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La présente invention concerne les scellementshermétiques aux gaz et spécialement les scellements mécaniques hermétiques aux gaz de matières isolantes sur matières conductrices, ces scellements convenant particulièrement bien pour réunir entre-elles des
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parties isolantes et des parties conductrices de l'enveloppe des tubes électroniques.
Les tubes électroniques se composent principalement de
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deux matif#es, une matières conductrice (le, des métaux) et une matière isolante (P.e le verre et la c61'éwd.qne), et sont, pourvus ff enveloppes hermétiques aux gaz qui cont:ienHt"nt les électrodes ou autres éléments [i act.tv.M c:l.(.3ctrox>.i-yle* Lu matière conductrice est, . ;,- ltx'u.f'1!-tc'nt i.l 1.-."-iï:c: tour es F'-.j,,,v: .( tulc;3 et le:-! connexions 6i.;#tii<ju<;> du tU1)8)' et tH matière x,}L :nt:k: t:;;t r,6lJ'J'i1::il':lJt au;1,- 1'j f:'(' y(lll 1.:.1\1] (:J' 'i';<'<j''1qtjuhjj)t 1:1:1 ly eC t,1'(aW:: <:1. . ('m:t.l:., j mila
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Certains tubes électronques sont construits avec une enveloppe hermétique aux gaz entièrement constituée en matière isolante.
D'autres tubes,électroniques ont des parties structurel- les des électrodes, c'est-à-dire des parties n'intervenant pas di- rectement dans les fonctions d'émission, commande ou réception des électrons, faisant partie de l'enveloppe. Dans les deux cas, les connexions électriques aux parties électroniques actives des électrodes du tube doivent traverser l'enveloppe pour pouvoir être raccordées à des circuits extérieurs. Il faut donc toujours qu'au moins une partie de la matière isolante et au moins une partie de la matière conductrice intervenant dans la construction du tube électronique se rencontrent de façon à constituer une enveloppe hermétique aux gaz.
Il faut aussi que le scellement entre une telle partie conductrice et une telle partie isolante reste hermétique aux gaz,aux températures de travail du tube électronique et qu'il présente, dans un certain nombre d'applications, une bonne conduc- tibilité électrique.
L'invention a pour but principal de procurer des scel- lements hermétiques aux gaz perfectionnés entre une pièce isolante et une pièce conductrice, ces scellements convenant particulière- ment bien à la fabrication des enveloppes des tubes électroniques.
La présente invention procure un scellement hermétique aux gaz entre une pièce isolante dure et une pièce métallique rela- tivement tendre, caractérisé en ce qu'au moins une des deux pièces a, dans le voisinage de la surface de contact, une forme telle qu'il y ait concentration des sollicitations à cet endroit dans le sens de la déformation de la pièce métallique et du maintien du scellement.
L'invention ressortira clairement de la description dé- taillée donnée ci-après avec références aux dessins annexés qui représentent des exemples de mise en application de l'invention.
Les formes d'exécution sont décrites et représentées à titre d'exem ple seulement sans que l'invention ne soit limitée à celles-ci,
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le cadre de l'invention étant défini dans les revendications annexée
Dans les dessins :
La'figure 1 est une vue en coupe transversale d'une piè- ce isolante et d'une pièce conductrice immédiatement avant leur réunion en un scellement hermétique aux gaz conforme à la présente invention.
La figure 2 est une vue en coupe transversale de la for- me d'exécution de l'invention constituée par la pièce isolante et la pièce conductrice représentée à la figure 1.
La figure 3 est une vue de la forme d'exécution de la figure 2, la coupe étant prise suivant la ligne 3-3.
La figure 4 est un diagramme idéal effort-déformation pour une matière isolante dure et pour une matière conductrice ayant une résistance à la traction élevée, l'effort étant porté en ordonnées et la déformation en abscisses.
Les figures 5,6 et 7 sont des sections transversales d'autres formes d'exécution de l'invention.
Les figures 8 et 9 sont des vues en coupe; à grande échelle, d'autres formes d'exécution de l'invention.
Les figures 10 et 11 sont des graphiques montrant le rapport qu'il y a entre une pièce conductrice tubulaire déterminée et une'pièce isolante tubulaire déterminée ocellées l'une à l'autre suivant l'invention, exprimé en unités d'efforts, déformation, température et rapport d'épaisseur des parois.
Les figures 12, 13 et 16 sont des vues en coupe d'autres formes d'exécution de l'invention.
La figure 14 est une vue perspective partielle, avec arrachement, du tube électronique représenté à la figure 16, et
La figure 15 est une vue de face d'un tube électronique suivant la présenten invention.
Comme la figure 1 le montre, une pièce isolante 10 et une pièce conductrice 12 sont prévues pour réaliser un scellement her- métique aux gaz conforme à la présente invention. La pièce isolante 10 et la .pièce conductrice 12 peuvent être des cylindres creux,
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le diamètre extérieur de la pièce isolante 10 étant supérieur au 'diamètre intérieur de la pièce conductrice 12. La surface extérieure 14 d'une partie d'extrémité 16 de la pièce isolante 10 a une partie tronconique 18 grâce à laquelle le diamètre extérieur de l'extrémité 16 de la pièce isolante est plus petit que le diamètre intérieur de la pièce conductrice 12.
A leur intersection, la surface tronconique 18 et la surface cylindrique extérieure 14 se joignent suivant une collerette ou un épaulement 19.
L'importance de différentes valeurs de rapports entre le diamètre extérieur de la pièce isolante 10 et le diamètre intérieur de la pièce conductrice 12, et de la valeur des angles d'incli naison de la surface tronconique 18 de l'extrémité 16 de la pièce isolante 10 sera étudiée en détail plus loin. L'épaisseur relative des parois des deux pièces 10 et 12 peut varier, comme cela sera démontré par après, mais, dans la forme d'exécution représentée, l'épaisseur de la paroi de la pièce isolante 10 est considérablement supérieure à celle de la pice conductrice 12.
Suivant un procédé de fabrication du scellement herméti- que aux gaz, les deux pièces 10 et 12 sont disposées concentriquement bout à bout,l'extrémité tronconique 16 de la pièce isolante 1( étant prête à pénétrer dans la pièce conductrice 12. Des forces axiales suffisantes sont ensuite appliquées aux pièces 10 et 12 pour les réunir en un scellement hermétique aux gaz comme représente dans la forme d'exécution de la figure 2. Le bout 20 de la pièce conductrice 12 vient d'abord en contact avec la surface tronconique extérieure 18 de l'extrémité 16 de la pièce isolante 10 et s'épanouit vers l'extérieur pendant que les pièces 10 et 12 sont poussées l'une dans l'autre.
Le mouvement axial relatif des deux pièces continue jusqu'au moment ou l'épaulement 19 a pénétré à l'intérieur de la pièce 12, comme représenté à la figure 2. La pièce isolante 10 est comprimée par la pièce conductrice 12 quand les deux pièces pénètrent l'une dans l'autre.
Comme la figure 3 le montre, l'application de forces
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axiales convenablement orientées 1'une par rapport à l'autre aux deux pièces 10 et 12 crée une déformation de traction 22 (c'est-à-
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dire une déformation effective c1:J.l1S le sens des fléchée) dans la pièce conductrice 12, une déformation par compression 24 (c'est-àdire une déformation effective dans le sens des flèches) dans la
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pièce isolante 10 et une force de compression 26 (c'e: st-â-dire un effort exercé dans la direction indiquée) 2e;i;:nnt;. mutuellement sur les deux pièces 10 et 12 à l'endroit du contact entre la surface intérieure 28 de la pièce conductrice 12 et l'épaulement'19 de la pièce isolante 10.
Cet épaulèrent 19 sert à concc-,,',rer l'effort de compression 26 'Jans une région de scellèrent. relpbivenent étroite.
L'effort de compression précité 26 fait entrer les deux pièces 10 et 12 en tut contact tellement intime à hauteur de l'épnulement 19, qu'il en résulte un scellement he1'r.t8irlue 2.U:x. gaz. Quoi-' que cela. ne soit pas prouve,, il est supposé qu'un contact en substance moléculaire est obtenu entre les deux pièces 10 et 12 à l'endroit
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du scellement, de façon à eltipecher le passage des molécules de gaz entre ces deux pièces. Des expériences faites 'il01.ltrt:'nt qu'il n'y pas a1';..LE,ge des matières dont les pièces 10 et 12 se composent, le scellement de la présente invention étant donc considère comme un joint purement mécanique, à l'oppose d'un scellement chimique qui serait obtenu par alliage des matières.
Après retrait des forces axiales appliquées, l'effot de
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c01l1pression 26 contenue à s'exercer à cause de élasticité des pièces 10 et 12e celles-ci ayant tendance à revenir à l'état libre.
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Les pièces 10 et 12 jouent donc le rôle d'un el:!Jilagasineur d'efforts semblable à celui des ressorts, en ce qu'une force appliquée pro-
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=raque une certaine déioI'iuation des pièces je et 12 qui., par leur élasticités exercent un effort après disparition de la force appli- qu.ée.
Cette force de compression 26 exercée mutuellement par les
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pièces 10 et 12 à cause (Ir, 1.' e'r-.rnaga.sinnge d'efforts , maintient un contact intime à hauteur '-ie 1-pauleent 19, un scellement stable hermétique aux gaz étant eb enu a rns retrait des forces axiales
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appliquées.
Les caractéristiques mécaniques des matières utilisées à la fabrication d'un scellement du type décrit ci-dessus ressortiront clairement en se référant à la figure 4 qui est un graphique idéal effort-déformation relatif aux types généraux de matières utilisées. Sur le graphique, l'effort unité (c'est-à-dire la force exercée en livres par pouce carré) appliqué aux matières est porté en ordonnées et la déformation unité (c'est-à-dire la déformation en pouces par pouce) est portée en abscisses, comme d'habitude dans les graphiques effort-déformation.
La courbe en pointillé donne la caractéristique effort-déformation d'une matière isolante dure et la courbe en trait plein donne la caractéristique effort-déformation d'une matière conductrice, ces ceux matières pouvant être utiliséespour la fabrication des scellements considérés. Quoique les deux courbes soient portées en fonction de mêmes coordonnées, il es, à remarquer que les pentes des deux courbes ne peuvent pas être comparées directement, En d'autres mots, les deux courbes sont dessinées aved des unités différentes. Ce fait doit ressortir parce qu'il est possible que la pente de la courbe de la matière conductrice soit plus raide que celle de la matière isolante, ou vice versa, suivant le choix des matières à utiliser dans la fabrication des scellement hermétiques aux gaz.
La courbe effort-déformation en trait plein de la ma- tière conductrice porte un certain nombre de points de reperds désignés A, B, C, D, E, respectivement. Le point A de la courbe représente la limite de proportionnalité de la matière conductrice, c'est-à-dire le point en-dessous duquel la déformation de la Matière est directement proportionnelle à l'effort applique- à la matière et au-dessus duquel cette proportionnalité n'existe plus.
Le joint B est la limite d'élasticité de la matière et représence le point en-dessous duquel l'effort appliqué à la matière ne provoque pas de déformation permanente et au-dessus duquel il y a déformtion per- manente. Le point C est le point de fluage etreprésente Le point
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auquel la matière continue à se déformer sans application d'efforts à la matière.
Le point D correspond à la résistance limite de la matière et représente l'effort maximum que 'la matière peut soutenir calculé sur la base de la charge limite et des dimensions initiales
Le point E est le point de rupture de la matière et représente le point auquel la matière se rompt réellement, point qui est atteint à la fin de la déformation permanente et sans autre application d'effort que celui appliqué au point de résistance limite. Ces .intss'étagent de façon espacée le long de la courbe caractéristi- que de la matière.
La courbe caractéristique effort-déformation en poin- tillé de la matière isolante ne porte qu'un seul point qui repré- sente tous les points précités, c'est-à-dire que la pièce isolante atteint simultanément sa limite de proportionnalité, son point de fluage, sa résistance limite et sa rupture. Par conséquent, aussi longtemps que l'effort appliqué à la matière isolante n'est pas suffisant pour amener la matière à la rupture, celle-ci ne subit pas de déformation permanente mais uniquement une déformation élastique proportionnelle à l'effort appliqué.
L'étude ci-dessus et la figure 4 montrent que la défornation unité emmagasinée dans les pièces 10 et 12 est limitée par les caractéristique métalliques de matières dont elles se composent.
La déformation unité produite dans la pièce isolante 10 ne peut pas dépasser de façon appréciable la limité d'élasticité B de la matière isolante,'puisque la limite d'élasticité et le point de rupture E de cette matière se confondent en substance. D'autre part, si la déformation unité dans la pièce conductrice dépasse la limite d'élas .ticité' B de la matière conductrice, il se produit une déformation permanente appréciable de la pièce conductrice sans augmentation notable de l'emmagasinage ou de la réaction de la pièce conductrice puisque seule une déformation élastique peut provoquer un potentiel de réaction.
Par conséquent, la réaction possible des pièces 10 et 12 est limitée par la limite d*élasticité B des matières dont elles se campasent
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La déformation emmagasinée dans les pièces 10 et 12 crée l'effort de compression 26 agissant @utuellement sur les pièces 10 et 12 après retrait des forces axiales appliquées. Cependant, l'effort de compression 26 dépend de la déformation totale emmagasinée dans.les pièces et non pas de la déformation unité.
En d'autres mots, comme l'effort unité est mesuré en livres pour pouce carré, et la déformation unité est mesurée en pouces parpouce, les dimensions des pièces 10 et 12 imposent des limites à l'effort de compression 26 obtenable, indépendamment des caractéristiques des matières dont les pièces 10 et 12 se composent. Donc, l'effort de compression 26 exercé entre une pièce isolante 10 donnée et une pièce conductrice 12 à paroi mince ayant une limite d'élasticité B élevée peut être la même que l'effort de compression 26 exercé entre la même pièce isolante 10 et une pièce conductrice 12 à grosse paroi ayant une limite d'élasticité B considérablement inférieure.
Les figures 2, 5, et 7 donnent les solutions extrêmes pour la fabrication des scellements de l'invention, à la lumière de l'importace de l'épaisseur des pièces utilisées, comme exposé ci-avant. Une solution extrême est donnée à la figure 5 dont la forme d'exécution se compose d'un cylindre métallique à paroi iiiince 34 initialement non épanoui dans lequel pénètre.une pièce isolante à grosse paroi et à extrémité tronconique 36, la pénétration de cette dernière provoquant l'épanouissement de 1'extrémité 38 du cylindre métallique 34 comme représenté. Dans l'hypothèse du cas extrême, la pièce isolante ne se déforme pas appréciablement, en substance toute la déformation ou réaction se produisant dans la pièce métallique.
L'autre extrême est représenté par la figure 7 qui. représenta une forme d'exécution consistant en un cylindre me tallique à grosse paroi 4- à extrémité initialement épanouie 42 (où donc l'extrémité 42 a une paroi intérieure inclinée) dans lequel pénètre une pièce isolante tronconique 44. Dans le car- llimite, la pièce conductrice 40 ne subit pas de déformation appréciable et tout
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la déformation ou réaction se produit dans la pièce.isolante 44.
La figure 2 représente le cas intermédiaire c'est-à- dire le cas où la pièce conductrice et la pièce isolante subissent des déformations proportionnelles aux épaisseurs des deux pièces.
De préférence, les matières des deux pièces et le rapport d'épais- seur entre ces deux pièces sont choisis de façon à amener la pièce conductrice un rien au delà de sa limite d'élasticité, de façon que les tolérances dans les dimensions des pièces ne soient pas criti- ques, puisque l'effort de compression 26 produit est toujours li- mité par la limite d'élasticité de la pièce conductrice 12, comme précité.
L'influence de l'épaisseur relative des deux pièces sur l'importance des déformations emmagasinées possibles dans les scellements de la présenten invention ressortira plus clairement de l'étude de la figure 10 qui est un graphique donnant une famille de courbes relatives à un scellement déterminé entre une pièce isolante d'une matière déterminée et une pièce conductrice d'une matière déterminée se présentant sous la forme de cylindres ayant une surface de contact d'un rayon déterminé. On peut démontrer par traitement algébrique de formules trouvées dans le chapitre 12 d'un livre intitulé "Formules d'efforts et de déformations" par Raymond J. ROARK, Mc.
Graw Hill Book Company, New York, 1943, que la force en livres par pouce sur le pourtour d'un cylindre chargé est approximativement la suivante :
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(1) F = p V2 E 1& RJ tR) 3/2 V 1.V2 où. P est une constante dépendant du point de charge du cylindre, V est le rapport de Poiss on pour la matière du cylindre, E est le module d'élasticité de cette matière ¯R est la variation réelle du rayon du cylindre, t est l'épaisseur de paroi du cylindre et R est le rayon moyen du cylindre.
Comme la force agissant sur les deux cylindres est la même dans le cas considéré, c'est-à-dire égale à l'effort de coin- .pression 26 agissant entre les deux pièces, on peut établir
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l'équation suivante :
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(2) -.J..7 EC LA ReJ (R 3/ Vl- e Re p=-#-P## ErARjl ( thl) À/lvll/ '' a 3,12 où le suffixe "c" désigne les termes relatifs à la pièces isolante et le suffixe "m" désigne les termes relatifs à la pièce conductri# Cependant puisque les matières dont les pièces se composent, le rayon de la surface de contact et le point d'application de la charge restent constants, les seules variables sont les variations de rayons (¯R) et les épaisseurs (t) des deux pièces. Ces variable' sont représentées sur le graphique de la figure 10.
Dans ce graphi- que,, la variation unité du rayon de la pièce isolante (¯Rc) est
R portée en ordonnées et l'épaisseur relative des pièces est por- tée en abscisses (l'épaisseur de la pièce isolante étant prise pour unité) . Chaque ligne en trait plein du graphique représente une variation unité fixe de rayon de la pièce conductrice (¯R/R").
@ On peut constater que, pour une variation unité constante donnée du rayon de la pièce conductrice, la variation unité de rayon de la pièce isolante augmente avec le rapport des épaisseurs de la pièces métallique et de la pièces isolante. Les lignes en pointil. lé représentent la variation unité totale fixe de rayons (c'est-à-
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dire Rc + :2111). constatera qul'il est liossinle dire + #rr-). On constatera qu'il est possible d'oDtellll' une e variation unité totale donnée pour tous rapports d'4pai>;;=<oenr dus pièces, mais avec différentes proportions d'épaisseur dans chacun des pièces..
Comme précité, les épaulements constitués par len extr
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mités tronconiques des pièces isoLantes 10, 36, f-'1 44 rv 1.rl clpalnraent à la concentration des efforts. Le coj.t'i.'; t;it.Í"f: 1-:i pièce se fait sur une surface minimum et en !,Il, - 1, L')L .,;:' JI::. sollicitations encourues pendant la fOI'WtLIOfl du :r-:1 x,.f-. , '0" .-m. centrent.sur cette surface minLtlH1.
G<tt; ctrrf,:; -toi p,,1,.,;i, d'obtenir un contact lnt;iiae entre 1<:s; j>1%<:=:; 10, 1 t j>.1 ifi e.t, 5,,
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42 et 44 à l'aide de forces axia.les pratiquement obtenables. Comme la force nécessaire à produire le contact désiré augmente avec la surface de contact entre les pièces, l'idéal serait un contact linéaire, résultat approximativement obtenu dans les formes d'exécution représentées aux figures 2, 5 et 7.
. Quoiqu'il soit préférable que la pente de la partie conique soit rectiligne de façon à obtenir un bord ou épaulement relativement tranchant 19, comme représenté aux figures 2,5 et 7, la région de concentration des efforts des scellements de la. présente inventioi peut aussi prendre une forme courbe 32, comme représenté à la figure 6. Sur la figure 6, une extrémité 20 de la pièce conductrice 12 décrit, de préférence, une courbe de rayon donne. Une extrémité 16 de la pièce isolante 10 décrit aussi une courbe 32 dont le rayon est plus petit que le rayon de courbure de l'extrémité 20 de la pièc conductrice 12.
La courbe 32 de la pièce isolante.10 peut donc venir en contact tangentiellement avec la partie courbe 20 de la pièce conductrice 12, et l'effort de compression qui en résulte produit un scellement conforme à la présente invention.
Un autre avantage de la partie tronconique rectiligne ou courbe de la pièce isolante est d'appliquer les efforts en deçà de l'extrémité de la pièce isolante. En appliquant l'effort loin de l'extrémité de la pièce isolante, les moments de flexion provoqués par ledit effort sont réduits au minimum, ce qui réduit les risques de fracture de la pièce isolante sous l'effet des efforts de trac- . tion provenant de ces moments de flexion. En fait, les moments de flexion introduits par une force de compression appliquée 1 l'extrémité de la pièce isolante produisent des efforts de tractions qui varient axialement le long de la pièce isolante suivant une fonction sinusoïdale amortie.
Si, au contraire, une partie de la pièce isolante s'étend au delà du point d'application de l'effort de compression, cette partie en prolongement introduit un nouveau moment de flexion qui annule partiellement le moment de flexion intraduit par l'effort de compression.
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L' <.1.ngle d'inclinaison des tJtrEr4litc.J de la pi :=';',. L ,,1 Il v" peut varier avec les matières utilisées et le cas d.9<.i;lt:a,i¯ i considère* Dans certaines formes d'exécution qui ont subi avec succès les épreuves de qualité, l'angle d'inclinaison de la partic tronconique de la pièce isolante était d'environ 7 degrés. Cet angle n'est cependant pas nécessairement critique dans toutes
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les fornes d'exécution et peut être déterrriné en fonction du dicme- tre relatif des deux pièces, des matière.; dont ces pièces se composent et des considérations concernant le moment de flexion, la raison principale de l'angle d'inclinaison étant l'établissement d'une surface de contact minimum entre les deux pièces.
Les matières dont les pièces conductrices se composent n'auront pas nécessairement. toujours la meilleure conductibilité électrique possible. Cependant, les scellements suivant la présente invention peuvent présenter une conductibilité haute fréquence supérieure à celle de tout autre type de scellement, en recouvrant la pièce métallique d'une couche ou revêtement 46 à haute conducti- bilité en cuivre, or ou argent par exemple, comme représenté aux figures 5, 6, 8 et 9.
Comme les scellements de la présente invention sont purement de nature mécanique, les propriétés électriques de la cou- che ou revêtement à haute conductibilité 46 ne subissent pas de changement pendant le procédé de scellements puisqu'aucun phénomène d'alliage de la couche 46 ne se produit. Dans tous les autres type:. de scellements, qui peuvent être considérés en général cornue de:: scellements chimiques, un alliage partiel de la couche à haute
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conductibilité 46 réduit fortement la conductibilité électi<1<pie drt cette couche 46.
Il est très intéressant d'utiliser un rt.v;tèJfl'nt !1 h'fUt<.conductibilité 46 dans le cas où le courant truversant in sc.1 Jument est. à ha, ute fréquence, puisque le courmnt a tenâr-H1et t'if' clr<'aler dans les couches superficielles des ('ont1uc:t.cur:J. C01"';h la coudre superficielle de la pièce conductrice- c-rt :(l!;t 1 Vt'I- !,.!' thi l'tvêtt.mt-nt a haute conductibilité 46, 3a i't.iHtnf'< ,'It\ rll!Dd
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présentée par la pièce conductrice au courant à. haute fréquence est fortement réduite et se rapproche de celle du revêtement 46 en argent ou en cuivre, comme précité.
Le revêtement conducteur 46 utilisé avec les scellements de la présente invention présente encore un autre avantage en ce que les matières à haute conductibilité comme 1'* argent, le cuivre ou l'or sont facilement déformables ou malléables. Le revêtement 46 se déforme donc aisément sous l'influence de l'effort de compression 26 agissant sur les deux pièces à sceller. Grâce à cette déformation il est possible d'obtenir un contact intime entre les deux pièces'en appliquant des forces beaucoup plus faibles que celles nécessaires autrement.
Les figures 8 et 9 sont des vues en coupe, à grande échellede la région de scellement d'autres formes d'exécution de l'invention. Comme la figure 9 le montre, le revêtement déformable 46 qui recouvre la pièce métallique 12 a été raclé par la pièce isolante 10 et a flué de façon à former un joint 48 entre la pièce Isolante 10 et la pièce métallique 12. Ce raclage facilite l'obten- ;ion d'un contact intime à hauteur de l'épaulement 50, le fluage de la matière déformable 46 remplissant toutes les porosités qui pourraient exister dans la surface de la. pièce isolante à hauteur de l'épaulement 50 et assurant ainsi un contact ininterrompu entre les deux pièces. La présence du joint 48 est le garant d'un bon scellement, en ce qu'il donne un contact uniforme et est la preuve d'une tension considérable entre les deux pièces 10 et 12.
Quoique des scellements satisfaisants aient été réalisés entre des pièces isolantes 10 en céramique et des pièces conductrices 12 en acier sans la présence d'un revêtement déformable 46 sur la pièce en aciei 12,le contact étant obtenu par un polissage poussé des surfaces à sceller, la présence du revêtement déformable permet de réaliser le scellement en appliquant des forces beaucoup plus faibles et sans devoir polir fortement les surfaces à sceller.
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La figure 8 représente un scellement qui peut être obtenu par différents procédés. Le scellement représenté à la figure 8 peut être celui de la figure 7 mais à plus grande échelle, c'est-àdire qu'il s'agit d'une pièce conductrice 40 à forte épaisseur de paroi et pourvue d'un épanouissement initial 42. La grande partie de la déformation produite pendant le scellement est appliquée à la pièce isolante 44 et l'effet de raclage indiqué à la figure 9 est réduit ici au minimum. Ici aussi, la déformation de la paroi intérieure de la pièce conductrice 40 est agravée par la présente du revêtement déformable 46.
Les inclinaisons des partiestrcnco- niques de la pièce isolante 44 et de la pièce conductrice 40 se conjuguent pour concentrer les efforts en substance sur une ligne de contact.
Le scellement représenté à la figure 8 peut aussi être réalisé en chauffant la pièce métallique 40 au point de la dilater et d'introduire dans celle-ci la pièce isolante 44, la pièce métallique 40 refroidissant ensuite et se refermant sur la pièce isolante 44. Par la contraction de la pièce métallique 40, l'épaule ment 50 obtenu par la partie tronconique 24 de la pièce isolante 44 pénètre dans le revêtement déformable 46 recouvrant la pièce métal- lique 40.
Il est à noter que dans les deux procédés décrits cidessus avec référence à la figure 8, la compression mutuelle des*, deux pièces 40 et 44 aboutissant à un scellement permanent des deux surfaces s'obtient sans intervention de moyens extérieurs. D'autre moyens peuvent aussi être utilisés pour obtenir ladite compression mutuelle des deux pièces 40 et 44.
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Les scellements suivant P invell Lion ont . t r<F>,1 Ls,s ' expérimentalement en atili;1.<ioet des céramique ?1 p,;uf"e'-:rl-,," <l<?J,1 d'oxyde d'aluminium pour 1- plf-Jet.: i 7olant.t, "1 ,'HI'j,' ;1,; 1 h.nt..Z'tî"iSt3IlCE 3. la compre:j.3ÍJél et Jeu l::xet.l1l{1t.; lJl 1jr I,j.,.. (;.E.:'il,. d<-' cet oxyde. Par ex(.f1J)ll' on peut (ltiti f :;1. .1.-: tw 1 ; t3 :1l', .,Int 1,'11 1>la,1 de 50,26% d'oxyde .1',.duminlu,l1, ju'"'';1 5\J, ,1 ><iii :,..1.'
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manganèse, de 2,5% à 2,8% de silice, et jusqu'à 4% d'au moins un alcalino-terreux pris dans le groupe des oxydes de béryllium, magnésium, zinc, calcium, strontium, cadmium et baryum.
D'autres matières isolantes peuvent être utilisées si les pièces sont convenablement étudiées pour tenir compte des carac téristiques mécaniques de ces matières. La pièce conductrice utilisée dans des scellements de la présente invention ayant passé avec succès les épreuves de qualité se composait de différents métaux parmi lesquels l'acier laminé à froid (SAE 1010), l'Inconel, le Kovar, l'acier d'outillage 883, le métal 42 et le cuivre. Dans certains de:ces scellements satisfaisants, la pièce conductrice était pourvue d'un revêtement de cuivre ou d'argent, et, -dans d'autres, un joint cylindrique fait de feuilles de cuivre était intercalé entre la pièce isolante et la pièce conductrice.
Les données suivantes sont tirées, à titre d'exemple, des essais faits sur un scellement satisfaisant. La pièce isolante consiste en un cylindre de céramique du type précité ayant un diamètre extérieur de 2,481 pouces (63 mm) et une épaisseur de paroi d'environ} de pouce (6,35 mm), et la pièce conductrice consiste en un cylindre composite ayant un diamètre intérieur de 2,428 pouces (61,67 mmè- et construit en acier laminé à froid ayant une épaisseur de paroi de 0,070 pouce (1,78 mm) avec un joint cylindrique en cuivre ayant une épaisseur de paroi de 0,026 pouce (0,66 mm) et placé comme garniture sur la paroi intérieure du cylindre en acier laminé à froid.
Le cylindre en céramique a une partie tronconique ayant un angle d'inclinaison de 7 degrés et une extrémité affûtée venant couper le diamètre extérieur du cylindre poli au préalable à environ 0,250 pouce (6,35 mm) de cette extrémité. Le cylindre en céramique est forcé à l'intérieur du cylindre métallique composite sur une distance de 0,63 pouce (16 ni%) sous l'effet d'une force axiale d'environ 12.000 livres (5.760 kg) provoquant une déformation totale des deux pièces de 0,053 pouce (1.,35 mm).
Quoique la nature exacte des scellements actuellement
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r ,-:â 11;-, -zs suivant 1?. présenta invention 117t-)t ii'-.:i --j'.',r' ....'j'- ,,,,>:, et ne peut donc être décrite avec une cO;:lp10t...:; cJ;L.iil i:i>1,,., 1.><., résultats des essais montrent que 1''effort de cÙffij..#e::: ;:L", n';c:,-,-. saire à l'obtention d'un bon scellement dépend de In E¯l:r :v¯: rt.1¯:t:-L des deux matières et le l'état des surfac l'endl':'1.t du ;:;.;;1.1 <>ment. Des calculs tirés d'un travail emplriijue fait t :ml' un sllc# ment dét'r1'liné indiquent que des scellements her:I1GtiqHe':3 ont été obtenus avec des forces de 800 livres par pouce linéaire (16 kz-. par nua) de contact à la teinperature de local, mai:; ce chiffre lt;-
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s'applique pas nécessairement à d'autres scellements.
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Des essais ont établi qu'une fois le contact iutîtuc établi entre la pièce conductrice et la pièce i st3l.:rt.i il n'-t fart plus qu'un très léger effort de compresnion pour :n111t''!lÏ l' ce contact. En d'autres mots, tjiiotqu5un effort de COIll)l'W:,1ùl1 considérable soit nécessaire pour amener la surface des sc\Ili-.t1ellt.s de la pièce conductrice en contact intime avec la surf.::l.c,-:: de scellement de la pièce isolante, une fois ce contact 6t,.bli l>'uffo)'j de compression nécessaire à maintenir le contact ést 1";;.L.1;<::;;;;iit
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réduit.
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Un scellement entre -une pièce conductrice et nu'-: pièce isolante est difficile à maintenir dans tout(> une gRflba(, -c; =ztElat de tt:lnrtures, parce que les pièce':> conc3uctlvc:r;: on t n' )j,:', 1.,.11..nt. ;iJ> coefficient de dilatatton thermique plus élevé tjW 11.;:1 1;:::1.tlJii;i* isolantes. En d'autres terliles, si un 1; c el 'I e >;;,#iit' aat t r E .< i -1 , .1 ' <1< . ; t,a >ip<5r.ittire déter.nin^e et est ensuit-: r(Jl.t,,,,'(:J1r /C:'lt1'U C'. 1 }L;'-,{' conJactrice se dilate plus qun la pi0e.? 1<.;>].;i.t:# ut cr#1;<; .,i11"'-'JJ.:. lin dilatfitton, si elle est süf'iïs3nt<:. !JL,it..1';1..J.',tÏ.r; ;.; :,-J 1.., .11, '?11Li ; les deux pièces.
Pour maintenir 1("1 ::.'ell'.1J' nt.:; de j i ,.t' 'Il!.' :l.t mii (:It'. toute une gajm.; de Gi..li?cl'¯iLlt'e:v. s'W tt3-y 1..; L-':' .l 1 m.'ilV.l. être etudie'j <-1<: ''ii5:: 1ljt! 1 J 'w' t';:"L' 1,1 ;.i; , ; ;,n',1:.:ot,Lrn; ela >ti;tu>;;: r1>: d1.;1' .!' Il,;;,,, '1(1': ;' ,loi j,: i tl, ;..
1;t, (lt 1'1 dilatation tti>i% 1 ,;1> 1;,,', .: <..;; . > 01.
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d'autres mots,, les pièces peuvent être étudiées de telle façon que, lorsque le scellement est réalisé, la déformation interne soit suffi santé pour produire un effort, de compression 26 supérieur à l'effort de compression minimum nécessaire pour maintenir un contact intime entre les pièces.
L'énergie totale des déformations élastiques nécessaire à miintenir l'effort de compression mutuelle des deux pièces peut être exprimée de la façon suivante:
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3 L) Rc , ,0 = T Îg - Kj Rc Rm où ¯Rc et ¯Rm représentent la variation unité de rayon
Rc Rm respect' ment d'une pièce isolante cylindrique et d'une pièce métallique cylindrique, ¯T représente la variation de températu- ' re subie par le scellement et Km et Kc représentent les coefficient:de dilatation thermique de la même pièce conductrice et de la même pièce isolante décrites avec référence à la figure 10. Dans l'équa-
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tion G3.-ds:
x Il est supposé que le coefficient de dilatation thermique de la pièce conductrice est plus grand que celui de la pièce isolante.
Comme la figure 11 le montre les équat.ions (3) et'(2) permettent de tracer un graphique représentant le rapport entre 1-'épaisseur de paroi des pièces et la gamme des températures auxquelles un scellement est soumis. Les courbes en trait plein de la figure 11 sont les lieux de déformation élastique constante de la pièce conductrice, tandis que les courbes en trait pointillé sont les lieux de déformation élastique constante de la pièce isolante. Une étude de la figure 11 montre que, pour une gamme 'de températures donnée ±NI, on peut utiliser une grande variété de rapports d'épaisseurs avec une répartition correspondante de la déformation totale entre les deux pièces.
Cette étude montre aussi que, pour une déformation donnée dans la pièce conductrice, la gamme de températures auxquelles le scellement résiste peut être étendue en augmentant le rapport entre les épaisseurs de la pièce conductri'
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ce et de la pièce isolante*
La brève étude ci-dessus des scellements de la présente invention a été simplifiée de façon 21 ne faire ressortir que les
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particularités importantes* D'autres partiGlarit2s, par exemple les caractéristiques de fatigue de fluage et de rcsistanee 5 la chaleur, ressortiront clairement d'el1es-mI1c.'3.
Jusqu' ici, l'étude des formes d' e é cution de l' in :rznti.z a été limitée à celles dont la pièce conductrice entoure la pièce isolante. Il est cependant possible, COT.'1me la figure 12 Le ;:>flxzï;Jw. de réaliser un scellerùent hermétique aux gaz suivant l':i.nY2utlon avec une pièce isolante 51 entourant la pièce conductrice 52. L'extrémité du cylindre isolant 51 a une surface intérieure 53 tronco- @@que, et un cylindre métallique 52, ayant un diamètre extérieur légèrement supérieur au diamètre intérieur du cylindre isolant 51, pénètre dans celui-ci sous l'application de forces axiales agis- a@nt sur les pièces 51 et 52.
Le rapport d'épaisseur des pièces 51 et 52 peut être choisi de façon que la pièce isolante 51 puisse résister à l'effort de traction y introduit par un effort de compre sion suffisant pour réaliser un scellement hermétique aux gaz.
Dans l'étude de la forme d'exécution représentée à la figure 12 en vue de la résistance à un cycle de températures donner il faut considérer certaines particularités de nature opposée aux
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précédentes. Comme la ;:pièce conductrice 52 se trouve à. intérieur de la pièce isolante 51 et que le coefficient de dilatntion th<'mi- que de la pièce conductrice 52 est habituellement supérieur à celui de la pièce isolante 51, l'effort de compression mutuelle des deux pièces 51 et 52 augmente avec la température.
Il faut donc, dans ce casétudier les pièces 51 et 52 de façon à avoir un effort de
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compression suffisant à la température :nini,l1U..:J., et de façon à ce qu'elles résistent à l'effort de compression accru aux températures plus élevées.
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Il est noter ici que, dans la forra0 d"<XSC1.itton repré- sentée aux figures 1 et 2 ou dans la for.ae d'exécution de la figure
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12, les matières dont les pièces 10 et 12 ou 51 et 52 respectivement se composent, peuvent être choisies de façon que le coefficient de dilatation thermique de la pièce conductrice 12 ou 52 soit plus faible que celui de la pièce isolante 10 ou 51.
Il est supposé que l'étude ci-dessus des problèmes de température est suffisante @ pour se faire une idée de la solution à apporter en général.
La figure 13 représente une forme d'exécution de l'in- vention comprenant les particularités de la forme d'exécution repré, sentées aux figures 1 et'2 et de celle représentée à la figure 12.
Un anneau ou cylindre isolant 54 est coincé entre deux cylindres conducteurs 55 et 56. Le premier cylindre conducteur 55 a un diamètre plus grand que le second cylindre conducteur 56 et ces deux cylindres sont disposés concentriquement, et venant affleurer à une extrémité. L'anneau isolant 54 a une épaisseur de paroi légèrement inférieure à la différence entre les diamètres des deux cylindres conducteurs 55 et 56 et est pourvu de surfaces tronconi- ques sur ses parois intérieure et extérieure.
L'anneau isolant 54 et les cylindres conducteurs 55 et 56 sont soumis à des forces axiales 55 et 56 qui coincent l'anneau isolant 54 entre les deux cylindres conducteurs 55 et 56, connne représenté à la figure 13, un scellement hermétique aux gaz étant réalisé entre chacun des cylindres conducteurs 55,56 et l'anneau isolant 54.
La description précédente montre que l'anneau isolant 54 et les cylindres conducteurs 55 et 56 peuvent être étudiés de façon que le premier cylindre conducteur 55 maintienne l'anneau isolant 54 en compression à tous moments et à toutes températures, permettant ainsi à la forme d'exécution représentée à la figure 13 de résister à une gamme complète de températures. Une façon simple de réaliser ceci est de donner au premier cylindre conducteur 55 une épaisseur de paroi plus grosse qu'au second cylindre conducteur 56. D'autres procédés, par exemple rajustement convenable des diamè tres des deux pièces, donnent d'aussi bons résultats.
Far conséquent,
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à la température minima à laquelle le scellement est exposé, l'ef- fort de compression est beaucoup plus considérable entre le premier cylindre conducteur 55 et l'anneau isolant 54 qu'entre le second cylindre conducteur 56 et l'anneau isolant 54, ce qui met l'anneau isolant 54 sous compression. Quand le scellement est chauffé et dans la supposition où les cylindres conducteurs 55 et 56 ont un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui de l'anneau isolant 54, la dilatation des cylindres conducteurs 55'et 56 a pour effet unique d'alléger la compression initiale de l'anneau isolant 54.
On peut donc réaliser le scellement de telle façon que l'anneau isolant 54 ne se trouve jamais sous tension, ce qui est préférable puisqu'il est connu que les matières isolantes dures ont une faible résistance à la traction.
La figure 16 représente la forme d'exécution de la figure 13 à laquelle on a ajouté une pièce conductrice 57 supplémentaire qui traverse un scellement hermétique aux gaz du type considéré.
Deux cylindres ou anneaux isolants 58, l'un avec un diamètre inté- rieur légèrement supérieur au diamètre extérieur de l'autre, sont disposés concentriquement et affleurent à une extrémité. Un mince cylindre conducteur 57 ayant une épaisseur de paroi approximati- vement égale à l'écart entre les deux anneaux isolants 58 est serré entre ceux-ci.
La face extérieure du plus grand anneau isolant 58 et la surface intérieure du plus petit anneau isolant 58 sont tron- coniques. La surface intérieure du plus grand anneau Isolant 58 et la surface extérieure du plus petit anneau isolant 58 sont pourvues chacune d'un épaulement 59 en saillie servant à concentrer les efforts de compression comme les surfaces tronconiques.
Les anneaux isolants 58 et le cylindre conducteur à paroi mince serré entre ceux-ci sont coincés entre les deux cylindres conducteurs 55 et 56 comme à la figure 13. Comme les anneaux isolants 58 sont maintenus sous compression par le cylindre conducteur extérieur 55,
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les épaulements 59 des anneaux isolants sont forcés et maintenus en contact intime avec les surfaces intérieure et extérieure du cylindre conducteur à paroi mince 57.
Les épaisseurs de paroi relatives des cylindres conduc- teurs 55, 56 et 57 peuvent être ajustées de façon que les anneaux isolants 58 soient maintenus sous compression dans toute une garnie donnée de températures, en utilisant un cylindre extérieur 55 considérablement plus épais que le cylindre intérieur 56, le cylin- dre intermédiaire ou à paroi mince 57 étant plus mince que les deux cylindres 55 56 au point d'être en substance malléable sous la pression des deux cylindres 55 et 56. On peut ajouter une troisième pièce conductrice à. la forme d'exécution de la figure 13, comme représenté à la figure 16, avec un minmum de calculs supplé- mentaires .
Les figures 14 et 15 représentent un tube électronique 60 .qui utilisa les scellements hermétiques aux gaz de la présente invention. comme la figure 15 le montre, le tube électronique 60 comprend un ensemble d'anode métallique, cylindrique, refroidi à l' eau 62 et un ensemble de cathode métallique cylindrique 64 qui font parties de l'enveloppe du tube 60, Le reste de l'enveloppe du tube 60 se compose d'une borne cathodique 66, d'un cylindre isolant creux en céramique 68 allant de l'ensemble d'anode 62 à la borne cathodique 66, une borne de grille 70, un premier anneau isolant 72 en céramique (non représenté à la figure 15) allant de la borne e cathode 66 à la borne de grille 70 et un second anneau isolant en céramique 74 (non représenté à la figure 15)
allant de la borne de grille 70 à l'ensmble de cathode 64,
Comme le figure 14 le montre, l'ensemble d'anode 62 consiste en une anode métallique, cylindrique creusa 76 dont la surface intérieure est la. partie électronique active et la surface extérieure est pourvue de passages 78 utilisés pour le refroidis-
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sèment par eau. Une chemise de refroidissement à l'eau 80 entoure l'anode 76 et est scellée, par une extrémité, à l'anode 76 en vue de la circulation de l'eau autour de l'anode 76 et dans les passages 78.
Un rebord 82 servant de borne anodique et consistant en une pièce annulaire à section transversale en forme de U renversé, entoure la chemise de refroidissement à l'eau 80, une branche de l'U renversé étant scellée à la surface extérieure de la chemise 80.
L'ensemble de cathode 64 comprend un cylindre métallique creux 84 de formation du faisceau, dont une extrémité est concentrique à l'ensemble d'anode 62 et pourvue de rainures longitudi- nales 86 sur sa face extérieure. Un filament-cathode à chauffage direct 88 est disposé à l'intérieur et le long de chaque rainure 86 du cylindre de formation de faisceau 84 et est attaché directement à celui-ci par une extrémité. L'autre extrémité du cylindre de formation de faisceau 84 constitue une borne pour Inapplication de la tension de chauffage aux extrémités des filaments attachés.
Les autres extrémités des filaments 88 vont plus loin que ladite extrémité du cylindre 84 et sont connectées à un support panto- graphique (non représenté) relié lui-même à une autre borne de filament (non représenté) disposée concentriquement à l'intérieur du cylindre de formation du faisceau 84 et au delà de 1 extrémité inférieure de celui-ci, celle-ci étant la seconde borne pour l'application de la tension de chauffage des filaments.
Des écrans 90 en T sont attachés directement au cylindre de formation du faisceau 84 entre les rainures 86,la traverse du. T étant disposée transversalement entre les rainures adjacentes
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8t.. Les écrans en T 90 sont pourvus, 1. leur extré1Iii té inférieure, dé pI'olong"iilt.nts ou pattes 92 r;1iFs '3lectriql1üj 'Ht à la borne Ci' Ll,uLi1 qLW (t(..
La borne d,. cé;thod 66 constitua ,wne UH(; des bcrn<;x du ::UI'i,if, ha.at,e fréquence du tube électronique 6fJ. lit-.3 tiges de grilla 94 s'étf:ndFnt ] ..IJ i t,d1rn 1.{Htmt ur
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le côté des rainures 86 sous les traverses des écrans 90 et sont soutenues à chaque extrémité dans un support pantograpnique de grille 96 (un seul support pantographiçue de grille est représente à la figure 14)
. Le support pantographique de grille 96 représente à la figure 12 'fait partie de la borne de grille 70 et sert à relie* électriquement la borne 70 et les tiges de grille 94
Le cylindre isolant .68 va du rebord de borne anodique 82 à un rebord de scellement 98 qui fait partie de la borne de cathode 66. Le diamètre extérieur du cylindre isolant 68 et les diamètres intérieurs du rebord d'anode 82 et du rebord de scellement 98 de la borne cathodique sont étudiés de façon à produire des scellements du type décrit. Le cylindre isolent 68 a ses deux extrémités tronconiques sur la surface extérieure.
Ces parties tronconiques sont mises enontact respectivement avec le rebord d'anode 82 et le rebord de scellement de la borne cathodique 98, pour obtenir les scellements désirés.
Le premier anneau isolant 72 est coincé entre un premier cylindre de scellement 100 sur la borne de cathode 66 et un second cylindre de scellement 102 sur la borne de grille 70. Le second anneau isolant 74 est coincé entre un troisième cylindre de scellement 104 solidaire de la borne de grille 70 et un quatrième cylindre de scellement 106 solidaire de l'enemble de cathode 64.
On peut constater que les scellements entre le cylindre isolant 68 et les rebords de borne anodique 82 et de horne catho- dique 98 sont en substance identiques aux formes d'éxécution de l'invention représentées aux figures 1 et 2. De même, le premier anneau isolant 72 avec le premier et le second cylindres de scel- lement 100 et 102, et le second anneau isolant 74 evec le troi- sième et le quatrième cylindres de scellement 104 et 106 constituent des seellements en substance identiques à la. forme d'exécution de 1invention représentée à la figure 13.
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En ce qui concerne l'assemblage du tube électronique 60 représenté, l'ensemble d'anode 62 est construit séparément de l'ensemble de cathode 64. La borne de grille 70 et la, borne de cathode 66 sont ensuite placées avec leurs anneaux isolants 72, 74 et convenablement orientées l'une par rapport à l'autre, et les anneaux isolants 72, 74 et les ensenibles 64, 66, 70 sont soumis à des forces axiales de scellement. Finalement, l'ensemble d'anode 62 et l'ensemble de cathode 64 auxquels on a attaché la borne de grille 70 et la borne decathode 66 sont présentés avec l'orien- tation voulue au cylindre isolant 68 et soumis à des forces axiales pour réaliser les scellements avec ce cylindre isolant 68.
Comme toutes les parties métalliques du tube 60 se trouvant dans le champ électrique peuvent être recouvertes ou autrement pourvues d'une couche extérieure de matière à haute conductibilité, on peut constater que des chemins à haute conductibilité sont prévus pour les courants à haute fréquence vers les différentes électro- e des du tube électronique. Comme les scellements entre le cylindre isolant 64 et les anneaux isolants 72, 74 d'une part et les parties conductrices du tube d'autre part sont du type décrit ci-dessus, les courants à haute fréquence circulant le long des surfaces de ces parties conductrices et vers les électrodes du tube électronique rencontrent un minimum de résistance.
Les figures 14 et 15 montrent aussi la facilité et la propreté de construction découlant de l'utilisation des scellements de la présente Invention.
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