CH236861A - Verfahren zur Herstellung einer eine hochvakuumdichte Verbindung zwischen einem Metallrohr und einem Keramikteil aufweisenden Vorrichtung. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung einer eine     hochvakuumdichte    Verbindung zwischen einem       llletallrohr    und einem Keramikteil aufweisenden Vorrichtung.    Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur  Herstellung einer Vorrichtung, die eine hoch  vakuumdichte Verbindung zwischen einem  Metallrohr und einem Keramikteil, die mit  Hilfe eines anorganischen Schmelzflusses er  zeugt ist, aufweist und eine nach diesem Ver  fahren hergestellte Vorrichtung.

   Besondere       Bedeutung    hat die     Erfindung    bei der Her  stellung von Elektronenröhren, insbesondere  für die Ultrakurzwellentechnik, bei welchen  häufig in ein Metallrohr, das vorzugsweise  aus Kupfer besteht, eine     Keramikplatte          hochvakuumdicht    eingeschmolzen ist. Wegen  der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten  von Kupfer und Keramik liessen sich nur  relativ dünnwandige Kupferrohre verwenden,  deren Wandstärke 0,05 bis 0,2 mm nicht  überschreiten durfte, bei einem Durchmesser  der Rohre von etwa 10 bis 50 mm.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren ge  stattet, auch Metallrohre von ,grösserer Wand  stärke. mit Keramikteilen zu. verschmelzen,    und zwar kann je nach Durchmesser die  Wandstärke etwa 0,2 bis 0,5 mm betragen.  Erfindungsgemäss wird bei der Herstellung  der     hochvakuumdichten    Verbindung ein auf  der derselben     abgewandten    Mantelfläche des  Metallrohres wenigstens in der gleichen  Höhe mit der vakuumdichten Verbindung  angeordneter Körper     miterhitzt,    der bei  unterhalb der Schmelztemperatur des  Schmelzflusses liegenden Temperaturen eine  Druckspannung auf die     hochvakuumdichte     Verbindung ausübt und der innig auf der  genannten Mantelfläche des Metallrohres  haftet.

   Bei einer     Innenverbindung    soll also  der aussen angeordnete Druckkörper eine  grössere     Wärmeausdehnungszahl    haben als  der Keramikteil.     Entsprechend    muss bei einer  Aussenverbindung der innen angeordnete  Druckkörper eine     kleinere        Wärmeausdeh-          nungszahl    haben als der Keramikteil. Unter  einer Innenverbindung ist eine solche zu ver  stehen, bei der die Verschmelzungsstelle im      Innern des Rohres liegt.     Eietsprechend    liegt  bei einer Aussenverbindung die Verschmel  zungsstelle aussen. Es wird auf diese Weise  ein Druck auf die Verschmelzung ausgeübt.

    dessen Grösse sieh den jeweiligen Verhält  nissen entsprechend durch Auswahl der  Materialien und ihrer Dimensionen     anpassen     lässt.  



  Dies soll durch einige Ausführungsbei  spiele des Erfindungsgegenstandes erläutert  werden. In     Fig.    1 ist ein Metallrohr 1, z. B.  aus Kupfer, mit einer Keramikscheibe 3  durch den     Glasfluss    ? verbunden. An Stelle  des Glasflusses     \?    kann auch eine     Verlötung     angewendet werden. Der Ring 5 besteht. aus  Metall oder Keramik.

   Er erzeugt zusammen  mit dem     Glasfluss    6 infolge ihrer etwas grö  sseren Ausdehnungskoeffizienten bei unter  halb der Schmelztemperatur des Verbin  dungsflusses liegenden Temperaturen     Drucl-          spannungen    auf die Verschmelzung     bezw.          Verlötung    zwischen Teil 1 und 3.  



  In     Fig.    2 ist die gleiche Verbindung dar  gestellt, nur mit dem Unterschied, dass der  Ring 5 durch das Hartlot 7 mit dem Teil 1  verlötet ist. Löten und Schmelzen kann in  einem Arbeitsgang erfolgen.  



       Fig.    3 zeigt die     Verschmelzungen    von  zwei konzentrischen Rohren. Die Teile 1, 3,  4, 5 und 8 sind, wie vorher beschrieben.  durch die Schmelzflüsse 2 und     2a.    sowie 6  und 6a miteinander verbunden. Teil 5 und       Schmelzfluss    6 haben einen grösseren     Au.s-          dehnungskoeffizienten    und Teil 8 und  Fluss     6a    dagegen einen kleineren Ausdeh  nungskoeffizienten als Teil 3 und Schmelz  fluss 2 und     2a.     



  In     Fig.4    ist die entsprechende Ausfüh  rungsform mit     Verlötung    der Teile 5 und 8  durch das Lot 7 und     7a    dargestellt.  



  Eine weitere Ausführungsform der Ver  bindung ist aus     Fig.5    ersichtlich. Ein be  liebig starkes Metallrohr 9 ist mit einem  sehr dünnen, z. B. einige     Zehntelsmillimeter     starkem Kupferrohr 1 verlötet,     verwalzt    oder  galvanisch verbunden. Dieses     dünne    Kupfer  rohr wird durch das Glas 2 mit dem Kera  mikteil 3 verschmolzen. Der Ausdehnungs-         koeffizieiit;    des Rohres 9 ist grösser als der       Ausdelinuiigskoeffizient    der Keramikscheibe  3 und des Schmelzflusses 2. In     Fig.    6 ist  dasselbe für zwei konzentrische, dickwandige  Rohre     1)    und 10 dargestellt.

   Beim Rohr 1     \.)     muss der Ausdehnungskoeffizient kleiner  sein als     der    der Keramikscheibe 3 und des  Schmelzflusses 2a. Bei diesen Ausführungs  formen bilden die Rohre 9 und 10 den       Druckkörper.     



  In vielen Fällen ist es bei Einschmelzun  gen von konzentrischen Rohren nicht erfor  derlich, an der Aussenseite des weiteren Roh  res     einen    Druckkörper vorzusehen,     sondern     es genügt, nur einen solchen Druckkörper im  Innern des engeren Rohres anzuordnen. Man  kann hierzu auch einen Glasring vorsehen,  das heisst den Keramik- oder Metalldruck  körper weglassen und die Funktion der Er  zeugung des Druckes auf die     hochvakuurn-          dichte    Verbindung dem Glasring übertragen.  Dieser Glasring kann z. B. mit Hilfe eines       Kohleformkörpers    eingeschmolzen werden.  mit welchem er keine Verbindung eingeht.

    Der Ausdehnungskoeffizient des Glasringes  muss kleiner sein als der des aussenliegenden  Keramikkörpers und dessen Schmelzflusses.  Seine Dicke kann ferner noch so gewählt  sein, dass die Druckspannung eine gewisse  Grösse hat.  



  Handelt es sich um die     hochvakuumdichte     Einschmelzung von Kupferrohren, so kann  man den     äusserte        Druckring    (Ziffer 5 in den  Abbildungen) mit Vorteil aus 50%igem  Nickeleisen oder Chromeisen oder aus Kera  mik T 2 herstellen, während für den Glas  fluss 6 Bleiglas oder Glas     16i     von     Schott     geeignet ist. Der Keramikkörper 3 kann vor  teilhafterweise aus     Frectuenta    oder     Calit    be  stehen, der mit Hilfe des Glasflusses 2 und 2a  aus     Fiolaxglas    oder Glas 2954111 von Schott  eingeschmolzen werden kann. Der innere  Druckring 8 kann z.

   B. aus Wolfram,     Molyb-          dän,        Tantal,        Kovar    oder einer Keramik mit  einer verhältnismässig kleinen     Wärmeausdeh-          nungszahl    bestehen, welcher mit dem Fluss  6a, z. B. aus Glas<B>C</B>     T9.0.    Wolfram- oder       Molybdäneinschmelzglas    eingeschmolzen ist.      Entsprechend kann man gemäss     Fig.    5 und 6  das äussere Rohr 9 aus den gleichen Metallen  herstellen wie den Ring 5, also z. B.     Nickel-          oder    Chromeisen.

   Für das innere Rohr 10  kommt dann,     wie    oben für die Körper 8,  Wolfram,     Molybdän,        Tantal    oder     Kovar    in  Frage. Für die Rohre 9 und 10 lassen sich  auch die     entsprechenden    keramischen Mate  rialien verwenden, die mit einer dünnen  Metallschicht versehen -sind.  



  Will man an Stelle der Verschmelzung  mit Glasflüssen eine     Verlötung    mit Metall  anwenden, so sind Hartlote aus Silber oder       Silber-Kupfer-Legierungen    gut geeignet.  



  Die     vorbeschriebenen    Beispiele betreffen  Einschmelzungen von Kupferrohren. Es sei  bemerkt, dass die     Erfindung    hierauf nicht be  schränkt ist. Es können vielmehr auch Rohre  aus andern Metallen eingeschmolzen werden.  In diesem Falle sind die oben angegebenen  keramischen Teile und Gläser, die für Kup  fer passend gewählt sind, nicht ohne weiteres  geeignet.  



  Das Verfahren nach der Erfindung lässt  sich mit besonderem Vorteil beim Bau sol  cher Elektronenröhren, insbesondere für  ultrakurze Wellen des Zentimeter- oder     Dezi-          metergebietes    anwenden, die einen von metal  lischen Flächen allseitig begrenzten Hohl  raum als     frequenzbestimmenden        Resonator     haben. Bei diesen     Anordnungen    besteht häu  fig der     Resonator    aus einer konzentrischen  Energieleitung, die an einer Stelle die Elek  tronenströmung enthält.

   Auch für Ultrahoch  frequenzverstärker- und Laufzeitröhren ist  das Verfahren nach der Erfindung von Be  deutung, da auch hier eine     konzentrisehe    Lei  tung     unmittelbar    in das Vakuum eingeführt  werden muss. Darüber hinaus ist das Verfah  ren nach der Erfindung aber auch vorteilhaft  bei Hohlrohrleitungen ohne Mittelleiter anzu  wenden, das heisst bei Anordnungen, die zum  Arbeiten mit Wellen vom sogenannten Hof  oder     E"-Typus    dienen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Herstellung einer Vor richtung, die eine hochvakuumdichte Verbin- dung zwischen einem Metallrohr und einem Keramikteil, die mit Hilfe. eines anorga nischen Schmelzflusses erzeugt ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstel lung dieser hochvakuumdichten Verbindung ein auf der derselben abgewandten Mantel fläche des Metallrohres wenigstens in der gleichen Höhe mit der hochvakuumdichten Verbindung angeordneter Körper miberhitzt wird,

   der bei unterhalb der Schmelztempera tur des Schmelzflusses liegenden Temperatu ren eine Druckspannung auf die hoch vakuumdichte Verbindung ausübt und der innig auf der genannten Metallrohrmantel- fläche haftet. II. Vorrichtung mit einer hochvakuum- dichten Verbindung zwischen einem Metall rohr und einem Keramikteil, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I. UNTERANSPRÜCHE: 1.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch .gekennzeichnet, dass der Keramik teil mit der Innenmantelfläche des Metall rohres hochvakuumdicht verbunden ist und der ausserhalb des Metallrohres angeordnete Druckkörper eine grössere Wärmeausdeh- nungszahl hat als der Keramikteil. 2.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Keramikteil mit der Aussenmantelfläche des Metallrohres hochvakuumdicht verbunden ist und der innerhalb des Metallrohres angeordnete Druckkörper eine kleinere Wärmeausdeh- nungszahl hat als der Keramikteil. 3. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass der Druckkörper ein Glasring ist. 4.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkör per aus Meta11 besteht. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckkör per aus Keramik besteht. 6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass als anorga nischer Schmelzfluss Glasfluss dient. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeiehnet, dass als anorga nischer Sehmelzfluss Hartlot dient. B.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass das mit dem Keramikteil verschmol zene Metallrohr als dünne Folie innig haf tend auf die innere Mantelfläche eines den Druckkörper bildenden Metallrohres auf gebracht ist, dessen Wärmeausdelinungszahl grösser ist als die des im Innern des erst genannten Metallrohres cingescliniolzenen Keramikteils. 9.

   Vorrichtung nach Patentansprueli II und Unteranspruch 4, dadurch gekennzeich net, da.ss das mit dem Keramikteil verschmol zene Metallrohr als dünne Folie innig haf tend auf die äussere Mantelfläche eines den Druckkörper bildenden DTetallrolires auf gebracht ist, dessen Wärmeaus delinungszalil kleiner ist als die des ausserhalb des erst genannten Metallrohres aufgeschmolzenen Keramikteils.

   1.0. Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 5, dadurch gekenuzeieli- net, dass das mit dem Keramikteil verselimol- zene Metallrohr als dünne Folie innig haf tend auf die innere Mantelfläche eines den Druckkörper bildenden Keramikrohres auf- gebraelit ist, dessen Wärmea.usdehnungszahl grösser ist als die des im Innern des Metall rohres eingeschmolzenen Keramikteils. 11.

   Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeich-' net. dass das mit dem Keramikteil verschmol zene Metallrohr als dünne Folie innig haf tend auf die äussere Mantelfläche eines den Druckkörper bildenden Keramikrohres auf gebracht ist, dessen Wärmeausdehnungszahl kleiner ist als die des ausserhalb des Metall rohres aufgeschmolzenen Keramikteils. 12.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem Keramikteil liochvakuumdicht verbundene Metallrohr aus Kupfer besteht. 13.

   Vorrichtung nach Patenlanspruch 1I, a.nsgebildet als Elektronenröhrenanordnung für ultrakurze Wellen. insbesondere des Zentimeter- oder Dezimetergebietes, dadurch gekennzeichnet, dass zwei konzentrische Metallrohre zur Bildung eines Resonators in da.s Vakuumgefäss eingeführt sind. 14.

   Vorrichtung nach Patentanspruch TI und Unteranspruch 13, dadurch gekennzeich- liet, dass die beiden Rohre des Resonators aus Kupfer bestehen.