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PERFECTIONNEMENTS AUX SCELLEMENTS ETANCHES.
La présente invention, système L.OUVRARD se rapporte aux scellements étanches tels que ceux, pratiqués entre des pièces qui font partie des enveloppes hermétiques des tubes électroniques.
Dans la fabrication de ces tubes, se pose le problème du scellement étanche entre des pièces en divers matériaux.
Souvant, il s'agit de sceller l'une contre l'autre, une pièce en métal et une pièce en céramique c'est le cas, par exemple, d'une entrée de courant constituée par une tige en métal qui est logée dans un passage pratiqué dans une pièce en céramique. On réalise de tels scellements en utilisant du verre comme matériau de liaison entre lesdites deux pièces. Le mode opératoire est bien connu et il consiste à chauffer ce verre jusqu'à un degré de ramollissement suffisant pour qu'il se soude à ces deux pièces en assurant entre elles à la fois la liaison mécanique et l'étanchéité.
L'on sait qu9un tel scellement n'est durable que si les deux pièces en question, ainsi que le verre du scellement, ont des coefficients de dilatation identiques,
Pratiquement cette condition n'est jamais rigoureusement satisfaite, et l'on a constaté que de bons scellements sont réalisables en admettant de faibles désaccords des coefficients de dilatation. Dans beaucoup de cas la limite de cette tolérance est d'environ 5%. Même théoriquement, un accord parfait des dilatations serait impossible à réaliser puisque le verre suit, en fonction de la température une courbe de dilatation différente de celle d'une écramique et surtout de celle d'un métal. La réalisation de tels scellements est délicate et elle se fait avec un important taux de déchets. En effet, le verre de scellement se fêle très fréquemment ce qui met la pièce hors d'usage.
Cet accident est particulièrement fréquent dans un scellement où le verre n'est pas interposé partout entre le métal et la céramique, mais
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où il est disposé à l'extérieur du passage qui est pratiqué dans cette pièce en céramique et dans lequel est logée ladite pièce en métal.
Un cas important où de pareils-scellements sont utilisés,est celui des conducteurs de traversée de courant dans les pieds de lampes, en céramique. Un tel pied comprend un disque en céramique offrant des trous dans lesquels lesdits conducteurs passent à frottement doux. Ces conducteurs sont scellés audit disque, par une perle en verre qui réunit la céramique au métal sans s'interposer partout entre ces deux matériaux. Ce pied est soudé ensuite à une ampoule, en verre par exemple, de manière que lesdites perles en verre se trouvent à l'intérieur de l'enveloppe ainsi constituée.
Un tel mode de scellement desdits conducteurs présente une solidité mécanique remarquable. En effet, toutes les torsions et toutes les flexions latérales qui peuvent être appliquées aux extrémités desdits conducteurs extérieures au tube, sont supportées par les bords des trous pratiqués dans la céramique qui est très résistante, sans être communiquées au verre du scellement qui est fragile. Cependant, un tel pied est coûteux, et il est difficilement réalisable du fait du phénomène de fêlure du verre décrit ci-dessus.
L'invention a pour objet un scellement au verre, tel que décrit ci-dessus et dans lequel l'on supprima pratiquement tout risque de fêlure dudit verre.
Un important objet de l'invention est un pied en céramique muni de conducteurs de traversée de courant, qui sont fixes par un tel scellement.
Suivant l'invention, le scellement au verre entré deux pièces qui sont en matériaux différents et qui sont en contact, comprend :une masse de verre disposée à l'extérieur dudit contact et qui est scellée d'une part à l'une desdites pièces et d'autre part à l'autre pièce, et des moyens déformables disposés entre le bord dudit contact et ladite masse en verre de sorte qu'il ne puisse exister aucun point de contact, en scellement triple entre le verre et respectivement lesdites deux pièces.
Suivant un mode de réalisation ledit scellement comporte une pièce en céramique, une pièce conductrice traversant cette pièce en céramique à frottement doux, une masse en verre scellée directement à ce conducteur et d'autre part à cette pièce en céramique et un corps protecteur noyé dans cette masse en verre, entourant directement ledit conducteur dont une partie se trouve interposée directement entre ledit conducteur et ladite pièce en céramique et¯dont une autre partie émergeant de la pièce en céramique, se trouve, interposée entre le conducteur et la masse en verre.
Lesdits moyens sont constitués par une masse friable, telle qu'une masse de poudre minérale dont la température de. fusion est nettement supérieure à celle de ladite masse en verre.
Cette masse de poudre sera constituée par une poudre de matériaux réfractaires, comme de la céramique, broyés.
Les poudres d'alumine (Al2O3) ou de Magnésie (MgO) donnent de bons résultats.
Le pied du céramique suivant l'invention, comprend une pièce en céramique percée de part en part d'au moins un trou, une tige en métal est engagée, à frottement doux, dans ce trou, une masse en verre entourant ladite tige est scellée d'une part à cette dernière et d'autre part contre la surface de ladite pièce en céramique, et des moyens, tels que décrits cidessus, disposés sous ladite masse de verre tout autour du bord dudit trou, de manière que le verre se trouve partout, sensiblement à l'écart du voisinage immédiat où la tige en métal émerge dudit trou.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description cidessous se reportant aux figures ci-jointes, données à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquelles
La figure 1 représente en coupe une vue fragmentaire d'un scellement connu.
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La figure 2 représente en coupe, une vue fragmentaire d'un scel- lement de l'invention.
La figure 3 représente schématiquement en coupe un pied en cé- ramique dont les traversées de courant sont fixées par un scellement connu, tel que celui illustré our la figure 1.
La figure 4 représente en coupe un pied en céramique dont les traversées de courant sont fixées par le scellement de l'invention.
La figure 5 représente en coupe et en agrandi la zone du scel- lement d'une traversée de courant de la figure 4.
La figure 6 représente en coupe les pièces détachées destinées à la fabrication du pied de la figure 4.
La figure 7 représente les pieds de la figure 4 en cours de montage des pièces.
La figure 8 représente les pièces de la figure 5 assemblées et disposées dans un four en vue du scellement des conducteurs de traver- sée de courant par la fusion des perles en verre.
La figure 9 représente un pied analogue à celui de la figure 4, mais dans lequel l'on a prévu un logement qui est rempli de verre fondu, au lieu de perles individuelles autour de chaque conducteur.
La fabrication des tubes à vide en électronique, nécessite la réalisation de scellements étanches entre du verre et d'autres matériaux conducteurs ou isolants. Un certain nombre de précautions sont nécessaires pour que le verre ne fêle pas au cours de ces opérations: On sait en particulier qu'une condition essentielle quand à la réalisation de bons scellements est que les matériaux à souder aient des coefficients de dilatation très voisins.
Le problème est beaucoup plus complexe lorsque, comme on le voit sur la figure 1 le verre c doit se souder simultanément à deux autres matériaux a et b disposés au v oisinage l'un de l'autre. Les divers efforts exercés sur ces matériaux sont transmis au verre qui peut se trouver soumis localement à des contraintes considérables et imprévisibles provoquant des fêlures, v dans la zone de jonction de ces trois matériaux, Une condition nécessaire est que les coefficients de dilatation de ces trois matériaux soient voisins l'un de l'autre mais cette condition n'est pas suffisante. Les soudures "triples" effectuées sans précaution sont très fragiles et présentent souvent des fêlures.
Ce problème de soudure triple se pose en particulier lors de la fabrication des pieds pour tubes à vide, des plaquettes étanches à traversées métalliques multiples pour bottier,... qui sont constitués comme l'indique la figure 3 par une pièce en céramique (a) traversée par un certain nombre de broches métalliques (b). La soudure et l'étanchéité entre la céramique et les broches sont assurées par des pièces de verre (c). De très nombreuses expérimentations effectuées sur ces soudures triples pour différents coefficients de dilatation linéaires compris entre 40 et 100.10-7/ C ont montré qu'il était très difficile d'éviter l'apparition de fêlures dans les pièces de verre, fêlures qui partaient toutes du point de contact commun entre ces pièces, au voisinage de la zone de jonction des trois matériaux.
L'invention représentée sur la figure 2, permet de résoudre cette difficulté. Son principe consiste à supprimer ce point triple en disposant dans la zone de jonction des trois matériaux a b et c un revêtement d qui empêche le verre c de venir se souder localement sur les matériaux a et b, ce revêtement ne devant pas faire corps avec ces matériaux a et b sur lesquels il est appliqué.
Afin de mieux comprendre le principe de l'invention, les différentes phases de la fabrication d'un pied pour tube à vide sont décrites ci-dessous. Cet exemple n'est fourni qu'à titre indicatif et la description détaillée qui en est donnée ne s.aurait en aucune manière restreindre le domai-
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ne d'application de l'invention.
Le pied terminé est représenté en coupe sur la figure 4. On reconnaît la plaquette céramique (a), les broches métalliques (b), la pièce de verre (c). Le revêtement protecteur est en (d). Ce pied est scellé à l'ampoule f dans laquelle se;trouvent enfermées les électrodes e qui sont connectées aux broches b. La zone de scellement d'une broche est représentée en agrandi sur la figure 5 où des éléments correspondant à ceux de la figure 4 sont désignées par les mânes références.
La fabrication d'un tel pied comprend trois phases :
La préparation des pièces détachées ;
Le montage du pied;
La fusion des pièces de verre.
Les pièces détachées entrant dans la fabrication sont les suivantes (figure 6);
Une plaquette céramique a, ayant un coefficient linéaire de dilatation de 90. 10-7 / C, comportant un certain nombre de trous de diamètre 1,2 mm.
Chaque trou comporte un avant-trou en forme de calotte sphérique. Le cercle limitant cette calotte a 3 mm de diamètre.
Des broches métalliques en ferro-chrome b dont le coefficient linéaire de dilatation est voisin de 90. 10-7/ C. Leur diamètre est de 1 mm, leur longueur de 20 mm.
Des cylindres de verre c' ayant un coefficient linéaire de dilatation de 90. 10-7/ C, de diamètre extérieur 4 mm, de diamètre intérieur 1,2 à 1,3 mm de hauteur 4 mm.
Le montage des éléments se fait de lamaniére suivante (voir figure 7) :sur une plaque de base horizontale L sont empilés, un calibre de.brochage K et la plaquette de céramique a, les broches métalliques b sont ensuite glissées dans les trous de la plaquette et du calibre.
Les trous du calibre sont alésés de manière à ce que les broches métalliques y pénètrent à frottement doux. Ce calibre peut être fait, soit en céramique, soit en ferro-chrome ayant comme coefficient de dilatation 90.10-7.
. Une poudre fine de magnésie dont la grosseur moyenne des grains est de l'ordre de 0,01 à 0,1 mm est versée dans un récipient avec une certaine quantité d'eau qui est juste suffisante pour constituer une pète peu fluide.
Au moyen d'un pinceau, on dépose une goutte de pâte dans chaque cuvette. Après évaporation de l'eau, cette pâte se transforme en une masse granuleuse sans cohésion.
On coiffe enfin chaque broche par un des cylindres en verre (c') dont il a été question précédemment.
On place ensuite cet ensemble pendant 10 minutes dans un four (figure 8) dont la température est maintenue à 900 C. Ce four comprend une enveloppe g et une résistance chauffante h. Chacun des cylindres c' de verre subit une fusion pâteuse et vient se souder d'une part à la broche métallique qu'il coiffe et d'autre part à la céramique suivant une couronne entourant la cuvette. Il ne peut pas se souder à la céramique dans le fond de la cuvette par suite de la présence de la magnésie pulvérulente, Le point triple est donc supprimé. Au cours des opérations de recuit et de refroidissement, aucune fêlure n'apparaît dans le verre qui forme les masses de soudure c (figure 4).
Après refroidissement complet, on retire le plateau support, et le calibre; le pied terminé se présente alors comme il est indiqué sur la figure 4.
La suppression du point triple est ainsi obtenue en disposant dans la zone de voisinage de trois matériaux, un revêtement granuleux sans cohésion. Un tel revêtement peut être constitué par toute substance pulvérulente
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en céramique, mica, verre, métal, graphite, etc... que supporte la température de fusion de la pièce de verre et ne se prenne pas en masse compacte au cours de cette opération. Le revêtement peut également être déposé aussi bien sur la céramique que sur le métal.
Un tel perfectionnement est applicable non seulement pour sceller une pièce en métal contre une pièce en céramique mais également pour sceller une pièce en verre dur au métal ou à la céramique. Le verre de scellement sera choisi, dans ce cas de sorte que son point de ramollissement soit nettement inférieur à celui du verre constituant l'une des pièces à sceller.
Le scellement de l'invention peut être appliqué avec succès pour sceller un pied en céramique contre une ampoule en verre dur ou en métal, en disposant le verre de scellement dans une rigole entourant le contact du pied et de l'ampoule et dans le prolongement de ce contact. La disposition des matériaux sera celle représentée sur la fjgure 2.