies 10-13, met het kenmerk, dat in het geval voor het impregneren van een draad met een orga- 25 nisch polymeer gebruik wordt gemaakt van een thermoplastisch polymeer, na het vormen van de roostervormige elektrode het polymeer wordt overgebracht in een thermohardende toestand.

15. Werkwijze volgens een van de conclusies 10-14, met het kenmerk, dat na het impregneren van de draden (6, 7) met een vloeibaar or- 30 ganisch polymeer, deze draden door een calibreeropening worden geleid teneinde ze een gewenste vorm van de doorsnede te geven.

16. Werkwijze volgens een van de conclusies 10-15, met het kenmerk, dat na een niet omkeerbare behandeling van het vloeibare organische polymeer de roostervormige elektrode van de spil wordt verwij- 35 derd.

17. Werkwijze volgens een van de conclusies 10-16, met het kenmerk, dat voor het vormen van de roostervormige elektrode tenminste één ondersteuningselement (2, 3) op de spil wordt aangebracht en na het vormen van het roostergedeelte (1) van de elektrode dit wordt bevestigd 40 aan het onderstèuningselement (2, 3) door op het roostergedeelte (1) 8200790 * G ‘ > *& K een vezelige koolstofdraad (9) te wikkelen die is geïmpregneerd met het genoemde organische vloeibare polymeer.

18. Werkwijze volgens een van de conclusies 10-17, met het kenmerk, dat elke vezelige koolstofdraad wordt geleid door een vloeibaar 5 organisch polymeer dat een fijn verdeeld, elektrisch geleidend en moeilijk smeltbaar materiaal bevat.

19. Werkwijze volgens een van de conclusies 10-18, met het kenmerk, dat na een niet omkeerbare behandeling van het organische polymeer de draden (6, 7) van tenminste het roostergedeelte (1) van de 10 elektrode aan alle kanten worden bekleed met een laag (10) van een vloeibaar organisch polymeer met een koolstofgehalte van niet minder dan 20 gew.%, welk polymeer kan worden verkoold na een voorafgaande, niet omkeerbare behandeling, waarna de elektrode wordt onderworpen aan een verhitting voor de niet omkeerbare behandeling van het polymeer in 15 de genoemde laag (10). **************** 8200790