WO1994003949A1 - Electrode arrangement for gas discharge switches and material for use therein - Google Patents

Electrode arrangement for gas discharge switches and material for use therein Download PDF

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WO1994003949A1
WO1994003949A1 PCT/DE1993/000681 DE9300681W WO9403949A1 WO 1994003949 A1 WO1994003949 A1 WO 1994003949A1 DE 9300681 W DE9300681 W DE 9300681W WO 9403949 A1 WO9403949 A1 WO 9403949A1
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WO
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carbide
electrode
components
tungsten
emission
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Application number
PCT/DE1993/000681
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German (de)
French (fr)
Inventor
Werner Hartmann
Günter LINS
Horst Kippenberg
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T2/00—Spark gaps comprising auxiliary triggering means
    • H01T2/02—Spark gaps comprising auxiliary triggering means comprising a trigger electrode or an auxiliary spark gap
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T1/00—Details of spark gaps
    • H01T1/24—Selection of materials for electrodes

Definitions

  • the invention relates to an electrode arrangement for a triggered low-pressure gas discharge switch with at least one cathode and one anode as main electrodes, which either have at least in each case an opening for igniting the low-pressure gas discharge or at least one recess in each case for alignment.
  • the cathode contains at least one opening for the passage of charge carriers for the purpose of triggering.
  • the invention also relates to a material to be used in such an electrode arrangement with high-melting and high-boiling material components.
  • Gas discharge switches in the pressure range between 1 and 1000 Pa generally consist of two opposite electrodes, at least one of which has an opening.
  • the cross-section of the opening can be circular or have a suitable other shape.
  • the distance d between the electrodes in the surrounding gas - preferably hydrogen or deuterium - is chosen so that a working point on the left branch of the ignition voltage characteristic (Paschen curve), which rises to low pressures, is reached for all possible discharge paths. This ensures that a gas discharge, which is triggered by a sufficiently large voltage at the electrodes or by triggering, starts in the area of the opening and burns in the further course in an area which is preferred by the given geometry.
  • Known low-pressure gas discharge switches can consist of two cylindrical or hat-shaped or hollow cylindrical electrodes which are closed on both sides and which face one another with the bottoms.
  • One of the two floors has at least one opening through which the spatial connection to the trigger device is established in the rear space of the corresponding electrode.
  • the second electrode base can also have openings or recesses.
  • the two electrodes are inserted in a hollow cylinder, usually made of glass or ceramic - the so-called switching chamber - which is part of a housing enclosing the discharge gas.
  • the cylinder bases are at a distance of at most a few millimeters from one another and provide at least part of their surface as an electrode actively participating in the discharge.
  • the electrode region of the cathode actively participating in the discharge has to deliver a sufficient amount of electrons to the discharge plasma in order to maintain the discharge current.
  • This emission of electrons takes place due to field-assisted thermal emission or thermally assisted field emission from the cathode surface heated by ion impact.
  • the inevitable heating of the cathode and the bombardment with ions lead to a loss of electrode material by evaporation, by sputtering and by emission of droplets if a molten phase occurs. Since the surface temperature necessary for the electron emission of an average of several kA / cm 2 is several thousand * C, considerable material losses can occur in the course of the switching processes. This
  • the electrodes are generally formed from high-melting and high-boiling components.
  • the metals tungsten and / or molybdenum are particularly suitable for this.
  • the erosion losses due to the evaporation of the electrode material or the loss of material due to the formation of droplets are already kept low, since these components are known to have only very low evaporation rates at a given temperature in accordance with their low vapor pressures.
  • these components have good high-voltage strength and are particularly compatible with the gas atmosphere in the gas discharge switch.
  • an object of the invention to provide an electrode arrangement for gas discharge switches in which the erosion behavior is further reduced by a suitable choice of the geometry of the loaded electrode areas and adaptation of the associated electrode material in order to ensure a long service life of the Ensure switch. It is equally the job of Invention to find materials for electrodes of gas discharge switches, which further reduce the erosion behavior of the electrodes made therefrom for a given electrode geometry in order to extend the life of the switch.
  • the electrode area which is subject to the discharge has at least the area surrounding the openings on the discharge side of one of the electrodes and has emission-active centers.
  • the area surrounding the openings with the emission-active centers on the electrode side of the electrodes preferably consists of a carbide-containing material.
  • the carbide-containing material can be applied as a coating.
  • the inside of the aligned openings and / or the edge region of the aligned openings can be provided with the coating in the corresponding electrode arrangement. If the electrodes are designed differently, the recesses can be provided with the coating at least in the region of the trigger opening.
  • the carbide-containing material can also form compact material inserts which, depending on the design of the electrode, are shaped as corresponding hollow bodies.
  • the object is achieved according to the invention in that the electrode material consists of at least two components, of which a first component is a non-oxidic, emission-active component which does not dissolve or at most partially dissolves in the other components, so that at the surface area of the electrode material, emission-active centers are formed, and where a second component is a high-melting metal.
  • the electrode material preferably contains the components tungsten and / or molybdenum and the non-oxidic, emission-active component is a metal carbide.
  • the carbide-containing material preferably contains tantalum carbide, tungsten carbide, molybdenum carbide or a mixture of these carbides.
  • the carbide-containing material can also contain further components that are not metal carbides.
  • the carbide-containing material can be the components tungsten or molybdenum or a mixture of both
  • Components contain and the metal carbide be tungsten carbide and / or molybdenum carbide.
  • the metal carbide be tungsten carbide and / or molybdenum carbide.
  • tantalum carbide, hafnium carbide, zirconium carbide and / or niobium carbide are suitable as metal carbides. Additional high-melting components can be present as additives in the carbide-containing material.
  • the invention is based on the consideration that the electron emission from the cathode does not take place evenly with homogeneous or pure electrode materials, but rather starts from individual emission centers.
  • the latter emission centers are merely irregularities on the cathode surface, at which the emission occurs more intensely due to the locally increased electric field strength.
  • the components of emission-active, high-melting and high-boiling substances are now specifically formed on the surface of the electrode, the emission-active centers, of which the electron emission then preferably takes place. Constraint is that the additive does not dissolve or at most partially dissolves in the base material of the electrode, so that emission centers can be localized. This is the case with carbide-metal mixtures.
  • the grains of the non-oxide which are exposed on the surface of the cathode Components preferably offer emission centers for thermal electron emission, the temperature and thus the evaporation rate of the emission centers being lower than that of the host material of the basic electrode structure.
  • metal carbides have a lower work function than, for example, the metals tungsten and molybdenum.
  • some metal carbides, in particular tantalum carbide have a higher melting point than the metals in this regard and thus allow higher emission currents.
  • carbide-metal mixtures can advantageously be used instead of pure carbides or carbide mixtures:
  • emission centers made of carbide grains form on the surface of the electrodes when fine-grained and finely distributed carbide powders are used , from which the electron emission is preferred.
  • the latter emission centers are merely irregularities on the upper surface of the cathode. area where the emission increases due to the locally increased electric field strength.
  • the material according to the invention does not need to be used for the production of the entire electrode arrangement, but is only used in those areas which are directly exposed to gas discharge and are therefore particularly stressed.
  • the geometry of the gas discharge can also be influenced by a suitable choice of the geometry of the regions which have the carbide-containing material, since these regions represent the preferred electron emission regions.
  • a thin layer is produced on the surface of the electrode material and the other emission-active component by evaporation and recondensation of individual components of the material, which lowers the work function for electron emission.
  • a lowering of the temperature load on the electrode material and thus of its evaporation rate can thus be achieved by lowering the working temperature of the emission-active components, which advantageously leads to a reduction in electrode erosion.
  • this ensures that the working temperature of the cathode surface also remains locally below the critical temperature values at which the particularly undesirable material losses occur in the form of droplet emissions.
  • the electrode materials can be produced, for example, by powder metallurgy, with a powder from the basic component possibly being further powder Binder and especially as additives to promote emissions.
  • the material can also be realized as an electrode material by other manufacturing technologies, for example by thermal spraying onto a substrate.
  • FIG. 1 shows an electrode arrangement made of cathode and anode with aligned openings and associated coatings
  • FIG. 2 shows an electrode arrangement made of cathode and anode with a discharge space and trigger openings in the cathode and a corresponding coating
  • FIG. 3 shows a section of an electrode with discrete, symmetrically constructed inserts
  • FIG. 10 shows the detail of a cathode with discrete additives which are introduced as grains into the basic structure of the material.
  • a gas discharge contains Two main electrodes for a low-pressure gas discharge, one of which is used as a cathode and the other as an anode and at least the cathode is provided with at least one opening.
  • the anode can also be provided with one or more openings.
  • a discharge gap can be ignited through the aligned openings.
  • the cathode and the anode which generally each form a rotary body, are arranged at a predetermined distance from one another, which can be, for example, about 2 to 5 mm.
  • a discharge space can also be formed in the mutually facing surfaces of the electrodes by recesses, which are each conical, for example.
  • the cathode in particular has generally two or more openings in the edge region of the discharge space to the cathode rear space for the purpose of injecting charge carriers.
  • the electrodes in particular the cathode and the anode, usually consist of electrically conductive material, for example stainless steel. It has already been proposed to provide special inserts made of high-melting and high-boiling material in the area of the discharge path. In the prior art, tungsten and / or molybdenum are chosen in particular for the latter purpose because of the low vapor pressures. These materials have proven themselves in the gas discharge switch because of their good high voltage resistance and also because of their compatibility with the working gas.
  • 1 shows a cathode 1 and an associated anode 2.
  • the cathode 1 and the anode 2 each contain central openings 3 and 4 which are aligned with one another in an aligned line. The inner wall of the opening 3 and the opening 4 and the region of the facing one another centrally around the opening
  • End faces of the cathode 1 and the anode 2 are provided with a coating 11 and 21, respectively.
  • FIG. 2 shows a cathode 5 which is opposite an anode 6.
  • a cathode 5 which is opposite an anode 6.
  • central recesses 7 and 8 which enclose a discharge space.
  • the recesses 7 and 8 are provided with coatings 51 and 61, respectively.
  • the coatings 11, 21, 51 and 61 according to FIG. 1 and FIG. 2 consist of a carbide-containing material.
  • a carbide-containing material is known in the technical literature as a thermionic emitter and can be used, for example, to reduce the work function over metal layers.
  • the coating made of the carbide-containing material is applied as a non-erosion-resistant area to the less erosion-resistant, easily machinable and highly heat-conductive carrier material.
  • coating processes for example, plasma spraying, CVD processes or sputtering are possible, with which, for example, layers of approximately 50 ⁇ m thick and up to 1 mm thick or more can be achieved.
  • 3 to 5 only the cathode 1 is shown, which according to FIG. 1 has a central opening 3.
  • a plate-shaped insert 12 is inserted around the opening 3 in FIG. 3, a hollow cylindrical insert 13 in FIG. 4 and a hollow conical insert 14 made of carbide-containing material in FIG.
  • the individual cathodes correspond in their topology to the cathode 5 of FIG. 2.
  • the cathode 5 in FIG. 6 again has a conical recess 7, in FIG. 7, on the other hand, a dome-shaped recess
  • Shaped parts 52 and 53 made of carbide-containing material are introduced into the recesses 7 and 57, respectively.
  • the molded parts in FIGS. 3 to 7 can be produced, for example, by thin plates, or three-dimensionally shaped thin-walled inserts such as cylinders, cone shells, truncated cone shells or spherical caps and can be connected in a suitable manner to the support electrode 1 or 5. Brazing, active soldering and friction welding are suitable as connection methods, for example, while the molded parts themselves are advantageously produced using powder metallurgical methods.
  • the cathode 1 according to FIG. 1 has an insert 15 in a manner known per se.
  • This insert consists of a material described in detail in Examples 1 to 3, the ion-active centers being formed on the free surfaces .
  • the complete electrodes can also consist of the material specified in the examples.
  • inserts 15 in the form of discrete islands made of carbide-containing material are introduced into the active surface of a cathode according to FIGS. 1, 3 or 4. Such islands can be produced in a targeted manner as a thin layer or as a compact insert according to the methods described above at the difficult points of the electrode 2 and, on account of the good emission properties of the metal carbide, also lead on average to reduced erosion with sufficient distribution over the electrode surface.
  • FIG. 9 While in FIG. 9 individual islands are defined and arranged symmetrically on the electrode surface, such islands can also be arranged in a statistical distribution in the base material of the electrode carrier.
  • the latter is indicated, for example, in FIG. 10, in which carbide-containing additives are introduced discretely as coarse grains 56 into the basic structure of a cathode 5 with trigger bore 9. This can already take place during the powder-metallurgical production of the electrode material.
  • tantalum carbide, tungsten carbide, molybdenum carbide or a mixture of these carbides are suitable as the carbide-containing material for the coatings, inserts or admixtures.
  • the carbide-containing material can also be composed of carbides and non-carbides - specifically metals.
  • the metal can contain, for example, the components tungsten or molybdenum or a mixture of both components, and that Metal carbide can be a tungsten carbide and / or molybdenum carbide.
  • the carbide-containing material can contain the components tungsten or molybdenum or a mixture of both components and the metal carbide can be tantalum carbide, hafnium carbide, zirconium carbide and / or niobium carbide.
  • Other high-melting components such as rhenium, osmium,
  • Iridium, hafnium, or their mixtures or compounds, in particular carbides, can be present as further additives.
  • the properties of the carbide-containing electrode material are improved, in particular, by the fact that materials with a high level of honor are used.
  • emission-active centers can be formed on the surface of the electrode, from which electron emission is then preferred.
  • a secondary condition is that the additives do not dissolve or at most partially dissolve in the basic component of the electrode, so that emission centers can be localized.
  • Tungsten or molybdenum or a mixture of both components is selected as the base material.
  • This material is manufactured using powder metallurgy, whereby the particle size of the basic components can vary in a wide range up to 100 ⁇ m. However, particle sizes of a few micrometers are preferably selected.
  • the components for forming the basic structure of an electrode can be added with a high-melting metal can be added, which limits the grain growth.
  • a high-melting metal can be added, which limits the grain growth.
  • Such an addition can in particular rhenium,
  • the binder components are mixed into the electrode material as particles of the same order of magnitude as the basic components.
  • the above powder mixture is further mixed with carbon in the form of graphite.
  • carbon in the form of graphite.
  • the corresponding carbides are formed in a known manner from the carbon of the graphite and part of the basic components by heat treatment and sintering.
  • These carbides usually have melting points or boiling points which are higher than those of the pure components. Furthermore, the electron work function is lower for metal carbides than for the pure components.
  • Example 2 Essentially the same basic components as in Example 1 are used. In this case, however, a carbide of another metal is directly mixed into the corresponding powder mixture.
  • suitable metal carbides are tantalum carbide, tungsten carbide, molybdenum carbide, hafnium carbide, zirconium carbide or niobium carbide. If appropriate, these metal carbides can be mixed in a suitable composition. In this example, it is advantageous, especially when producing an electrode material from tungsten, rhenium and tantalum carbide Particle sizes for tungsten up to 5 ⁇ m and for rhenium and the tantalum carbide component up to 3 ⁇ m.
  • the basic components will generally form the major part of the material.
  • the additives may be up but 50% by mass, wherein, for example, about 10 to ⁇ -% has been found suitable.
  • Electrode material It can furthermore be favorable to add further components to the electrode material, which in particular increase the electrical and / or thermal conductivity.
  • components are known to come from metals such as Nickel, copper, silver and gold in question.
  • the desired effects can be achieved by two or more components. Evaporation of these components and their precipitation in the immediate vicinity or on the opposite electrode produce a thin layer on both electrode surfaces. which lowers the work function for electron emission and thus leads to a reduction in the heating of the electrode surface in general and thus to a reduction in electrode erosion by lowering the working temperature of the emission-active component. In this example it is achieved in particular that the working temperature of the cathode surface also remains locally below the critical values at which material losses occur due to droplet emissions.
  • a material in the sense of the above examples consists e.g. 87 m% tungsten, with 3 m% rhenium as a binder and 10 m% tantalum carbide as an emission-active additive.
  • the material W87Re3TaC10 is produced by powder metallurgy, the particle sizes being up to 5 ⁇ m for the tungsten and up to 3 ⁇ m for the rhenium and carbide component.
  • Another material consists of 85 m% tungsten, 9 m% tantalum carbide, 0.5 m% carbon and 5.5 m% hafnium.
  • the material W85TaC9C0.5Hf5.5 is made from powders with tungsten up to 5 ⁇ m particle size, tantalum carbide up to 3 ⁇ m and carbon and hafnium up to 1 ⁇ m particle size.
  • the component containing carbide can also be dominant.
  • the TaC85RelOMo5 material is manufactured using powder metallurgy. A corresponding proportion of osmium can be present instead of rhenium.
  • Another material consists of 85 m% molybdenum, 10 m% Tungsten carbide and 5 m% hafnium carbide.
  • the material Mo85WC10HfC5 is produced by powder metallurgy from individual powders with a particle size of up to 3 ⁇ m. It is to be expected that when electrodes of this material are used in gas discharge switches, hafnium carbide will partially decompose and that hafnium will deposit as a thin layer on the tungsten carbide. It therefore serves as an emission-promoting additive in the sense described in Example 3.
  • tungsten for example 92 m% tungsten, 3 m% carbon and 5 m% hafnium are used as starting components.
  • the material is manufactured using powder metallurgy with particle sizes of a few ⁇ m.
  • the free carbon partly reacts with tungsten and thereby forms the emission-active phase tungsten carbide.
  • the hafnium portion acts - as previously described - as an emission-promoting additive by forming a thin layer on the carbide areas.
  • the proportion of the active components can be varied within certain limits, the value of the mass fraction of the main component in particular only having to be considered in the order of magnitude.
  • the associated concentration ranges are specified in the claims.
  • the electrode materials are used particularly in low-pressure gas discharge switches in which the charge carriers for triggering are generated by a glow discharge in a so-called hollow electrode.
  • Such gas discharge switches are generally referred to as hollow electrode switches or also as pseudo-spark switches.
  • the above electrode materials can also be used advantageously in other gas discharge switches, such as the known thyratrons.

Abstract

In prior art triggered low-pressure gas discharge switches, the main electrodes have inserts of high-melting and boiling-point components. The principal materials used are the metals tungsten and molybdenum or their mixtures. According to the invention, the region of the electrodes taking part in the discharge, or at least the region surrounding the apertures in the electrodes on the discharge side of one of the electrodes, has emission-active centres. The region surrounding the apertures with the emission-active centres on the discharge side preferably consists of a carbide-containing material, which may be applied in the form of a thin coating or a compact insert. Suitable and preferred carbide-containing materials are tantalum, tungsten or molybdenum carbides. Multi-component materials with tungsten and/or molybdenum as one component and a metal carbide as another are especially considered.

Description

Elektrodenanordnung für Gasentladungsschalter und Werk¬ stoff zur Verwendung bei dieser ElektrodenanordnungElectrode arrangement for gas discharge switch and material for use with this electrode arrangement
Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrodenanordnung für einen getriggerten Niederdruck-Gasentladungsschalter mit wenigstens einer Kathode und einer Anode als Haupt¬ elektroden, die entweder wenigstens jeweils in fluchtender Linie eine Öffnung zum Zünden der Niederdruck-Gasent¬ ladung oder wenigstens jeweils eine Ausnehmung zur Aus- bildung einer Entladungskammer für die Niederdruck-Gasent¬ ladung aufweisen, wobei in letzterem Fall die Kathode zum Zwecke der Triggerung wenigstens eine Öffnung zum Durch¬ tritt von Ladungsträgern enthält. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf einen bei einer solchen Elektroden- anordnung zu verwendenden Werkstoff mit hochschmelzenden und hochsiedenden Materialkomponenten.The invention relates to an electrode arrangement for a triggered low-pressure gas discharge switch with at least one cathode and one anode as main electrodes, which either have at least in each case an opening for igniting the low-pressure gas discharge or at least one recess in each case for alignment. Have formation of a discharge chamber for low-pressure gas discharge, in the latter case the cathode contains at least one opening for the passage of charge carriers for the purpose of triggering. In addition, the invention also relates to a material to be used in such an electrode arrangement with high-melting and high-boiling material components.
Gasentladungsschalter im Druckbereich zwischen 1 und 1000 Pa bestehen im allgemeinen aus zwei gegenüberliegen- den Elektroden, von denen mindestens eine eine Öffnung aufweist. Der Querschnitt der Öffnung kann kreisförmig sein oder auch eine geeignete andere Form haben. Der Ab¬ stand d der Elektroden im umgebenden Gas - vorzugsweise Wasserstoff oder Deuterium - wird so gewählt, daß für alle möglichen Entladewege ein Arbeitspunkt auf dem linken, zu niedrigen Drucken hin ansteigenden Ast der Zündspannungs¬ kennlinie (Paschen-Kurve) erreicht wird. Dadurch wird sichergestellt, daß eine Gasentladung, die durch eine hin¬ reichend große Spannung an den Elektroden oder durch Trig- gerung ausgelöst wird, im Bereich der Öffnung startet und im weiteren Verlauf in einem Bereich brennt, der durch die vorgegebene Geometrie bevorzugt wird. Bekannte Niederdruck-Gasentladungsschalter können aus zwei zylinder- oder hutformigen bzw. beiderseits verschlossenen hohlzylindrischen Elektroden bestehen, die einander mit den Böden zugewandt sind. Einer der beiden Böden besitzt mindestens eine Öffnung, durch welche die räumliche Ver¬ bindung zur Triggereinrichtung im Rückraum der entspre¬ chenden Elektrode hergestellt wird. Auch der zweite Elek¬ trodenboden kann Öffnungen oder Ausnehmungen aufweisen.Gas discharge switches in the pressure range between 1 and 1000 Pa generally consist of two opposite electrodes, at least one of which has an opening. The cross-section of the opening can be circular or have a suitable other shape. The distance d between the electrodes in the surrounding gas - preferably hydrogen or deuterium - is chosen so that a working point on the left branch of the ignition voltage characteristic (Paschen curve), which rises to low pressures, is reached for all possible discharge paths. This ensures that a gas discharge, which is triggered by a sufficiently large voltage at the electrodes or by triggering, starts in the area of the opening and burns in the further course in an area which is preferred by the given geometry. Known low-pressure gas discharge switches can consist of two cylindrical or hat-shaped or hollow cylindrical electrodes which are closed on both sides and which face one another with the bottoms. One of the two floors has at least one opening through which the spatial connection to the trigger device is established in the rear space of the corresponding electrode. The second electrode base can also have openings or recesses.
Die beiden Elektroden sind in einem üblicherweise aus Glas oder Keramik bestehenden Hohlzylinder - der sogenannten Schaltkammer - eingebracht, welche Teil eines das Entla¬ dungsgas einschließenden Gehäuses ist. Die Zylinderböden haben zueinander einen Abstand von höchstens einigen Mil- limetern und stellen zumindest einen Teil ihrer Oberfläche als aktiv an der Entladung teilnehmende Elektrode zur Ver¬ fügung.The two electrodes are inserted in a hollow cylinder, usually made of glass or ceramic - the so-called switching chamber - which is part of a housing enclosing the discharge gas. The cylinder bases are at a distance of at most a few millimeters from one another and provide at least part of their surface as an electrode actively participating in the discharge.
Für den Transport der Ladungsträger im elektrisch durch- gängigen ("geschlossenen") Zustand des Schalters nach erfolgter Triggerung muß der aktiv an der Entladung teil¬ nehmende Elektrodenbereich der Kathode eine ausreichende Menge an Elektronen an das Entladeplasma liefern, um den Entladestro aufrecht zu erhalten. Diese Emission von Elektronen erfolgt aufgrund von feldunterstützter ther¬ mionischer Emission oder thermisch unterstützter Feldemis¬ sion von der durch Ionenaufprall aufgeheizten Kathoden¬ oberfläche. Die dabei unvermeidliche Aufheizung der Ka¬ thode und der Beschüß mit Ionen führen zu einem Verlust von Elektrodenmaterial durch Verdampfen, durch Sputtern und durch Emission von Tröpfchen, falls eine schmelzflüs¬ sige Phase auftritt. Da die für die Elektronenemission von im Mittel mehreren kA/cm2 notwendige Oberflächentemperatur bei mehreren tausend *C liegt, können im Laufe der Schalt- Vorgänge beachtliche Materialverluste auftreten. DieserFor the transport of the charge carriers in the electrically continuous ("closed") state of the switch after triggering has taken place, the electrode region of the cathode actively participating in the discharge has to deliver a sufficient amount of electrons to the discharge plasma in order to maintain the discharge current. This emission of electrons takes place due to field-assisted thermal emission or thermally assisted field emission from the cathode surface heated by ion impact. The inevitable heating of the cathode and the bombardment with ions lead to a loss of electrode material by evaporation, by sputtering and by emission of droplets if a molten phase occurs. Since the surface temperature necessary for the electron emission of an average of several kA / cm 2 is several thousand * C, considerable material losses can occur in the course of the switching processes. This
Materialverlust begrenzt entscheidend die Lebensdauer sol¬ cher Schaltsysteme. Außerdem können die Materialnieder¬ schläge in der Umgebung der Elektroden negative Folgen haben.Material loss decisively limits the service life of such switching systems. In addition, the material deposits in the vicinity of the electrodes can have negative consequences.
Da in vielen Fällen mit einer Umkehr der Stromrichtung beim Betrieb des Schalters zu rechnen ist, treffen die gleichen Aussagen auf die Anode des Schalters zu, da sie während jeder zweiten Stromhalbwelle zur Kathode wird.Since in many cases a reversal of the current direction is to be expected when operating the switch, the same statements apply to the anode of the switch, since it becomes the cathode during every second current half-wave.
Speziell bei Gasentladungsschaltern nach dem Pseudofunken- prinzip sind die Elektroden im allgemeinen aus hoch¬ schmelzenden und hochsiedenden Komponenten gebildet. Dafür kommen insbesondere die Metalle Wolfram und/oder Molybdän in Frage. Bei Elektrodenmaterialien mit solchen Komponen¬ ten werden die Erosionsverluste durch Verdampfen von Elektrodenmaterial bzw. Materialverlust durch Tröpfchen¬ bildung bereits gering gehalten, da diese Komponenten entsprechend ihren niedrigen Dampfdrucken bekanntermaßen bei vorgegebener Temperatur nur sehr geringe Verdampfungs¬ raten aufweisen. Gleichzeitig zeigen diese Komponenten eine gute Hochspannungsfestigkeit und sind insbesondere mit der Gasatmosphäre im Gasentladungsschalter kompatibel.Especially in the case of gas discharge switches based on the pseudo-spark principle, the electrodes are generally formed from high-melting and high-boiling components. The metals tungsten and / or molybdenum are particularly suitable for this. In the case of electrode materials with such components, the erosion losses due to the evaporation of the electrode material or the loss of material due to the formation of droplets are already kept low, since these components are known to have only very low evaporation rates at a given temperature in accordance with their low vapor pressures. At the same time, these components have good high-voltage strength and are particularly compatible with the gas atmosphere in the gas discharge switch.
Ausgehend von obigem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Elektrodenanordnung für Gasentladungs¬ schalter anzugeben, bei der durch geeignete Wahl der Geo¬ metrie der belasteten Elektrodenbereiche und Anpassung des zugehörigen Elektrodenmaterials das Erosionsverhalten wei¬ ter vermindert wird, um eine lange Lebensdauer des Schal¬ ters zu gewährleisten. Gleichermaßen ist es Aufgabe der Erfindung, Werkstoffe für Elektroden von Gasentladungs- Schaltern aufzufinden, welche das Erosionsverhalten der daraus gefertigten Elektroden bei vorgegebener Elektroden¬ geometrie weiter vermindern, um die Lebensdauer des Schal¬ ters zu verlängern.Starting from the above prior art, it is an object of the invention to provide an electrode arrangement for gas discharge switches in which the erosion behavior is further reduced by a suitable choice of the geometry of the loaded electrode areas and adaptation of the associated electrode material in order to ensure a long service life of the Ensure switch. It is equally the job of Invention to find materials for electrodes of gas discharge switches, which further reduce the erosion behavior of the electrodes made therefrom for a given electrode geometry in order to extend the life of the switch.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der von der Entladung beanspruchte Elektrodenbereich zu¬ mindest der die Öffnungen umgebende Bereich an der Ent¬ ladungsseite einer der Elektroden emissionsaktive Zentren aufweist. Vorzugsweise besteht der die Öffnungen umgebende Bereich mit den emissionsaktiven Zentren an der Elektro¬ denseite der Elektroden aus einem karbidhaltigen Material.The object is achieved according to the invention in that the electrode area which is subject to the discharge has at least the area surrounding the openings on the discharge side of one of the electrodes and has emission-active centers. The area surrounding the openings with the emission-active centers on the electrode side of the electrodes preferably consists of a carbide-containing material.
Das karbidhaltige Material kann als Beschichtung aufge- bracht sein. Dabei können bei der entsprechenden Elektro¬ denanordnung die Innenseiten der fluchtenden Öffnungen und/oder der Randbereich der fluchtenden Öffnungen mit der Beschichtung versehen sein. Bei anderer Ausbildung der Elektroden können die Ausnehmungen zumindest im Bereich der Triggeröffnung mit der Beschichtung versehen sein.The carbide-containing material can be applied as a coating. In this case, the inside of the aligned openings and / or the edge region of the aligned openings can be provided with the coating in the corresponding electrode arrangement. If the electrodes are designed differently, the recesses can be provided with the coating at least in the region of the trigger opening.
Statt einer Beschichtung kann das karbidhaltige Material auch kompakte Werkstoffeinsätze bilden, die je nach Aus¬ bildung der Elektrode als entsprechende Hohlkörper aus¬ geformt sind.Instead of a coating, the carbide-containing material can also form compact material inserts which, depending on the design of the electrode, are shaped as corresponding hollow bodies.
Bezüglich des Werkstoffes ist di e Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst , daß das Elektrodenmaterial aus wenigstens zwei Komponenten besteht , von denen eine erste Komponente eine nichtoxidische emissionsaktive Komponente ist , die sich nicht oder höchstens teilweise in den weiteren Kom¬ ponenten löst , so daß an der Oberf läche des Elektroden¬ materials emissionsakt ive Zentren gebildet werden , und von denen eine zweite Komponente ein hochschmelzendes Metall ist. Dabei enthält das Elektrodenmaterial vorzugsweise die Komponenten Wolfram und/oder Molybdän und ist die nicht- oxidische, emissionsaktive Komponente ein Metallkarbid.With regard to the material, the object is achieved according to the invention in that the electrode material consists of at least two components, of which a first component is a non-oxidic, emission-active component which does not dissolve or at most partially dissolves in the other components, so that at the surface area of the electrode material, emission-active centers are formed, and where a second component is a high-melting metal. The electrode material preferably contains the components tungsten and / or molybdenum and the non-oxidic, emission-active component is a metal carbide.
Vorzugsweise enthält das karbidhaltige Material Tantal¬ karbid, Wolframkarbid, Molybdänkarbid oder eine Mischung dieser Karbide. Das karbidhaltige Material kann auch wei¬ tere Komponenten enthalten, die keine Metallkarbide sind. Beispielsweise kann das karbidhaltige Material die Ko po- nenten Wolfram oder Molybdän oder ein Gemisch beiderThe carbide-containing material preferably contains tantalum carbide, tungsten carbide, molybdenum carbide or a mixture of these carbides. The carbide-containing material can also contain further components that are not metal carbides. For example, the carbide-containing material can be the components tungsten or molybdenum or a mixture of both
Komponenten enthalten und das Metallkarbid Wolframkarbid und/oder Molybdänkarbid sein. Als Metallkarbide kommen aber auch in diesem Fall Tantalkarbid, Hafniumkarbid, Zirkonkarbid und/oder Niobkarbid in Frage. Es können im karbidhaltigen Material weitere hochschmelzende Komponen¬ ten als Zusätze vorhanden sein.Components contain and the metal carbide be tungsten carbide and / or molybdenum carbide. In this case, too, tantalum carbide, hafnium carbide, zirconium carbide and / or niobium carbide are suitable as metal carbides. Additional high-melting components can be present as additives in the carbide-containing material.
Die Erfindung basiert auf der Überlegung, daß die Elek¬ tronenemission von der Kathode auch bei homogenen bzw. reinen Elektrodenmaterialien nicht flächenhaft erfolgt, sondern vielmehr von einzelnen Emissionszentren ausgeht. Letztere Emissionszentren sind im Falle einkomponentiger und einphasiger Elektrodenmaterialien lediglich Unregel¬ mäßigkeiten an der Kathodenoberfläche, an denen aufgrund der lokal erhöhten elektrischen Feldstärke die Emission verstärkt auftritt.The invention is based on the consideration that the electron emission from the cathode does not take place evenly with homogeneous or pure electrode materials, but rather starts from individual emission centers. In the case of single-component and single-phase electrode materials, the latter emission centers are merely irregularities on the cathode surface, at which the emission occurs more intensely due to the locally increased electric field strength.
Im Rahmen der Erfindung werden nunmehr von den Komponenten aus emissionsaktiven, hochschmelzenden und hochsiedenden Stoffen an der Oberfläche der Elektrode gezielt die emis¬ sionsaktiven Zentren gebildet, von denen dann bevorzugt die Elektronenemission erfolgt. Nebenbedingung ist dabei, daß sich der Zusatz nicht oder höchstens teilweise im Grundmaterial der Elektrode löst, damit eine Lokalisierung von Emissionszentren ermöglicht wird. Dies ist bei Karbid- Metall-Mischungen der Fall.Within the scope of the invention, the components of emission-active, high-melting and high-boiling substances are now specifically formed on the surface of the electrode, the emission-active centers, of which the electron emission then preferably takes place. Constraint is that the additive does not dissolve or at most partially dissolves in the base material of the electrode, so that emission centers can be localized. This is the case with carbide-metal mixtures.
Durch eine gezielte Auswahl der Art der Zusätze, ihrer Teilchengröße, ihrer Konzentration im Grundgerüst der Elektrode sowie die Art der anderen Komponente des Elek¬ trodenmaterials und der Teilchengröße läßt sich im Rahmen der Erfindung erreichen, daß die an der Oberfläche der Kathode freiliegenden Körner der nichtoxidischen Kompo¬ nenten bevorzugt Emissionszentren für eine thermische Elektronenemission anbieten, wobei die Temperatur und damit die Verdampfungsrate der Emissionszentren niedriger als die beim Wirtsmaterial des Elektrodengrundgerüstes ist.Through a targeted selection of the type of additives, their particle size, their concentration in the basic structure of the electrode and the type of the other component of the electrode material and the particle size, it can be achieved within the scope of the invention that the grains of the non-oxide which are exposed on the surface of the cathode Components preferably offer emission centers for thermal electron emission, the temperature and thus the evaporation rate of the emission centers being lower than that of the host material of the basic electrode structure.
Im Hinblick auf die Elektronenemission ist die Verwendung von Metallkarbiden deshalb vorteilhaft, weil Karbide eine niedrigere Austrittsarbeit als beispielsweise die Metalle Wolfram und Molybdän haben. Weiterhin haben einige Me¬ tallkarbide, insbesondere Tantalkarbid, einen höheren Schmelzpunkt als die diesbezüglichen Metalle und lassen somit höhere Emissionsströme zu. Da sich die Karbide nur unwesentlich in den Metallen lösen, können anstelle von reinen Karbiden oder Karbidgemischen vorteilhaft Karbid- Metall-Gemische eingesetzt werden: In diesem Fall bilden sich bei Verwendung von feinkörnigen und fein verteilten Karbidpulvern an der Oberfläche der Elektroden Emissions¬ zentren aus Karbidkörnern, von denen die Elektronenemis- sion bevorzugt ausgeht. Letztere Emissionszentren sind im Falle einko ponentiger und einphasiger Elektrodenmateria¬ lien lediglich Unregelmäßigkeiten an der Kathodenober- fläche, an denen aufgrund der lokal erhöhten elektrischen Feldstärke die Emission verstärkt auftritt.With regard to electron emission, the use of metal carbides is advantageous because carbides have a lower work function than, for example, the metals tungsten and molybdenum. Furthermore, some metal carbides, in particular tantalum carbide, have a higher melting point than the metals in this regard and thus allow higher emission currents. Since the carbides dissolve only insignificantly in the metals, carbide-metal mixtures can advantageously be used instead of pure carbides or carbide mixtures: In this case, emission centers made of carbide grains form on the surface of the electrodes when fine-grained and finely distributed carbide powders are used , from which the electron emission is preferred. In the case of single-component and single-phase electrode materials, the latter emission centers are merely irregularities on the upper surface of the cathode. area where the emission increases due to the locally increased electric field strength.
Bei der Erfindung braucht der erfindungsgemäße Werk¬ stoff nicht für die Herstellung der gesamten Elektroden- anordnung verwendet zu werden, sondern wird nur in den Bereichen eingesetzt, die der Gasentladung unmittelbar ausgesetzt und damit besonders stark beansprucht sind. Durch geeignete Wahl der Geometrie der Bereiche, die das karbidhaltige Material aufweisen, läßt sich somit auch die Geometrie der Gasentladung mitbeeinflussen, da diese Be¬ reiche die bevorzugten Elektronenemissionsgebiete dar¬ stellen.In the invention, the material according to the invention does not need to be used for the production of the entire electrode arrangement, but is only used in those areas which are directly exposed to gas discharge and are therefore particularly stressed. The geometry of the gas discharge can also be influenced by a suitable choice of the geometry of the regions which have the carbide-containing material, since these regions represent the preferred electron emission regions.
Im Rahmen der Erfindung kann vorteilhafterweise erreicht werden, daß durch Verdampfen und Wiederkondensieren von einzelnen Komponenten des Werkstoffs eine dünne Schicht auf der Oberfläche des Elektrodenmaterials und der anderen emissionsaktiven Komponente erzeugt wird, welche die Aus¬ trittsarbeit für Elektronenemission absenkt. Es läßt sich so über die Erniedrigung der Arbeitstemperatur der emis¬ sionsaktiven Komponenten eine Verringerung der Temperatur¬ belastung des Elektrodenmaterials und damit seiner Ver¬ dampfungsrate erreichen, was vorteilhafterweise zur Ver¬ ringerung der Elektrodenerosion führt. Insbesondere wird dadurch erreicht, daß die Arbeitstemperatur der Kathoden¬ oberfläche auch lokal unter den kritischen Temperaturwer¬ ten bleibt, bei denen die besonders unerwünschten Mate¬ rialverluste in Form von Tropfchenemission auftreten.Within the scope of the invention it can advantageously be achieved that a thin layer is produced on the surface of the electrode material and the other emission-active component by evaporation and recondensation of individual components of the material, which lowers the work function for electron emission. A lowering of the temperature load on the electrode material and thus of its evaporation rate can thus be achieved by lowering the working temperature of the emission-active components, which advantageously leads to a reduction in electrode erosion. In particular, this ensures that the working temperature of the cathode surface also remains locally below the critical temperature values at which the particularly undesirable material losses occur in the form of droplet emissions.
Die Herstellung der Elektrodenwerkstoffe kann beispiels¬ weise auf pulvermetallurgischem Wege erfolgen, wobei einem Pulver aus der Grundkomponente weitere Pulver ggfs. als Binder und insbesondere als emissionsfördernde Zusätze beigemischt werden. Der Werkstoff kann aber für den be¬ stimmungsgemäßen Zweck auch durch andere Herstellungstech¬ nologien, beispielsweise durch thermisches Spritzen auf ein Substrat, als Elektrodenmaterial realisiert werden.The electrode materials can be produced, for example, by powder metallurgy, with a powder from the basic component possibly being further powder Binder and especially as additives to promote emissions. However, for the intended purpose, the material can also be realized as an electrode material by other manufacturing technologies, for example by thermal spraying onto a substrate.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausfüh¬ rungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit speziellen Beispielen für die Werkstoffauswahl.Further details and advantages of the invention result from the following description of the figures of exemplary embodiments with reference to the drawing in connection with special examples for the selection of materials.
Es zeigenShow it
FIG 1 eine Elektrodenanordnung aus Kathode und Anode mit fluchtenden Öffnungen und zugehörigen Beschichtun¬ gen, FIG 2 eine Elektrodenanordnung aus Kathode und Anode mit einem Entladungsraum und Triggeröffnungen in der Kathode sowie entsprechender Beschichtung,1 shows an electrode arrangement made of cathode and anode with aligned openings and associated coatings, FIG. 2 shows an electrode arrangement made of cathode and anode with a discharge space and trigger openings in the cathode and a corresponding coating,
FIG 3 bis 7 unterschiedlich ausgebildete Kathoden einer3 to 7 differently formed cathodes
Elektrodenanordnung gemäß FIG 1 oder FIG 2 mit ent- sprechenden Einsätzen,1 or 2 with corresponding inserts,
FIG 8 eine Elektrode mit einem massiven Werkstoffeinsatz,8 shows an electrode with a massive use of material,
FIG 3 einen Ausschnitt einer Elektrode mit diskreten, symmetrisch aufgebauten Einsätzen und3 shows a section of an electrode with discrete, symmetrically constructed inserts and
FIG 10 den Ausschnitt einer Kathode mit diskreten, als Körner in das Grundgerüst des Materials eingebrach¬ ten Zusätzen.10 shows the detail of a cathode with discrete additives which are introduced as grains into the basic structure of the material.
In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszei¬ chen bezeichnet. Die Figuren werden teilweise gemeinsam beschrieben.In the figures, the same parts are labeled with the same reference numerals. Some of the figures are described together.
In der dargestellten Ausführungsform enthält ein Gasentla- dungsschalter zwei Hauptelektroden für eine Niederdruck- Gasentladung, von denen eine als Kathode und die andere als Anode verwendet wird und von denen wenigstens die Ka¬ thode mit mindestens einer Öffnung versehen ist. In gleicher Weise kann auch die Anode mit einer oder mehreren Öffnungen versehen sein. Durch die fluchtenden Öffnungen kann eine Entladungsstrecke gezündet werden. Die Kathode und die Anode, die im allgemeinen jeweils einen Rotations¬ körper bilden, sind in einem vorbestimmten Abstand zuein¬ ander angeordnet, der beispielsweise etwa 2 bis 5 mm be- tragen kann.In the illustrated embodiment, a gas discharge contains Two main electrodes for a low-pressure gas discharge, one of which is used as a cathode and the other as an anode and at least the cathode is provided with at least one opening. In the same way, the anode can also be provided with one or more openings. A discharge gap can be ignited through the aligned openings. The cathode and the anode, which generally each form a rotary body, are arranged at a predetermined distance from one another, which can be, for example, about 2 to 5 mm.
Statt der Ausbildung der Elektroden mit fluchtenden Öffnungen kann auch durch Aussparungen, die beispielsweise jeweils konisch ausgebildet sind, in den einander zuge- wandten Flächen der Elektroden ein Entladungsraum gebil¬ det sein. In diesem Fall hat speziell die Kathode im Rand¬ bereich des Entladungsraumes im allgemeinen zwei oder mehr Öffnungen zum Kathodenrückraum zwecks Injektion von La¬ dungsträgern.Instead of forming the electrodes with aligned openings, a discharge space can also be formed in the mutually facing surfaces of the electrodes by recesses, which are each conical, for example. In this case, the cathode in particular has generally two or more openings in the edge region of the discharge space to the cathode rear space for the purpose of injecting charge carriers.
Die Elektroden, insbesondere die Kathode und die Anode, bestehen üblicherweise aus elektrisch leitendem Material, z.B. Edelstahl. Es ist bereits vorgeschlagen worden, im Bereich der Entladungsstrecke besondere Einsätze aus hoch- schmelzendem und hochsiedendem Material vorzusehen. Beim Stand der Technik werden für letzteren Zweck wegen der niedrigen Dampfdrücke insbesondere Wolfram und/oder Molyb¬ dän gewählt. Diese Materialien haben sich wegen ihrer guten Hochspannungsfestigkeit und auch wegen ihrer Kompa- tibilität mit dem Arbeitsgas beim Gasentladungsschalter bewährt. In FIG 1 ist eine Kathode mit 1 und eine zugehörige Anode mit 2 bezeichnet. Die Kathode 1 und die Anode 2 enthalten jeweils zentrische Öffnungen 3 und 4, die in fluchtender Linie zueinander ausgerichtet sind. Die Innenwandung der Öffnung 3 und der Öffnung 4 sowie der zentrisch um die Öffnung verlaufende Bereich der einander zugewandtenThe electrodes, in particular the cathode and the anode, usually consist of electrically conductive material, for example stainless steel. It has already been proposed to provide special inserts made of high-melting and high-boiling material in the area of the discharge path. In the prior art, tungsten and / or molybdenum are chosen in particular for the latter purpose because of the low vapor pressures. These materials have proven themselves in the gas discharge switch because of their good high voltage resistance and also because of their compatibility with the working gas. 1 shows a cathode 1 and an associated anode 2. The cathode 1 and the anode 2 each contain central openings 3 and 4 which are aligned with one another in an aligned line. The inner wall of the opening 3 and the opening 4 and the region of the facing one another centrally around the opening
Stirnflächen der Kathode 1 und der Anode 2 sind mit einer Beschichtung 11 bzw. 21 versehen.End faces of the cathode 1 and the anode 2 are provided with a coating 11 and 21, respectively.
In FIG 2 ist eine Kathode 5 dargestellt, der eine Anode 6 gegenüberliegt. An den einander zugewandten Stirnflächen der Kathode 5 und der Anode 6 sind zentrische Ausnehmungen 7 und 8 vorhanden, die einen Entladungsraum einschließen. In der Kathode 5 sind zumindest zwei Öffnungen 9 vorhan¬ den, die von der dem Entladungsraum abgewandten Seite der Kathode 5 in den Entladungsraum führen. Die Ausnehmungen 7 und 8 sind mit Beschichtungen 51 bzw. 61 versehen.2 shows a cathode 5 which is opposite an anode 6. At the mutually facing end faces of the cathode 5 and the anode 6 there are central recesses 7 and 8 which enclose a discharge space. In the cathode 5 there are at least two openings 9 which lead from the side of the cathode 5 facing away from the discharge space into the discharge space. The recesses 7 and 8 are provided with coatings 51 and 61, respectively.
Die Beschichtungen 11, 21, 51 und 61 gemäß FIG 1 und FIG 2 bestehen aus einem karbidhaltigen Material. Ein solches Material ist in der Fachliteratur als thermionischer Emit¬ ter bekannt und kann beispielsweise zur Verringerung der Austrittsarbeit über Metallschichten verwendet werden.The coatings 11, 21, 51 and 61 according to FIG. 1 and FIG. 2 consist of a carbide-containing material. Such a material is known in the technical literature as a thermionic emitter and can be used, for example, to reduce the work function over metal layers.
Bei den Elektroden gemäß den FIG 1 und 2 wird die Be- Schichtung aus dem karbidhaltigen Material als abbrand- fester Bereich auf das weniger abbrandfeste, gut bearbeit¬ bare und gut wärmeleitende Trägermaterial aufgebracht. Als Beschichtungsverfahren kommen beispielsweise Plasmasprit¬ zen, CVD-Verfahren oder Sputtern in Frage, womit bei- spielsweise Schichten von etwa 50 μm Dicke bis zu 1 mm Dicke oder mehr erzielbar sind. In den FIG 3 bis 5 ist jeweils nur die Kathode 1 darge- stellt, die entsprechend FIG 1 eine zentrische Öffnung 3 hat. In diesem Fall sind in FIG 3 um die Öffnung 3 herum ein plattenförmiger Einsatz 12, in FIG 4 ein hohlzylindri- scher Einsatz 13 und in FIG 5 ein hohlkegeliger Einsatz 14 aus karbidhaltige Material eingebracht.In the electrodes according to FIGS. 1 and 2, the coating made of the carbide-containing material is applied as a non-erosion-resistant area to the less erosion-resistant, easily machinable and highly heat-conductive carrier material. As coating processes, for example, plasma spraying, CVD processes or sputtering are possible, with which, for example, layers of approximately 50 μm thick and up to 1 mm thick or more can be achieved. 3 to 5 only the cathode 1 is shown, which according to FIG. 1 has a central opening 3. In this case, a plate-shaped insert 12 is inserted around the opening 3 in FIG. 3, a hollow cylindrical insert 13 in FIG. 4 and a hollow conical insert 14 made of carbide-containing material in FIG.
In den FIG 6 und 7 entsprechen dagegen die einzelnen Ka¬ thoden in ihrer Topologie der Kathode 5 der FIG 2. Dazu hat die Kathode 5 in FIG 6 wiederum eine konische Ausneh- ung 7, in FIG 7 dagegen eine kalottenför ige Ausnehmung6 and 7, on the other hand, the individual cathodes correspond in their topology to the cathode 5 of FIG. 2. For this purpose, the cathode 5 in FIG. 6 again has a conical recess 7, in FIG. 7, on the other hand, a dome-shaped recess
57. In beiden Fällen sind jeweils wenigstens zwei Trigger¬ öffnungen 9 vorhanden. In die Ausnehmungen 7 bzw. 57 sind Formteile 52 bzw. 53 aus karbidhaltigem Material einge¬ bracht.57. In both cases there are at least two trigger openings 9 in each case. Shaped parts 52 and 53 made of carbide-containing material are introduced into the recesses 7 and 57, respectively.
Insgesamt können bei den FIG 3 bis 7 die Formteile bei¬ spielsweise durch dünne Platten, oder dreidimensional geformte dünnwandige Einsätze wie Zylinder, Kegelmantel, Kegelstumpfmantel oder Kalotte hergestellt und in geeig- neter Weise mit der Trägerelektrode 1 bzw. 5 verbunden sein. Als Verbindungsverfahren sind beispielsweise Hart¬ löten, Aktivlδten und Reibschweißen geeignet, während die Formteile selbst vorteilhaft mit pulvermetallurgischen Methoden hergestellt werden.Overall, the molded parts in FIGS. 3 to 7 can be produced, for example, by thin plates, or three-dimensionally shaped thin-walled inserts such as cylinders, cone shells, truncated cone shells or spherical caps and can be connected in a suitable manner to the support electrode 1 or 5. Brazing, active soldering and friction welding are suitable as connection methods, for example, while the molded parts themselves are advantageously produced using powder metallurgical methods.
In FIG 8 hat die Kathode 1 gemäß FIG 1 in an sich bekann¬ ter Weise einen Einsatz 15. Dieser Einsatz besteht aus einem in den Beispielen 1 bis 3 im einzelnen beschriebenen Werkstoff, wobei sich an den freien Oberflächen die e is- sionsaktiven Zentren bilden. Gegebenenfalls können auch die kompletten Elektroden aus dem in den Beispielen ange¬ gebenen Werkstoff bestehen. In der FIG 9 sind in die aktive Oberfläche einer Kathode entsprechend den Figuren 1, 3 oder 4 Einsätze 15 in Form von diskreten Inseln aus karbidhaltigem Material einge¬ bracht. Derartige Inseln lassen sich gezielt als Dünn¬ schicht oder als Kompakteinsatz entsprechend den oben beschriebenen Methoden an den erschwünschten Stellen der Elektrode 2 herstellen und führen aufgrund der guten Emis¬ sionseigenschaften des Metallkarbides bei hinreichender Verteilung über die Elektrodenfläche im Mittel ebenfalls zu einer verringerten Erosion.In FIG. 8, the cathode 1 according to FIG. 1 has an insert 15 in a manner known per se. This insert consists of a material described in detail in Examples 1 to 3, the ion-active centers being formed on the free surfaces . If necessary, the complete electrodes can also consist of the material specified in the examples. In FIG. 9, inserts 15 in the form of discrete islands made of carbide-containing material are introduced into the active surface of a cathode according to FIGS. 1, 3 or 4. Such islands can be produced in a targeted manner as a thin layer or as a compact insert according to the methods described above at the difficult points of the electrode 2 and, on account of the good emission properties of the metal carbide, also lead on average to reduced erosion with sufficient distribution over the electrode surface.
Während in FIG 9 einzelne Inseln definiert und symmetrisch verteilt auf der Elektrodenoberfläche angeordnet sind, können derartige Inseln auch in statistischer Verteilung im Grundstoff des Elektrodenträgers angeordnet sein. Letzteres ist beispielsweise in FIG 10 angedeutet, bei dem in das Grundgerüst einer Kathode 5 mit Triggerbohrung 9 karbidhaltige Zusätze diskret als grobe Körner 56 unsymme¬ trisch eingebracht sind. Dies kann bereits bei der pulver¬ metallurgischen Herstellung des Elektrodenwerkstoffes er- folgen. Durch Oberflächenbehandlung wie beispielsweiseWhile in FIG. 9 individual islands are defined and arranged symmetrically on the electrode surface, such islands can also be arranged in a statistical distribution in the base material of the electrode carrier. The latter is indicated, for example, in FIG. 10, in which carbide-containing additives are introduced discretely as coarse grains 56 into the basic structure of a cathode 5 with trigger bore 9. This can already take place during the powder-metallurgical production of the electrode material. By surface treatment such as
Schleifen wird eine solche Oberflächenstruktur und Zusam¬ mensetzung erhalten, bei der emissionsaktive Bereiche 16 an der Elektrodenoberfläche und der Bohrung vorliegen.Grinding results in a surface structure and composition in which emission-active regions 16 are present on the electrode surface and the bore.
Als karbidhaltiges Material für die Beschichtungen, Ein¬ sätze oder Zumischungen kommen insbesondere Tantalkarbid, Wolframkarbid, Molybdänkarbid oder eine Mischung dieser Karbide in Frage. Das karbidhaltige Material kann aber auch aus Karbiden und Nichtkarbiden - und zwar speziell Metallen - zusammengesetzt sein. In diesem Fall kann das Metall beispielsweise die Komponenten Wolfram oder Molyb¬ dän oder ein Gemisch beider Komponenten enthalten und das Metallkarbid ein Wolframkarbid und/oder Molybdänkarbid sein. Alternativ dazu kann das karbidhaltige Material die Komponenten Wolfram oder Molybdän oder ein Gemisch beider Komponenten enthalten und das Metallkarbid Tantalkarbid, Hafniumkarbid, Zirkonkarbid und/oder Niobkarbid sein. Wei- tere hochschmelzende Komponenten wie Rhenium, Osmium,In particular, tantalum carbide, tungsten carbide, molybdenum carbide or a mixture of these carbides are suitable as the carbide-containing material for the coatings, inserts or admixtures. However, the carbide-containing material can also be composed of carbides and non-carbides - specifically metals. In this case, the metal can contain, for example, the components tungsten or molybdenum or a mixture of both components, and that Metal carbide can be a tungsten carbide and / or molybdenum carbide. Alternatively, the carbide-containing material can contain the components tungsten or molybdenum or a mixture of both components and the metal carbide can be tantalum carbide, hafnium carbide, zirconium carbide and / or niobium carbide. Other high-melting components such as rhenium, osmium,
Iridium, Hafnium, bzw. deren Mischungen oder Verbindungen, insbesondere Karbide, können als weitere Zusätze vorhanden sein.Iridium, hafnium, or their mixtures or compounds, in particular carbides, can be present as further additives.
Die Eigenschaften des karbidhaltigen Elektrodenmaterials werden insbesondere dadurch verbessert, daß ehrkomponen- tige Werkstoffe verwendet werden. Durch gezielte Zusätze von Komponenten aus emissionsaktiven, hochschmelzenden und hochsiedenden Komponenten lassen sich an der Oberfläche der Elektrode emissionsaktive Zentren bilden, von denen dann bevorzugt eine Elektronenemission ausgeht. Dabei ist Nebenbedingung, daß sich die Zusätze nicht oder höchstens teilweise in der Grundkomponente der Elektrode lösen, damit eine Lokalisierung von Emissionszentren erreicht wird. Zu Aufbau, Funktion und Herstellung der Werkstoffe sind weitere Einzelbeispiele ausgeführt:The properties of the carbide-containing electrode material are improved, in particular, by the fact that materials with a high level of honor are used. Through targeted additions of components made of emission-active, high-melting and high-boiling components, emission-active centers can be formed on the surface of the electrode, from which electron emission is then preferred. A secondary condition is that the additives do not dissolve or at most partially dissolve in the basic component of the electrode, so that emission centers can be localized. Further individual examples are given for the structure, function and manufacture of the materials:
Beispiel 1example 1
Als Grundmaterial werden Wolfram oder Molybdän bzw. ein Gemisch beider Komponenten gewählt. Dieses Material wird pulvermetallurgisch hergestellt, wobei die Teilchengröße der Grundkomponenten in weiten Bereichen bis zu 100 μm variieren kann. Vorzugsweise werden jedoch Teilchengrößen von einigen Mikrometern gewählt.Tungsten or molybdenum or a mixture of both components is selected as the base material. This material is manufactured using powder metallurgy, whereby the particle size of the basic components can vary in a wide range up to 100 μm. However, particle sizes of a few micrometers are preferably selected.
Den Komponenten zur Bildung des Grundgerüstes einer Elektrode kann ein Zusatz eines hochschmelzenden Metalls beigemischt werden, wodurch das Kornwachstum begrenzt wird. Ein solcher Zusatz kann insbesondere Rhenium,The components for forming the basic structure of an electrode can be added with a high-melting metal can be added, which limits the grain growth. Such an addition can in particular rhenium,
Osmium oder Iridium sein. Die Binderkomponenten werden als Teilchen in gleicher Größenordnung wie die Grundkom¬ ponenten dem Elektrodenmaterial zugemischt.Osmium or iridium. The binder components are mixed into the electrode material as particles of the same order of magnitude as the basic components.
Obiger Pulvermischung wird weiterhin Kohlenstoff in Form von Graphit zugemischt. Durch Wärmebehandlung und Sinte¬ rung entstehen bei entsprechender Temperaturführung aus dem Kohlenstoff des Graphits und einem Teil der Grundkom- ponenten die entsprechenden Karbide in bekannter Weise.The above powder mixture is further mixed with carbon in the form of graphite. With appropriate temperature control, the corresponding carbides are formed in a known manner from the carbon of the graphite and part of the basic components by heat treatment and sintering.
Diese Karbide haben üblicherweise Schmelzpunkte bzw. Sie¬ depunkte, die über denen der reinen Komponenten liegen. Weiterhin ist die Elektronenaustrittsarbeit bei Metall¬ karbiden geringer als bei den reinen Komponenten.These carbides usually have melting points or boiling points which are higher than those of the pure components. Furthermore, the electron work function is lower for metal carbides than for the pure components.
Durch entsprechende Vorgabe des Graphitanteiles kann er¬ reicht werden, daß noch nicht in Karbid umgewandelter, d.h. ungebundener Kohlenstoff, im Verlauf des Schaltbe¬ triebes weiter mit dem Grundmaterial reagiert und sich somit ständig emissionsaktive Bereiche bilden.By appropriately specifying the proportion of graphite, it can be achieved that carbide that has not yet been converted to carbide, i.e. unbound carbon, continues to react with the base material in the course of the switching operation and thus continuously form emission-active areas.
Beispiel 2Example 2
Es werden im wesentlichen die gleichen Grundkomponenten wie bei Beispiel 1 verwendet. Der entsprechenden Pulvermi- schung wird aber in diesem Fall direkt ein Karbid eines weiteren Metalls zugemischt. Als Metallkarbide kommen bei¬ spielsweise Tantalkarbid, Wolframkarbid, Molybdänkarbid, Hafniumkarbid, Zirkonkarbid oder Niobkarbid in Frage. Ge¬ gebenenfalls können diese Metallkarbide in geeigneter Zu- sammensetzung gemischt werden. Bei diesem Beispiel ist es vorteilhaft, speziell bei der Herstellung eines Elektro¬ denwerkstoffes aus Wolfram, Rhenium und Tantalkarbid die Teilchengrößen für Wolfram mit bis zu 5 μm und für Rhenium und die Tantalkarbidkomponente bis zu 3 μm zu wählen.Essentially the same basic components as in Example 1 are used. In this case, however, a carbide of another metal is directly mixed into the corresponding powder mixture. Examples of suitable metal carbides are tantalum carbide, tungsten carbide, molybdenum carbide, hafnium carbide, zirconium carbide or niobium carbide. If appropriate, these metal carbides can be mixed in a suitable composition. In this example, it is advantageous, especially when producing an electrode material from tungsten, rhenium and tantalum carbide Particle sizes for tungsten up to 5 μm and for rhenium and the tantalum carbide component up to 3 μm.
Bei den Elektrodenwerkstoffen gemäß Beispiel 1 und 2 wer¬ den im allgemeinen die Grundkomponenten den überwiegenden Anteil des Werkstoffes bilden. Die Zusätze können aber bis 50 m-% betragen, wobei sich beispielsweise etwa 10 ~~-% als geeignet erwiesen hat.In the electrode materials according to Examples 1 and 2, the basic components will generally form the major part of the material. The additives may be up but 50% by mass, wherein, for example, about 10 to ~~ -% has been found suitable.
Es kann ferner günstig sein, dem Elektrodenmaterial wei- tere Komponenten hinzuzu ischen, die speziell die elektri¬ sche und/oder die thermische Leitfähigkeit erhöhen. Als solche Komponenten kommen bekanntermaßen Metalle wie z.B. Nickel, Kupfer, Silber und Gold in Frage.It can furthermore be favorable to add further components to the electrode material, which in particular increase the electrical and / or thermal conductivity. As such components are known to come from metals such as Nickel, copper, silver and gold in question.
Beispiel 3Example 3
Durch spezifische Auswahl der Komponenten gemäß den Bei¬ spielen 1 und 2 und weiterer Komponenten kann erreicht werden, daß an der Oberfläche der fertigen Elektrode frei¬ liegende Körner der nichtoxidischen Komponenten gezielt Emissionszentren für die thermionische Elektronenemission bilden. Es werden so Arbeitstemperaturen realisiert, die niedriger als die beim Wirtsmaterial des Elektrodengrund- gerüstes sind. Dies wird durch die Verwendung emissions- fördernder Zusätze wie Rhenium, Osmium, Iridium, welche durch Verdampfung und Rekondensation dünne Schichten bil¬ den, begünstigt.Through specific selection of the components according to Examples 1 and 2 and further components, it can be achieved that exposed grains of the non-oxide components form targeted emission centers for thermionic electron emission on the surface of the finished electrode. Working temperatures are thus achieved which are lower than those of the host material of the basic electrode structure. This is promoted by the use of emission-promoting additives such as rhenium, osmium, iridium, which form thin layers through evaporation and recondensation.
Die gewünschten Effekte lassen sich durch zwei oder mehre¬ re Komponenten erreichen. Durch Verdampfen dieser Kompo- nenten und ihren Niederschlag in der unmittelbaren Umge¬ bung bzw. auf der gegenüberliegenden Elektrode wird eine dünne Schicht auf beiden Elektrodenoberflächen erzeugt, welche die Austrittsarbeit für Elektronenemission absenkt und so über die Erniedrigung der Arbeitstemperatur des emissionsaktiven Anteils zu einer Verringerung der Auf¬ heizung der Elektrodenoberfläche generell und damit zu einer Verminderung der Elektrodenerosion führt. Bei diesem Beispiel wird insbesondere erreicht, daß die Arbeitstempe¬ ratur der Kathodenoberfläche auch lokal unter den kriti¬ schen Werten bleibt, bei denen Materialverluste aufgrund von Tröpfchenemissionen auftreten.The desired effects can be achieved by two or more components. Evaporation of these components and their precipitation in the immediate vicinity or on the opposite electrode produce a thin layer on both electrode surfaces. which lowers the work function for electron emission and thus leads to a reduction in the heating of the electrode surface in general and thus to a reduction in electrode erosion by lowering the working temperature of the emission-active component. In this example it is achieved in particular that the working temperature of the cathode surface also remains locally below the critical values at which material losses occur due to droplet emissions.
Ein Werkstoff im Sinne obiger Beispiele besteht z.B. aus 87 m-% Wolfram, dem 3 m-% Rhenium als Binder und 10 m-% Tantalkarbid als emissionsaktiver Zusatz beigemischt sind.A material in the sense of the above examples consists e.g. 87 m% tungsten, with 3 m% rhenium as a binder and 10 m% tantalum carbide as an emission-active additive.
Der Werkstoff W87Re3TaC10 wird auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt, wobei die Teilchengrößen bis zu 5 μm für die Wolfram- und bis zu 3 μm für die Rhenium- und Karbid¬ komponente betragen.The material W87Re3TaC10 is produced by powder metallurgy, the particle sizes being up to 5 μm for the tungsten and up to 3 μm for the rhenium and carbide component.
Ein weiterer Werkstoff besteht aus 85 m-% Wolfram, 9 m-% Tantalkarbid, 0,5 m-% Kohlenstoff und 5,5 m-% Hafnium. Für die pulvermetallurgische Herstellung wird der Werk¬ stoff W85TaC9C0,5Hf5,5 aus Pulvern mit Wolfram bis zu 5 μm Teilchengröße, Tantalkarbid bis zu 3 μm und Kohlen¬ stoff und Hafnium bis zu 1 μm Teilchengröße gefertigt.Another material consists of 85 m% tungsten, 9 m% tantalum carbide, 0.5 m% carbon and 5.5 m% hafnium. For powder metallurgical production, the material W85TaC9C0.5Hf5.5 is made from powders with tungsten up to 5 μm particle size, tantalum carbide up to 3 μm and carbon and hafnium up to 1 μm particle size.
Als Alternative zu letzterem Werkstoff kann auch die kar¬ bidhaltige Komponente dominierend sein. Der Werkstoff TaC85RelOMo5 wird pulvermetallurgisch hergestellt. Statt Rhenium kann ein entsprechender Anteil Osmium vorhanden sein.As an alternative to the latter material, the component containing carbide can also be dominant. The TaC85RelOMo5 material is manufactured using powder metallurgy. A corresponding proportion of osmium can be present instead of rhenium.
Ein anderer Werkstoff besteht aus 85 m-% Molybdän, 10 m-% Wolframkarbid und 5 m-% Hafniumkarbid. Der Werkstoff Mo85WC10HfC5 wird auf pulvermetallurgischem Wege aus Ein¬ zelpulvern bis 3 μm Teilchengröße hergestellt. Es ist zu erwarten, daß bei Verwendung von Elektroden aus diesem Werkstoff in Gasentladungsschaltern sich Hafniumkarbid teilweise zersetzt und daß Hafnium sich als dünne Schicht auf dem Wolframkarbid abscheidet. Damit dient es als emissionsfördernder Zusatz entsprechend dem im Beispiel 3 beschriebenen Sinne.Another material consists of 85 m% molybdenum, 10 m% Tungsten carbide and 5 m% hafnium carbide. The material Mo85WC10HfC5 is produced by powder metallurgy from individual powders with a particle size of up to 3 μm. It is to be expected that when electrodes of this material are used in gas discharge switches, hafnium carbide will partially decompose and that hafnium will deposit as a thin layer on the tungsten carbide. It therefore serves as an emission-promoting additive in the sense described in Example 3.
Zur Herstellung eines weiteren Werkstoffes werden bei¬ spielsweise 92 m-% Wolfram, 3 m-% Kohlenstoff und 5 m-% Hafnium als Ausgangskomponenten verwendet. Der Werkstoff wird pulvermetallurgisch mit Teilchengrößen von einigen μm hergestellt. Bei der Sinterung während des Herstellungs- prozesses bei vergleichsweise hohen Temperaturen, aber auch während des eigentlichen Schaltvorganges aufgrund der dabei auftretenden hohen Temperatur reagiert der freie Kohlenstoff zum Teil mit Wolfram und bildet dadurch die emissionsaktive Phase Wolframkarbid. Der Hafniumanteil wirkt dagegen - wie vorher beschrieben - als emissions¬ fördernder Zusatz durch Ausbildung einer dünnen Schicht auf den Karbidbereichen.For the production of a further material, for example 92 m% tungsten, 3 m% carbon and 5 m% hafnium are used as starting components. The material is manufactured using powder metallurgy with particle sizes of a few μm. During sintering during the manufacturing process at comparatively high temperatures, but also during the actual switching process due to the high temperature that occurs, the free carbon partly reacts with tungsten and thereby forms the emission-active phase tungsten carbide. The hafnium portion, on the other hand, acts - as previously described - as an emission-promoting additive by forming a thin layer on the carbide areas.
Bei den angegebenen Werkstoffzusammensetzungen W87Re3TaC10, W85TaC9C0,5Hf5,5, Mo85WC10HfC5, TaC85RelOMo5 ist der Anteil der Wirkkomponenten jeweils in bestimmten Grenzen variierbar, wobei insbesondere der Wert des Mas¬ senanteils der Hauptkomponente nur größenordnungsmäßig anzusehen ist. In den Ansprüchen sind insbesondere die zugehörigen Konzentrationsbereiche angegeben.With the specified material compositions W87Re3TaC10, W85TaC9C0.5Hf5.5, Mo85WC10HfC5, TaC85RelOMo5, the proportion of the active components can be varied within certain limits, the value of the mass fraction of the main component in particular only having to be considered in the order of magnitude. The associated concentration ranges are specified in the claims.
Die hinsichtlich Aufbau, Funktion und Herstellung im ein- zelnen beschriebenen Werkstoffe sind insbesondere für die Hauptelektroden von Gasentladungsschaltern geeignet. Dabei werden die Elektrodenmaterialien speziell bei Niederdruck- Gasentladungsschaltern eingesetzt, bei denen die Ladungs¬ träger für die Triggerung durch eine Glimmentladung in einer sogenannten Hohlelektrode entstehen. Derartige Gas¬ entladungsschalter werden allgemein als Hohlelektroden- schalter oder auch als Pseudofunkenschalter bezeichnet. Aber auch bei anderen Gasentladungsschaltern, wie bei¬ spielsweise den bekannten Thyratrons, sind obige Elektro- denwerkstoffe vorteilhaft einsetzbar. In terms of structure, function and manufacture in the materials described are particularly suitable for the main electrodes of gas discharge switches. The electrode materials are used particularly in low-pressure gas discharge switches in which the charge carriers for triggering are generated by a glow discharge in a so-called hollow electrode. Such gas discharge switches are generally referred to as hollow electrode switches or also as pseudo-spark switches. However, the above electrode materials can also be used advantageously in other gas discharge switches, such as the known thyratrons.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Elektrodenanordnung für einen getriggerten Niederdruck- Gasentladungsschalter mit wenigstens einer Kathode und einer Anode als Hauptelektroden, die entweder wenigstens jeweils in fluchtender Linie eine Öffnung zum Zünden der Niederdruck-Gasentladung oder wenigstens jeweils eine Ausnehmung zur Ausbildung einer Entladungskammer für die Niederdruck-Gasentladung aufweisen, wobei in letzterem Fall die Kathode zum Zweck der Triggerung wenigstens eine Öffnung zum Durchtritt von Ladungsträgern enthält, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der von der Entladung beanspruchte Elektrodenbereich, zumin¬ dest aber der die Öffnungen (3, 4, 9) umgebende Bereich, an der Entladungsseite einer der Elektroden (1, 2, 5, 6), emissionsaktive Zentren aufweist.1. Electrode arrangement for a triggered low-pressure gas discharge switch with at least one cathode and one anode as main electrodes, which either have at least in each case an opening for igniting the low-pressure gas discharge or at least in each case a recess for forming a discharge chamber for the low-pressure gas discharge, wherein in the latter case the cathode contains at least one opening for the passage of charge carriers for the purpose of triggering, characterized in that the electrode area claimed by the discharge, but at least the area surrounding the openings (3, 4, 9), has one on the discharge side of the electrodes (1, 2, 5, 6) has emission-active centers.
2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der die Öffnungen umgebende Bereich mit den emissionsaktiven Zentren an der Entladungsseite der Elektroden (1, 2, 5, 6) aus einem karbidhaltigen Material besteht.2. Electrode arrangement according to claim 1, so that the area surrounding the openings with the emission-active centers on the discharge side of the electrodes (1, 2, 5, 6) consists of a carbide-containing material.
3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das karbidhaltige Material als Beschichtung (11, 21, 51, 61) ausgebildet ist.3. Electrode arrangement according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the carbide-containing material is formed as a coating (11, 21, 51, 61).
4. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Innenseiten der fluchtenden Öffnungen (3, 4) und/oder der Randbereich der fluchtenden Öffnungen (3, 4) mit der Beschichtung (11, 21) versehen ist. 4. Electrode arrangement according to claim 3, characterized in that the inner sides of the aligned openings (3, 4) and / or the edge region of the aligned openings (3, 4) is provided with the coating (11, 21).
5. Elektrodenanordnung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausnehmungen5. Electrode arrangement according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the recesses
(7, 8) zumindest im Bereich der Triggeröffnungen (9) mit der Beschichtung versehen sind.(7, 8) are provided with the coating at least in the region of the trigger openings (9).
6. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das karbidhaltige Material einen kompakten Werkstoffeinsatz (12 bis 14, 15, 52 bis 53) bildet.6. Electrode arrangement according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the carbide-containing material forms a compact material insert (12 to 14, 15, 52 to 53).
7. Elektrodenanordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Werkstoffeinsatz eine Ringscheibe (12) um die Elektrodenöffnung (3) ist.7. Electrode arrangement according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the material insert is an annular disc (12) around the electrode opening (3).
8. Elektrodenanordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Werkstoffeinsatz ein in die Elektrodenöffnung passender Hohlzylinder (13) ist.8. Electrode arrangement according to claim 6, so that the material used is a hollow cylinder (13) that fits into the electrode opening.
9. Elektrodenanordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Werkstoffeinsatz ein konisches Formteil (14) ist.9. Electrode arrangement according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the material insert is a conical shaped part (14).
10. Elektrodenanordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Werkstoffeinsatz ein hohlkegelartiges Formteil (52) ist.10. Electrode arrangement according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the material insert is a hollow cone-like molded part (52).
11. Elektrodenanordnung nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Werkstoffeinsatz ein kalottenartiges Formteil (53) ist.11. Electrode arrangement according to claim 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the material used is a dome-like molded part (53).
12. Werkstoff zur Verwendung bei einer Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 11 mit hochschmelzenden und hochsiedenden Materialkomponenten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Elektrodenmaterial aus wenigstens zwei Komponenten be¬ steht, von denen die erste eine nichtoxidische emissions¬ aktive Komponente ist, die sich nicht oder höchstens teil- weise in den weiteren Komponenten löst, so daß an der12. Material for use in an electrode arrangement according to claim 1 or one of claims 2 to 11 with high-melting and high-boiling material components, characterized in that the electrode material consists of at least two components, the first of which is a non-oxidic emission-active component which does not dissolve or at most partially dissolves in the further components, so that at the
Oberfläche des Elektrodenmaterials emissionsaktive Zentren gebildet werden, und daß die zweite Komponente ein hoch¬ schmelzendes Metall ist.Surface of the electrode material emission-active centers are formed, and that the second component is a high-melting metal.
13. Werkstoff nach Anspruch 12, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Elektrodenmaterial die Komponenten Wolfram (W) oder Molybdän (Mo) oder ein Ge¬ misch beider Komponenten enthält und daß die nichtoxidi¬ sche emissionsaktive Komponente ein Metallkarbid ist.13. Material according to claim 12, that the electrode material contains the components tungsten (W) or molybdenum (Mo) or a mixture of both components and that the non-oxidic emission-active component is a metal carbide.
14. Werkstoff nach Anspruch 13, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Karbid ein Wolframkar¬ bid und/oder Molybdänkarbid ist.14. Material according to claim 13, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that the carbide is a tungsten carbide and / or molybdenum carbide.
15. Werkstoff nach Anspruch 14, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Wolframkarbid und/oder Molybdänkarbid bei der bestimmungsgemäßen Verwendung des Elektrodenmaterials aus den Komponenten Wolfram und/oder Molybdän durch chemische Reaktion mit Kohlenstoff gebildet wird.15. Material according to claim 14, so that the tungsten carbide and / or molybdenum carbide is formed from the components tungsten and / or molybdenum by chemical reaction with carbon when the electrode material is used as intended.
16. Werkstoff nach Anspruch 13, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Karbid ein Tantalkar¬ bid, Hafniumkarbid, Zirkonkarbid oder Niobkarbid ist.16. Material according to claim 13, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that the carbide is a tantalum carbide, hafnium carbide, zirconium carbide or niobium carbide.
17. Werkstoff nach Anspruch 12, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Elektrodenmaterial die Komponenten Wolfram (W) und/oder Molybdän (Mo) und weitere hochschmelzende Komponenten als Zusätze, beispielsweise Rhenium (Re), Osmium (Os), Iridium (Ir), Hafnium (Hf) bzw. deren Mischungen oder Verbindungen enthält.17. Material according to claim 12, dadurchge ¬ indicates that the electrode material Components contain tungsten (W) and / or molybdenum (Mo) and other high-melting components as additives, for example rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), hafnium (Hf) or their mixtures or compounds.
18. Werkstoff nach Anspruch 13, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß das Elektrodenmaterial zu¬ sätzlich weitere Komponenten zur Erhöhung der elektrischen und/oder thermischen Leitfähigkeit, wie beispielsweise Nickel, Kupfer, Silber oder Gold, enthält.18. Material according to claim 13, so that the electrode material additionally contains further components for increasing the electrical and / or thermal conductivity, such as nickel, copper, silver or gold, for example.
19. Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Teilchengrößen in allen Komponenten zwischen 0,1 bis19. Material according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the particle sizes in all components between 0.1 to
100 μm betragen, wobei die Korngrößen der emissionsaktiven Komponenten kleiner oder höchstens gleich der Teilchen¬ größe der anderen Komponente sind.100 μm, the grain sizes of the emission-active components being smaller or at most equal to the particle size of the other component.
20. Werkstoff nach Anspruch 12, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß er aus etwa 82 bis 92 m-% Wolfram, 7 bis 15 m-% Tantalkarbid und 1 bis 5 m-% Rhenium besteht.20. Material according to claim 12, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that it consists of about 82 to 92 m% tungsten, 7 to 15 m% tantalum carbide and 1 to 5 m% rhenium.
21. Werkstoff nach Anspruch 20, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß er die Zusammensetzung W87Re3TaC10 hat.21. Material according to claim 20, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that it has the composition W87Re3TaC10.
22. Werkstoff nach Anspruch 12, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß er aus etwa 80 bis 90 m-% Wolfram sowie 6 bis 12 m-% Tantalkarbid, 0,1 bis 1 m-% Hafniumkarbid und 3 bis 8 m-% Hafnium besteht. 94/0394922. Material according to claim 12, dadurchge ¬ indicates that it consists of about 80 to 90 m% tungsten and 6 to 12 m% tantalum carbide, 0.1 to 1 m% hafnium carbide and 3 to 8 m% hafnium. 94/03949
2323
23. Werkstoff nach Anspruch 22, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß er die Zusammensetzung23. Material according to claim 22, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t that he the composition
W85TaC9HfC0,5Hf5,5 hat.W85TaC9HfC0,5Hf5,5 has.
24. Werkstoff nach Anspruch 12, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß er aus etwa 80 bis 90 m-% Tantalkarbid, 5 bis 15 m-% Rhenium oder Osmium und 3 bis 7 m-% Molybdän besteht.24. Material according to claim 12, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t that it consists of about 80 to 90 m% tantalum carbide, 5 to 15 m% rhenium or osmium and 3 to 7 m% molybdenum.
25. Werkstoff nach Anspruch 24, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t , daß er die Zusammensetzung25. Material according to claim 24, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t that he the composition
TaC85RelOMo5 hat.TaC85RelOMo5 has.
26. Werkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß er aus etwa 80 bis 90 m-% Molybdän sowie 5 bis 15 m-% Wolfram¬ karbid und 3 bis 7 m-% Hafniumkarbid besteht.26. Material according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that it consists of about 80 to 90 m% molybdenum and 5 to 15 m% tungsten carbide and 3 to 7 m% hafnium carbide.
27. Werkstoff nach Anspruch 22, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß er die Zusammensetzung Mo85WC10HfC5 hat. 27. Material according to claim 22, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t that it has the composition Mo85WC10HfC5.
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