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L'invention concerne des jonctions étanches aux gaz entre un métal et une matière isolante, de préférence plastique, qui n'est pas fluide à la température à laquelle les jonctions sont établies avec elle. Par commodité, on utilise le terme "céramique" pour exprimer ci-après une telle matière.
Les conditions techniques que doit remplir une telle matière dans ce but sont, entre autres, qu'elle soit étanche aux gaz et capable de se sceller à un métal d'une manière étanche aux gaz. De plus, à un point de vue commercial, il est désirable que la matière soit peu coûteuse et facile à produire sous une forme désirée quelconque. Certains types de matières céramiques de porcelaine satisfont à ces conditions assez bien et présentent l'avantage complémentaire d'une bonne résistance mécanique. On peut employer des corps en oxydes frittés ou fondus non poreux,
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en particulier quand on désire des propriétés électriques spéciales.
Selon l'invention, .une jonction de céramique à du métal comprend deux éléments céramiques ayant des parties d'extrémité correspondantes de forme-cylindrique, une pièce de métal ayant une partie annulaire plate qui correspond aux faces extrêmes des dites parties d'extrémité, des moyens de centrage sur la dite pièce de métal s'étendant de part et d'autre du plan de sa partie annulaire à l'extérieur des éléments céramiques et destinés à centrer la pièce de métal radialement par rapport aux deux éléments céramiques, et une matière de jonction intermédiaire pour sceller les dites parties d'extrémité aux faces correspondantes de la . dite partie annulaire.
Les moyens de centrage peuvent faire corps avec la pièce de métal quand cela est imposé par les circonstances et dans ce cas ils peuvent être formés soit par un repliage de pattes à partir du bord de la partie annulaire, les unes dans un sens et les autres dans l'autre, ou bien on peut fendre le bord extérieur de la partie annulaire et former un cylindre court sur chaque face par façonnage, repoussage ou laminage du métal à l'écart du, plan médian. Cependant pour beaucoup d'applications, il est satisfaisant d'employer une double-collerette qui ne fait pas corps avec la pièce de métal mais qui est faite séparément et est montée par laminage, matriçage ou pressage.
Un avantage d'une telle construction est qu'on peut alors considérablement renforcer la partie annulaire en réduisant les risques qu'ont les faces d'être insuffisamment plates pour former une jonction satisfaisante.
On peut utiliser des combinaisons métal-céramique de métal de dilatation "adaptée" et aussi de métal "mou" non adapté avec des joints coraniques en employant des procédés connus de scellement, par exemple, clés scellements de verre et de métal à
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braser re@pectivement.
L'utilisation d'une double collerette de centrale pour la pièce de métal permet d'établir les jonction en empilage dans un four sans emploi de calibres, les surfaces externes des éléments céramiques ayant seulement besoin d'être de dimensions précises, ce qui facilite les opérations de meulage quand celles-ci sont nécessaires.
En utilisait les caractéristiques décrites ci-dessus, @ des ensembles à jonctions complexes comportant beaucoup de joints peuvent être établis en "empilage" dans un four d'une Manière simple sans calibres complexes.
Quand une jonction forme la terminaison d'une structure, . il est possible de sceller la partie annulaire de la pièce de métal sur une seule face à un élément céramique, mais on a observé que la résistance de la jonction est alors réduite, en particulier si le diamètre dépasse environ 25 mm. C' est pourquoi, selon une caractéristique de l'invention, dans une jonction terminale, la pièce de métal est scellée sur une face à 1'élément céramique final faisant partie de l'enveloppe étanche aux gaz et aussi sur l'autre face à un élément céramique supplémentaire qui ne fait pas partie de l'enveloppe elle-même.
La jonction selon l'invention peut être appliquée tout dispositif de constitution classique destiné à être établi avec des types de jonction verre-métal ou d'autres types de jonction à haute température et généralement cela conduit à la simplification des opérations de fabrication. Celaaparaît en particulier dans les dispositifs à décharge avec un grand nombre de conducteurs pénétrant dans l'enveloppe sous vide.
Par exemple, les tubes à accélérateur destinés à être utilisés dans les génératrices électrostatiques à courroie (telles que les machines Van. de Graaf) peuvent nécessiter l'entrée d'un conducteur de métal tous les 25 mm ou à peu près sur toute la'
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longueur du tube (qui peut être de l'ordre d'un mètre ou plus) pour des surfaces étageant le potentiel. Un tel tube peut être établi en empilage dans un four sans calibrage avec des jonctions à disques portant les électrodes. Les extrémités peuvent se terminer dans des collerettes pour la réunion à un système à vide, etc... ou peuvent avoir des fermetures permanentes pour ,l'utilisation à l'état scellé.
Des ensembles à jonctions pour des redresseurs à arc au mercure, pour des tubes électroniques à plusieurs électrodes, pour des transformateurs remplis de liquide ou de gaz et pour des condensateurs sont faits avantageusement comme des corps terminés par du métal qui sont équipés après scellement d'électrodes ou de connexions; ilssont alors scellés par des joints métal-métal dans l'enveloppe principale ou le récipient.
Des dispositifs à électrodes froides, tels que des condensateurs dans le vide et des tubes électroniques, qui emploient des éléments qui résisteront au traitement thermique pendant le scellement, peuvent être scellés comme une enveloppe complète dans une atmosphère convenable avec des électrodes en place, l'opération d'évacuation étant seulement faite @ ultérieurement. En variante, en faisant les scellements dans un four sous vide avec des joints brasés, on'peut sceller et fermer de tels dispositifs dans le four et les retirer du four à l'état fini.
Pour beaucoup d'applications, on peut obtenir une précision suffisante d'alignement en empilant simplement les éléments céramiques et les pièces de métal et en formant des jonctions dans un four. La précision initiale peut cependant être perdue pendant le traitement à la chaleur dans une mesure excessive indésirable pour quelques applications. C'est pourquoi, selon une caractéristique de l'invention, ces parties des pièces de métal qui dépassent de la surface extérieure des constituants
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céramiques sont maintenues en place pendant le traitement à la chaleur par un calibre.
Les constituants céramiques et les éléments métalliques sont de préférence en forme de cylindres et de disques et, dans ce cas, le calibre peut être avantageusement un tube de graphite ou autre matière résistant à la chaleur dont le trou intérieur est contrôlé à la précision désirée. Si une collerette de métal est prévue à l'extérieur de chaque disque, elle peut être disposée pour s'adapter à l'intérieur du tube de graphite à la température-de jonction et peut assurer un centrage précis pour les constituants céramiques à la température de jonction.
Si on désire une précision encore plus grande, les pièces de métal d'une structure peuvent comporter intérieurement des ouvertures de.même dimension ou de dimensions décroissantes d'une extrémité à l'autre de la structure et un calibre correspondant peut être monté à l'intérieur.
On décrira maintenant diverses formes de l'invention en référence au dessin annexé et cette description fera apparaître d'autres caractéristiques de l'invention :
Au dessin : les figures 1, 2 et 3 sont des coupes de disques munis de moyens de centrage alternés sur leurs périphéries; la figure 4 est une coupe d'une structure de tube utilisant trois jonctions par disques; la figure 5 est une coupe d'une jonction terminale; la figure 6 est une coupe d'une autre forme de jonction terminale ; la figure 7 est une coupe d'une jonction comportant un disque modifié pour supporter directement une électrode en matière différente; la figure 8 est une coupe d'une structure de tube à plusieurs électrodes et d'un calibre extérieur pour cette structure;
la figure 9 est une coupe d'une structure de tube à
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plusieurs électrodes avec calibre intérieur pour cette structure; et la figure 10 est une coupe d'une variante d'un élément coranique de forme cylindrique.
Si on se réfère maintenant à la figure 1 , on voit qu'un disque 1 comporte à sa périphérie un certain nombre de pattes 1a et 1b, les pattes 1a et 1b étant en alternance et étant repliées respectivement vers le haut et vers le bas a angle droit. Le disque 1 peut alors être utilisé pour former une jonction à disque entre deux constituants cylindriques de porcelaine, les pattes 1a et 1b servant à centrer radialement le disque par rapport à ces constituants en butant contre leurs pourtours extérieurs.
Selon la figure 2, on fend d'abord un disque 2 le long de sa périphérie pour former une paire de collerettes 2a et 2b qui sont déformées, par exemple par laminage, pour prendre les positions représentées de facon à former des collerettes périphériques de centrage.
Selon la figure 3, un disque 3 est muni d'une collerette de centrage séparée 3a s'étendant de part et d'autre de son plan médian. La collerette 3a peut être appliquée sur le disque par pressage. Un contact électrique et une rigidité meilleurs peuvent encore être obtenus si on brase la collerette sur le disque, par exemple avec du cuivre. Selon la figure 4, trois disques 3 du type représenté à la figure 3 et comportait des rebords intérieurs 3b sont assemblés entre des éléments de porcelaine cylindriques 4 dont les faces d'extrémité ont été aplanies par meulage. Les faces extérieures des cylindres 4 sont aussi meulées de façon à s'adapter à l'intérieur des collerettes 3a des disques 3.
L'élément céramique petit avoir une forme quelconque mais est généralement un cylindre ou un cône qui peut avoir des cloches de voltage élevé si nécessaire. Les éléments isolants 4
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sont préparés par meulage aplanissant des exbrénités qui forment les faces de scellement. On meule chaque surface cylindrique extérieurement au moins sur la petite distance sur laquelle s'effectue le contact avec la collerette de centrage 3a. Une préparation complémentaire dépend du type de jonction qui doit être employé et peut consister en une pré-vitrification, un emaillage ou une pré-métallisation par revêtement contrôlé avec les matières correspondantes. Les éléments de métal 3 peuvent nécessiter une préparation analogue.
Comme dans beaucoup d'assemblages il n'est pas possible de manipuler l'intérieur @ système scellé, les électrodes ou supports d'électrodes sont réunis aux éléments métalliques de scellement 3 avant la jonction.
Les éléments céramiques 4 sont placés à l'intérieur des. collerettes de centrage 3a des éléments métalliques et, ainsi empilés, ils sont placés dans le four dans lequel s'effectue la jonction. On utilise généralement dans le four, mais non nécessairement, des atmosphères contrôlées de gaz inertes ou réducteurs. Certains procédés de scellement, par exemple ceux utilisant des jonctions au titane ou au zirconium sont effectués dans le' four sous vide.
L'assemblage est chauffé à partir de la température ordinaire jusqu!au-dessus du point de ramollissement de l'agent de scellement, dans certains cas avec cycle intermédiaire de recuit, puis est refroidi. A la température à.laquelle l'agent de scellement coule, les assemblages empilés se tassent et la matière de jonction en excès est refoulée latéralement en laissant une pellicule pour constituer la jonction étanche aux gaz. On peut charger de poids l'assemblage empilé pour régler l'opération. Le déplacement des éléments en toute direction autre que la direction axiale pendant la jonction est empêché par les collerettes de centrage--
Apres enlèvement du four, d'autres électrodes peuvent
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être montées sur les tubes ou languettes supports et l'assemblage peut être soudé ou brasé dans une enveloppe principale.
Pour la majorité des applications pour les tubes à décharge industriels et les isolateurs, le centrage des éléments de la manière décrite ci-dessus est d'une précision convenable. Il en est en particulier ainsi pour les éléments céramiques puisqu'ils font partie de l'enveloppe sur laquelle une précision radiale supérieure à celle prévue par le centrage de la collerette est sa:is effet sur le fonctionnement des dispositifs.
Pour sceller la combinaison céramique-métal, on peut utiliser l'une quelconque des matières de jonction connues. Dans le cas de jonctions à faible résistance mécanique, telles que des émaux vitreux et du verre, une adaptation de dilatation est désirable. On peut utiliser des jonctions métalliques, leur nature dépendant de l'application du dispositif. Par exemple, pour l'utilisation dans des tubes à vide, les alliages de brasure doivent être des matières à faible tension de vapeur. Les agents de jonction du type de métaux réactifs tels que le titane et le zirconium, le tungstène-nickel, le molybdène-fer, qui réagissent aussi pour former des jonctions mouillant le métal avec les céramiques, peuvent être utilisés pour réaliser des couches de transition entre les éléments de jonction, coraniques et métalliques.
Quand on désire terminer une structure d'enveloppe céramique, on peut 1. faire en utilisant comme dernière jonction une jonction à disque entre l'élément céramique cylindrique et un chapeau céramique. En variante,' un éléuent métallique peut terminer la construction et servir aussi de support d'électrodes comme représenté à la figure 5. Dans ce cas, un cylindre céramique 5 est assemblé avec un disque 6 muni d'une coller ette de centrale externe double 6a et repoussé de l'intérieur pour forner un téton 7 à travers lequel est scellé un conducteur ou une électrode . par exemple par soudure.
Les contraintes exercéessur la jonction,
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entre le disque 6 et le cylindre 5, résultant par exemple d'une différencede dilatation thermique entre la matière céramique et le métal, sont réduites par l'insertion d'un autre élément céramique9 sous forme de bague ou de cylindre court scellé au disque 6 sur la face opposée à celle orientée vers le cylindre $
La figure 6 montre une construction dans laquelle une \ jonction à disque à l'extrémité d'une structure d'enveloppe céramique 10 est prévue pour relier la structure à une partie d'enveloppe de matière différente, par exemple d'acier.
Le disque
11 comporte une longue jupe 12 sur la périphérie de laquelle sont formées des encoches en 13 pour réaliser l'équivalent d'une . collerette de centrage, tandis qu'une autre collerette de centrage 14 est. prévue pour s'étendre dans l'autre sens. Le disque 11 est scellé entre la structure d'enveloppe 10 et une bague céramique ou un cylindre court 15 pour réduire les contraintes sur la jonction entre.le disque 11 et la structure 10. La jupe 12 est soudée à une partie d'enveloppe métallique 16.
Quand on utilise un téton pour relier la jonction à disque à un conducteur ou à une électrode de matière différente, comme représenté à la figure 5 par exemple, une certaine longueur du téton est nécessaire pour réduire à une valeur acceptable les contraintes appliquées à la jonction sous-l'effet de différences de dilatation. La figure 7 montre une disposition dans laquelle les contraintes sont réduites à une valeur acceptable et qui occupe moins d'espace qu'un simple téton équivalent. Dans ce cas, un disque 17 est scellé entre deux cylindres céramiques 18 et 19 et est muni intérieurement d'un certain nombre de pattes 20 orientées vers l'intérieur et formées par découpage du reste de la matière du disque.
Les pattes 20 sont alors repliées à l'écart du plan du disque à un angle convenable et leurs extrémités dont soudées ou fixées d'une autre façon à une électrode 21. Les pattes peuvent être profilées et de section amincie de façon que, tout
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en étant convenablement fortes pour supporter la structure d'électrode, elles n'entraînent pas de contraintes excessives résultant de la fixation à cette structure.
La figure 8 montre un assemblage d'enveloppe céramique à joints multiples, dans'lequel des disques 22 sont scellés entre des cylindres céramiques 23, l'assemblage étant analogue à celui représenté à la figure 4 et l'opération de jonction étant identique.
On remarquera qu'un certain jeu est nécessaire entre les faces internes des collerettes 22a et les faces externes des cylindr
23 et qu'il est possible qu'une erreur cumulative d'alignement s'établisse si cela constitue le seul moyen de centrage pour les disques 22. Dans les cas où une telle erreur n'est pas acceptable, on utilise un calibre composé d'une partie de base 24 sur laquelle repose l'assemblage et d'une autre partie associée 25 qui entoure tout l'assemblage et maintient en position les collerettes 22a avec précision l'une par rapport à l'autre. Le calibre peut être en graphite ou en une autre matière réfractaire.
La figure 9 montre un autre moyen de calibrage qui est applicable dans les cas où il est possible que les disques 26 présentent des ouvertures alignées de dimension égale ou de dimensions progressivement décroissantes d'une extrémité à l'autre de la structure. Dans ce cas, on utilise un calibre 27 avec des parties qui s'adaptent dans les diverses ouvertures en maintenant ainsi les disques 26 en alignement correct pendant l'opération de jonction quand ils sont scellés à des cylindres céramiques 28.
Dans beaucoup d'applications, les éléments céramiques des structures selon l'invention seront de forme sensiblement cylindrique. Les faces d'extrémité de ces éléments seront meulées pour s'appliquer sur des éléments métalliques correspondants et les surfaces cylindriques externes seront habituellement meulées pour s'adapter à l'intérieur des collerettes respectives des éléments métalliques. La figure 10 montre en coupe une forme
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préférée de cylindre céramique 29. Le cylindre est moulé avec une zone ou un rebord en saillie 30 à chaque extrémité et, lors du meulage pour son adaptation à l'intérieur de la collerette d'un élément métallique, seule la matière de la zone 30 est meulée, la surface externe intermédiaire 31 du cylindre étant laisséedans son état primitif.
Cette forme de cylindre céramique convient particulièrement quand la surface 31 comporte une glaçure.
REVENDICATIONS
1. Une jonction céramique-métal, comprenant deux éléments céramiques ayant des parties d'extrémité correspondantes de forme cylindrique, une pièce de métal ayant une partie annulaire plate correspondant aux faces extrêmes des dites parties d'extrémité, des moyens de centrage sur la dite pièce de métal s'étendant de part et d'autre du plan de sa partie annulaire à l'extérieur des éléments céramiques et destinés à centrer la .pièce de métal radialement par rapport aux deux éléments céramiques et une matière de jonction intermédiaire pour sceller lesdites , parties d'extrémité aux faces correspondantes de la dite partie annulaire.