JPS643350B2 - - Google Patents
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- JPS643350B2 JPS643350B2 JP12071982A JP12071982A JPS643350B2 JP S643350 B2 JPS643350 B2 JP S643350B2 JP 12071982 A JP12071982 A JP 12071982A JP 12071982 A JP12071982 A JP 12071982A JP S643350 B2 JPS643350 B2 JP S643350B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/02—Constructional details
- H01S3/03—Constructional details of gas laser discharge tubes
- H01S3/038—Electrodes, e.g. special shape, configuration or composition
- H01S3/0388—Compositions, materials or coatings
-
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- H01S3/0382—Cathodes or particular adaptations thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Lasers (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本発明は量子エレクトロニクス、さらに特定す
ればガスたとえばCO2ガスレーザー陰極および製
法に関する。 周知のように、ガス特にCO2レーザーは金属か
ら作つた陰極を使用する、これはニツケル、白金
などの金属が陰極の基本的性質すなわち導電性お
よび電子放出性を満足させるからである（米国特
許第3500242号参照）。しかしこれらの陰極は長期
間のレーザー動作を行なうことができない、これ
は動作ガス混合物成分との相互作用およびイオン
衝撃効果の下のスパツタリングによるためであ
る。 周知のガスレーザー用陰極は、約0.7mmの薄壁
円筒スリーブであつて、電気伝導放出物質、コバ
ルすなわちNi28％、Co18％、Fe54％の合金から
作る（O.K.Ilyina et al.“Series of Carbon
Dioxide Lasers Based on the Principal
Structure of LG−17 Type”、“Kvantovaya
Electronika”、1971、６、p.78参照）。 この陰極は、他の金属陰極と同様に、イオン衝
撃効果のもとでスパツタリングを行う。その結
果、動作ガス混合物の組成が急激に変化して放射
出力が急速に減少し、そのために装置の寿命が
500時間を越ない期間に制限される。 放出性および高い導電性を有する耐熱金属の炭
化物からつくつた電子−イオン装置のための陰極
も知られている（Rakitin S.P.et al.“Some
Results of Application of Carbides of
Transition Metals for Cathodes of Electronic
Devices”、“Radiotchnika ｉ Electronika”、
1964、IX、５、P902−904参照）。 金属に比べると、種々の耐熱金属の炭化物はイ
オン衝撃の条件のもとで著しくスパツターされる
ことはないので、CO2レーザーガス混合物の活性
成分と実質的に反応しない。 炭化物からなる陰極を含む装置は一般に粉末冶
金圧縮成形および焼結の方法によつて製造され
る。しかし、0.5−0.8mmの比較的薄い壁を有する
ガスレーザー用陰極をこれらの方法によつてつく
ることはカーバイドが脆いので困難である（L.I.
Struck“Basic Characteristics of Compression
−Moulding of Carbides”in Coll.“Refractory
Carbides”、Kiev、“Naukova Dumka”、1970、
p.45−51参照）。 耐熱金属炭化物の陰極を含む装置の製造方法は
従来技術において知られており、この方法はグラ
フアイト素材をタンタルまたはニオブの五塩化物
およびアルゴンの雰囲気中において加熱し、グラ
フアイトを金属塩化物と高温度において反応させ
て炭化物被覆物を形成する（Repnikov N.N.et
al.“Physico−Chemical Conditions for
Deposition of Niobium Carbide on
Graphite”、in Coll.“Temperature−Stable
Protective Coatings”、Leningrad、“Nauka”、
1968、p.124参照）。しかし、この方法によるガス
レーザー用陰極の製造はレーザーの寿命を顕著に
は延さない、これはグラフアイト基板の活性がレ
ーザーのガス媒体と相互に反応して炭化物自身の
有用な性質を十分に利用することを防げるためで
ある。 また耐熱金属の炭化物から装置特に陰極を製造
する方法が従来知られている。この方法は金属素
材を粉末状グラフアイト装入物中でタンタルおよ
びニオブを含むアルゴンの雰囲気中で加熱する。
この方法は拡散型浸炭法にもとずく（Samsonov
G.V.et al.“Refractory Coatings”、Moscow、
“Metallurgiya”Publishing House、1973、
p.135参照）。しかし、この方法によるガスレーザ
ー用陰極の製造はガス媒体組成に悪影響を与える
活性金属基材が存在するために有効ではない。 本発明は放出性および導電性が高くスプレー率
が低いことを特徴とし、これによつて装置の寿命
を延すことができることを特徴とするガスレーザ
ー陰極の構造を提供することであり、またこのよ
うな陰極の製造方法を提供することである。 本発明は導電性かつ放出性物質からなるスリー
ブのガスレーザー陰極であつて、このスリーブが
周期律第5A族金属の炭化物からなる３層で形成
され、２つの外層の組成がMeC0.74-0.95、内層の
組成がMeC0.92-0.98であることを特徴とするガス
レーザー陰極である。 また本発明はタンタルまたはニオブの五塩化物
およびアルゴンの雰囲気中で、グラフアイト素材
を加熱して陰極を製造する方法であり、グラフア
イト素材を温度範囲2300〜2500℃に加熱し、この
温度に５〜８時間保持することを特徴とする方法
である。 本発明の方法によつて製造したガスレーザー陰
極はスパツタリングが少なくガス媒体中における
安定性があり、機械的強さが大きく導電性および
放出性が高い性質を有する。本発明の陰極のこれ
らの利益はガスレーザーの寿命を約10倍に延ばす
ことができる。 本発明のガスレーザー陰極の製造方法の態様と
して、0.5〜0.7mmの薄い壁を有し、機械的に耐久
性のある陰極構造を得る単純な方法である。 本発明は次の詳細な実施態様の説明によつてさ
らに明らかになるであろう。 本発明のガスレーザー陰極は円筒形スリーブで
あつてその壁は３層構造を有し、周期律第5A族
金属の炭化物からつくる。２つの外側層１の組成
はMeC0.74-0.95、内層２の組成はMeC0.92-0.98であ
る。これらの層１−２−１の厚みの比は１：１：
１〜１：0.25：１の範囲で選択する。これらのパ
ラメーターは、陰極の動作特性、すなわち低いス
パツタリング率およびガス媒体中の安定性など
と、レーザー構造部材としての機械的強さとの組
合せを必要とすることによつて説明される。 実験的に示したように、陰極の所要の動作特性
はモノ炭化物MeC0.74-0.95の組成によつて達成さ
れ、２つの外側の炭化物層１の組成はこの特定し
た範囲を越てはならない。 陰極の所要の機械的強さは、内層２がタンタル
またはニオブのモノ炭化物の気泡構造によつて達
成され、このモノ炭化物はおおよその組成が
MeC0.92〜MeC0.98の範囲である。 これらの３層の厚みの比が１：１：１ないし
１：0.25：１であることは実験的に見つけたので
あるが、これによつてレーザー構造部材として陰
極の機械的強さを必要な程度にすることができ
る。 本発明のガスレーザー陰極の製法は実施態様に
おいて行うことができる。 陰極の製造方法の実施態様としては、中空のグ
ラフアイト素材を基材として使用し、この素材は
製品陰極の壁の厚みよりわずかに薄い厚みを有す
る。アルゴン１中にタンタルまたはニオブの五
塩化物1.5〜２ｇを含む混合物中でこの素材を加
熱して温度範囲2300〜2500℃にし、この温度に５
〜８時間保持する。もとの素材の厚みおよび五塩
化物の濃度と共に、所要の組成を有する３層の炭
化物構造を形成し、しかもこれらの層の厚みの間
の比率を所要の値にするように、この製法の温度
および時間を選択する。 陰極の３層構造は、選択した処理パラメータに
より、グラフアイト素材の全表面に緻密な炭化物
外層と同時に形成される。炭化物のこれ以上の成
長は炭素が内部のグラフアイトマトリツクスから
拡散する助けによつてのみ行われる。グラフアイ
トマトリツクスは特定の処理段階において粗い構
造に変換され、五塩化物が炭素の粒間面に沿つて
この中に浸透し、この構造を炭化物に変換して内
層を強化する。 処理温度が2300℃より低い時は、外層は緻密に
なりすぎるので、炭化物形成反応を著しく防げ、
許容できる時間内で所要結果を得ることを不可能
にする。処理温度が2500℃を越える時は、粗い炭
化物層が形成される、これはバルクにおいて反応
が起きるためである。素材の最初の厚みはタンタ
ルまたはニオブの炭化物の密度を計算し、実験的
補正を行つて選択する。 所要のパラメータを有する陰極の製造方法の条
件は相互に関連しているので、炭化物形成時間
は、最終製品の陰極を金属組織学的Ｘ線構造分析
のデータと、炭化物形成後のグラフアイト素材の
重量変化のデータとから実験的に見い出す。上記
特定の時間は５〜８時間であるが、これによつて
グラフアイトを完全に炭化物構造に変換すること
ができる。 本発明の製法の実施態様の特殊な条件および製
品陰極のパラメータを次の第１表に示す。
ればガスたとえばCO2ガスレーザー陰極および製
法に関する。 周知のように、ガス特にCO2レーザーは金属か
ら作つた陰極を使用する、これはニツケル、白金
などの金属が陰極の基本的性質すなわち導電性お
よび電子放出性を満足させるからである（米国特
許第3500242号参照）。しかしこれらの陰極は長期
間のレーザー動作を行なうことができない、これ
は動作ガス混合物成分との相互作用およびイオン
衝撃効果の下のスパツタリングによるためであ
る。 周知のガスレーザー用陰極は、約0.7mmの薄壁
円筒スリーブであつて、電気伝導放出物質、コバ
ルすなわちNi28％、Co18％、Fe54％の合金から
作る（O.K.Ilyina et al.“Series of Carbon
Dioxide Lasers Based on the Principal
Structure of LG−17 Type”、“Kvantovaya
Electronika”、1971、６、p.78参照）。 この陰極は、他の金属陰極と同様に、イオン衝
撃効果のもとでスパツタリングを行う。その結
果、動作ガス混合物の組成が急激に変化して放射
出力が急速に減少し、そのために装置の寿命が
500時間を越ない期間に制限される。 放出性および高い導電性を有する耐熱金属の炭
化物からつくつた電子−イオン装置のための陰極
も知られている（Rakitin S.P.et al.“Some
Results of Application of Carbides of
Transition Metals for Cathodes of Electronic
Devices”、“Radiotchnika ｉ Electronika”、
1964、IX、５、P902−904参照）。 金属に比べると、種々の耐熱金属の炭化物はイ
オン衝撃の条件のもとで著しくスパツターされる
ことはないので、CO2レーザーガス混合物の活性
成分と実質的に反応しない。 炭化物からなる陰極を含む装置は一般に粉末冶
金圧縮成形および焼結の方法によつて製造され
る。しかし、0.5−0.8mmの比較的薄い壁を有する
ガスレーザー用陰極をこれらの方法によつてつく
ることはカーバイドが脆いので困難である（L.I.
Struck“Basic Characteristics of Compression
−Moulding of Carbides”in Coll.“Refractory
Carbides”、Kiev、“Naukova Dumka”、1970、
p.45−51参照）。 耐熱金属炭化物の陰極を含む装置の製造方法は
従来技術において知られており、この方法はグラ
フアイト素材をタンタルまたはニオブの五塩化物
およびアルゴンの雰囲気中において加熱し、グラ
フアイトを金属塩化物と高温度において反応させ
て炭化物被覆物を形成する（Repnikov N.N.et
al.“Physico−Chemical Conditions for
Deposition of Niobium Carbide on
Graphite”、in Coll.“Temperature−Stable
Protective Coatings”、Leningrad、“Nauka”、
1968、p.124参照）。しかし、この方法によるガス
レーザー用陰極の製造はレーザーの寿命を顕著に
は延さない、これはグラフアイト基板の活性がレ
ーザーのガス媒体と相互に反応して炭化物自身の
有用な性質を十分に利用することを防げるためで
ある。 また耐熱金属の炭化物から装置特に陰極を製造
する方法が従来知られている。この方法は金属素
材を粉末状グラフアイト装入物中でタンタルおよ
びニオブを含むアルゴンの雰囲気中で加熱する。
この方法は拡散型浸炭法にもとずく（Samsonov
G.V.et al.“Refractory Coatings”、Moscow、
“Metallurgiya”Publishing House、1973、
p.135参照）。しかし、この方法によるガスレーザ
ー用陰極の製造はガス媒体組成に悪影響を与える
活性金属基材が存在するために有効ではない。 本発明は放出性および導電性が高くスプレー率
が低いことを特徴とし、これによつて装置の寿命
を延すことができることを特徴とするガスレーザ
ー陰極の構造を提供することであり、またこのよ
うな陰極の製造方法を提供することである。 本発明は導電性かつ放出性物質からなるスリー
ブのガスレーザー陰極であつて、このスリーブが
周期律第5A族金属の炭化物からなる３層で形成
され、２つの外層の組成がMeC0.74-0.95、内層の
組成がMeC0.92-0.98であることを特徴とするガス
レーザー陰極である。 また本発明はタンタルまたはニオブの五塩化物
およびアルゴンの雰囲気中で、グラフアイト素材
を加熱して陰極を製造する方法であり、グラフア
イト素材を温度範囲2300〜2500℃に加熱し、この
温度に５〜８時間保持することを特徴とする方法
である。 本発明の方法によつて製造したガスレーザー陰
極はスパツタリングが少なくガス媒体中における
安定性があり、機械的強さが大きく導電性および
放出性が高い性質を有する。本発明の陰極のこれ
らの利益はガスレーザーの寿命を約10倍に延ばす
ことができる。 本発明のガスレーザー陰極の製造方法の態様と
して、0.5〜0.7mmの薄い壁を有し、機械的に耐久
性のある陰極構造を得る単純な方法である。 本発明は次の詳細な実施態様の説明によつてさ
らに明らかになるであろう。 本発明のガスレーザー陰極は円筒形スリーブで
あつてその壁は３層構造を有し、周期律第5A族
金属の炭化物からつくる。２つの外側層１の組成
はMeC0.74-0.95、内層２の組成はMeC0.92-0.98であ
る。これらの層１−２−１の厚みの比は１：１：
１〜１：0.25：１の範囲で選択する。これらのパ
ラメーターは、陰極の動作特性、すなわち低いス
パツタリング率およびガス媒体中の安定性など
と、レーザー構造部材としての機械的強さとの組
合せを必要とすることによつて説明される。 実験的に示したように、陰極の所要の動作特性
はモノ炭化物MeC0.74-0.95の組成によつて達成さ
れ、２つの外側の炭化物層１の組成はこの特定し
た範囲を越てはならない。 陰極の所要の機械的強さは、内層２がタンタル
またはニオブのモノ炭化物の気泡構造によつて達
成され、このモノ炭化物はおおよその組成が
MeC0.92〜MeC0.98の範囲である。 これらの３層の厚みの比が１：１：１ないし
１：0.25：１であることは実験的に見つけたので
あるが、これによつてレーザー構造部材として陰
極の機械的強さを必要な程度にすることができ
る。 本発明のガスレーザー陰極の製法は実施態様に
おいて行うことができる。 陰極の製造方法の実施態様としては、中空のグ
ラフアイト素材を基材として使用し、この素材は
製品陰極の壁の厚みよりわずかに薄い厚みを有す
る。アルゴン１中にタンタルまたはニオブの五
塩化物1.5〜２ｇを含む混合物中でこの素材を加
熱して温度範囲2300〜2500℃にし、この温度に５
〜８時間保持する。もとの素材の厚みおよび五塩
化物の濃度と共に、所要の組成を有する３層の炭
化物構造を形成し、しかもこれらの層の厚みの間
の比率を所要の値にするように、この製法の温度
および時間を選択する。 陰極の３層構造は、選択した処理パラメータに
より、グラフアイト素材の全表面に緻密な炭化物
外層と同時に形成される。炭化物のこれ以上の成
長は炭素が内部のグラフアイトマトリツクスから
拡散する助けによつてのみ行われる。グラフアイ
トマトリツクスは特定の処理段階において粗い構
造に変換され、五塩化物が炭素の粒間面に沿つて
この中に浸透し、この構造を炭化物に変換して内
層を強化する。 処理温度が2300℃より低い時は、外層は緻密に
なりすぎるので、炭化物形成反応を著しく防げ、
許容できる時間内で所要結果を得ることを不可能
にする。処理温度が2500℃を越える時は、粗い炭
化物層が形成される、これはバルクにおいて反応
が起きるためである。素材の最初の厚みはタンタ
ルまたはニオブの炭化物の密度を計算し、実験的
補正を行つて選択する。 所要のパラメータを有する陰極の製造方法の条
件は相互に関連しているので、炭化物形成時間
は、最終製品の陰極を金属組織学的Ｘ線構造分析
のデータと、炭化物形成後のグラフアイト素材の
重量変化のデータとから実験的に見い出す。上記
特定の時間は５〜８時間であるが、これによつて
グラフアイトを完全に炭化物構造に変換すること
ができる。 本発明の製法の実施態様の特殊な条件および製
品陰極のパラメータを次の第１表に示す。
【表】
〓
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電気伝導放出物質からなるスリーブのガスレ
ーザー陰極であつて、このスリーブが周期律第
5A族金属の炭化物からなる３層で形成され、２
つの外層の組成がMeC0.74-0.95、内層の組成が
MeC0.92-0.98であることを特徴とするガスレーザ
ー陰極。 ２ 電気伝導放出物質からなるスリーブが周期律
第5A族金属の炭化物からなる３層で形成され、
２つの外層の組成がMeC0.74-0.95、内層の組成が
MeC0.92-0.98であるガスレーザー陰極を、タンタ
ルまたはニオブの五塩化物およびアルゴンの雰囲
気中でグラフアイト素材を加熱して製造する方法
であつて、この素材を温度範囲2300〜2500℃に加
熱し、この温度に５〜８時間保持することを特徴
とする、ガスレーザー陰極の製法。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823224644 DE3224644A1 (de) | 1982-07-01 | 1982-07-01 | Kathode fuer gaslaser und verfahren zu deren herstellung |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5914686A JPS5914686A (ja) | 1984-01-25 |
| JPS643350B2 true JPS643350B2 (ja) | 1989-01-20 |
Family
ID=6167373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12071982A Granted JPS5914686A (ja) | 1982-07-01 | 1982-07-13 | ガスレ−ザ−陰極および製法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5914686A (ja) |
| CA (1) | CA1194586A (ja) |
| DE (1) | DE3224644A1 (ja) |
| FR (1) | FR2530088A1 (ja) |
| SE (1) | SE453033B (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3642749A1 (de) * | 1986-12-15 | 1988-06-23 | Eltro Gmbh | Oberflaechen fuer elektrische entladungen |
| CA1272504A (en) * | 1986-11-18 | 1990-08-07 | Franz Prein | Surface for electric discharge |
| US5282332A (en) * | 1991-02-01 | 1994-02-01 | Elizabeth Philips | Stun gun |
| AU7937198A (en) * | 1997-07-03 | 1999-01-25 | Hamamatsu Photonics K.K. | Discharge tube and method of calibrating laser wavelength by using the same |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4085385A (en) * | 1975-03-21 | 1978-04-18 | Owens-Illinois, Inc. | Gaseous laser device with damage-resistant cathode |
| GB1579249A (en) * | 1977-05-18 | 1980-11-19 | Denki Kagaku Kogyo Kk | Thermionic cathodes |
-
1982
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- 1982-07-08 CA CA000406932A patent/CA1194586A/en not_active Expired
- 1982-07-08 FR FR8212007A patent/FR2530088A1/fr active Granted
- 1982-07-13 JP JP12071982A patent/JPS5914686A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2530088A1 (fr) | 1984-01-13 |
| FR2530088B1 (ja) | 1985-02-01 |
| SE453033B (sv) | 1988-01-04 |
| DE3224644C2 (ja) | 1989-05-24 |
| JPS5914686A (ja) | 1984-01-25 |
| DE3224644A1 (de) | 1984-01-05 |
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| SE8204124D0 (sv) | 1982-07-02 |
| CA1194586A (en) | 1985-10-01 |
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