Tube électronique à enveloppe de céramique La présente invention a pour objet un tube électronique à enveloppe de céramique.
Dans de nombreux types d'équipements électroniques, tant commerciaux que militai res, les tubes à vide n'ont pas toujours été jusqu'ici d'un fonctionnement sûr, en raison de défaillances attribuables à la fragilité de leur construction. Ces défaillances ont été dues en grande partie à la faiblesse inhérente aux conceptions qui présidaient au montage mécanique des tubes électroniques en verre fournis par l'industrie ancienne des lampes.
Les tubes électroniques, en particulier les tubes de réception, ont assuré un service satis faisant dans les appareils de réception privés et autres dispositifs d'agrément, mais ils lais saient beaucoup à désirer en ce qui concerne leur sûreté de fonctionnement et leur robus tesse dans des conditions difficiles, lorsqu'ils sont soumis, par exemple, à l'action de chocs et de vibrations, et doivent fonctionner sous des températures ambiantes élevées.
Le but principal de la présente invention est de supprimer les restrictions ci-dessus en fournissant un tube à enveloppe en céramique de construction compacte et robuste.
Elle a également pour but de perfectionner la structure interne des électrodes, en combi naison avec l'enveloppe en céramique.
r La description qui va suivre, et qui est faite en regard du dessin annexé et donné à titre d'exemple non limitatif, se rapporte à trois formes d'exécution de l'objet de la pré sente invention. ' La fig. 1 est une vue étalée d'une diode. La fig. 2 est une vue en coupe de cette diode assemblée.
La fig. 3 est une vue en élévation de celle-ci.
Les fig. 4, 5 et 6 sont des vues similaires aux précédentes se rapportant à une triode. Les fig. 7, 8 et 9 sont des vues semblables concernant une tétrode.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 1, 2 et 3, on a une enveloppe toute en céramique, dont la forme générale est celle d'un cylindre plat. Si le tube est un tube de réception, les dessins sont à une très grande échelle, car les tubes réels ont un diamètre de l'ordre de 2 cm. L'enveloppe se compose d'une paroi supérieure 2 et d'une paroi infé rieure 3 en céramique ayant la forme d'un disque, et d'une paroi latérale cylindrique 4 également en céramique. La céramique utili sée pour la constitution de l'enveloppe est de préférence à base d'alumine, les céramiques de ce genre ayant une bonne résistance méca nique et étant capables de résister aux tem pératures élevées.
D'autres céramiques du commerce, comme celles à base de zircone, peuvent également être utilisées.
Pour faciliter l'assemblage, les éléments formant les parois s'imbriquent aux joints afin d'assurer leur alignement automatique. Dans le tube représenté, des rainures ou feuil lures sont ménagées le long des bords des élé ments afin de former des joints à redan. Les parois en céramique sont réunies le long du joint supérieur 6 et du joint inférieur 7 au moyen de métal pour former des joints tenant le vide. Les couches de liaison métalliques de ces joints servent également de conducteurs d'entrée aux électrodes, ainsi qu'il sera décrit ci-après.
Les joints céramique sur céramique peu vent être effectués de différentes manières uti lisant les techniques connues de métallisation et de soudage. Ainsi, par exemple, les surfaces opposées des céramiques au droit des joints peuvent être recouvertes d'une couche de pou dre métallique finement divisée, puis chauf fées pour fritter les particules métalliques sur la céramique. Un procédé satisfaisant consiste à recouvrir la-céramique d'un mélange de pou dres de molybdènc et de manganèse et de la chauffer dans l'hydrogène à une température d'environ 13500 C. On forme ainsi une mince couche métallique adhérant solidement à la céramique.
La zone frittée est ensuite, de pré férence, recouverte par un dépôt électrolytique de nickel, afin d'obtenir une surface métalli que solide. Une autre technique de métallisa tion consiste à déposer au pinceau des pou dres d'hydrure de titane ou de zirconium sur la céramique, puis à chauffer dans le vide jusqu'à environ 12000 C.
Les céramiques métallisées peuvent en suite -être brasées ou soudées ensemble avec de la soudure à l'argent ou des brasures, telles que les alliages argent/cuivre, or/cuivre ou similaires. Les brasures sont faites facilement en emboîtant les sections de l'enveloppe et en disposant, aux joints, des anneaux de fil de soudure, puis en élevant, dans un four appro prié, la température de l'ensemble jusqu'au point de fusion de la soudure. La soudure ou la brasure coule entre les surfaces métallisées de la céramique, au joint, et l'on obtient un scellement tenant le vide et résistant du point de vue mécanique. Le joint constitue égale ment un bon conducteur électrique traversant l'enveloppe.
Dans le tube, la paroi supérieure 2 fait également fonction d'anode, la face intérieure de la céramique étant métallisée comme il a été décrit ci-dessus, afin de former la surface active d'anode 8. La céramique, telle que la céramique à base d'alumine, est relativement bonne conductrice de la chaleur, et dissipe convenablement la chaleur qui se dégage dans les petits tubes présentant une dissipation anodique relativement faible. La borne de sortie anodique 9 est également formée par la surface métallisée de l'enveloppe en céra mique, qui se trouve le long du bord périphé rique de la paroi 2, autour de laquelle elle se présente sous la forme d'un anneau.
Comme le montre la fig. 1, la surface anodique 8 et la borne d'anode 9 sont connectées par la région métallisée traversant le joint, ces dif férentes surfaces étant couvertes par une cou che métallique continue, qui a, de préférence, été déposée en même temps.
La cathode du tube est supportée par la paroi inférieure 3 et comprend un corps ca thodique 11 en forme de coupelle, en nickel par exemple, dont la face supérieure est en duite d'une matière émissive 12, par exemple d'oxydes de baryum-strontium usuels. La ca thode 11 est placée sur une partie circulaire de la paroi en céramique, faisant saillie à l'in térieur, afin de la centrer, et comporte une bride tournée vers l'extérieur- formant une lèvre 13. Cette lèvre est brasée ou soudée par points à la surface intérieure métallisée 14 de la paroi de fond, surface métallisée qui tra verse le joint et se continue jusqu'au bord périphérique extérieur pour former une borne cathodique 16.
L'élément chauffant de la ca thode 11 comprend une spirale plate de fil chauffant 17 noyé dans une matière isolante 18 appropriée. L'une des extrémités du fila ment de chauffage est connectée au corps ca thodique 11, l'autre est sortie par une borne distincte. Dans le tube représenté, un tube métalli que de pompage 19 traverse la paroi infé rieure 3 et est obturé par écrasement à sa pointe 21, lorsque le vide a été fait dans l'en veloppe. Ce tube est ajusté dans un trou cen tral dont la surface intérieure est métallisée, et est fixé à cette surface par une brasure 22.
Le tube 19 fait également fonction de conducteur d'entrée pour l'une des extrémités du filament de chauffage. Une capsule métalli que 23 recouvrant l'extrémité du tube 19 constitue une borne en forme de bouton.
Pour la clarté du dessin, les régions mé tallisées de l'enveloppe ont été représentées comme ayant une épaisseur appréciable. En réalité, ce sont de fines couches métalliques de l'ordre de 0,12 mm constituant des pelli cules métalliques à la surface de la céramique. De telles surfaces métallisées ont une bonne conductivité électrique, forment d'excellentes surfaces de sortie, et sont idéales pour la brasure.
Avant l'assemblage du tube, les différen- tes parois de céramique sont d'abord métalli sées, puis l'ensemble cathodique et le tube de pompage sont mis en place sur la paroi infé- rieure. La paroi latérale est ensuite ajustée entre les parois terminales, et l'enveloppe est scellée par brasure des joints 6 et 7. Ces joints peuvent être brasés ensemble ou séparément. Les brasures faites, le tube est prêt pour le pompage, et le vide peut y être fait de la ma mère habituelle.
Une particularité importante de ce type de tube est que la section d'enve loppe 4 joue le rôle d'entretoise entre l'anode et la cathode du tube. L'écartement de ces électrodes peut donc être réglé avec précision du fait que la céramique est mécaniquement robuste et qu'elle peut être meulée à des cotes précises.
Les fig. 4,_ 5 et 6 montrent un tube cons tituant une txiode et pourvu d'une grille de contrôle 24. La paroi inférieure 3 supportant la cathode, la paroi supérieure 2 formant l'anode, ainsi que la section de paroi latérale 4, sont similaires à celles décrites à propos de la diode, et portent les mêmes références. Les éléments supplémentaires comprennent la grille 24 et une seconde section de paroi laté rale 26. La section 26 en céramique est rai nurée, comme la section inférieure de la paroi latérale, de sorte qu'elle s'ajuste sur la paroi extrême 2 formant l'anode.
Les bords rainurés contigus des sections de paroi 4 et 26 for ment une gorge intérieure destinée à main tenir la grille.
La grille 24 est un organe discoïde plat comportant des fils parallèles montés sur- un anneau de support 27 en métal. Cet anneau pénètre dans la gorge mentionnée plus haut, et il est brasé entre les sections métallisées de la paroi latérale. Une bande métallique pré vue sur la paroi latérale de l'enveloppe cons titue la sortie de grille 28, qui est raccordée à la grille par le joint intermédiaire 29.
Ainsi la diode constitue la structure fon damentale de la triode, cette dernière n'exi geant que l'adjonction de la grille 24-27 et de la section supplémentaire de paroi 26. Comme dans la diode,. les espacements entre électro des sont réalisés par les sections d'enveloppe, notamment l'écartement grille-cathode est réglé par la section de céramique 4 et l'écar tement grille-anode par la section 26. Une autre- particularité importante consiste en ce que la grille est maintenue rigidement par la connexion brasée située entre les sections d'enveloppe.
Les fig. 7, 8 et 9 montrent une tétrode présentant une grille-écran 30. Ici encore, les éléments constitutifs s'apparentent à la struc ture de la triode, et ont été référencés de la même manière. Les éléments supplémentaires comprennent la grille-écran 30 et une troi sième section 29 de la paroi latérale. La sec tion en céramique 29 est rainurée comme les autres sections de . paroi, de sorte qu'elle s'ajuste dans la paroi terminale 2 formant l'anode. Les bords rainurés adjacents des sec tions 26 et 29 forment une seconde gorge in térieure destinée à maintenir la grille-écran.
La grille-écran 30 est également . un or gane discoïde plat formé de fils parallèles montés sur un anneau de support .31. Cet an neau est engagé dans la gorge' et est brasé entre les sections de céramique métallisées 26 et 29. Une bande métallique prévue sur la paroi latérale de l'enveloppe constitue la sor tie 32 de la grille-écran et est connectée à cette dernière par le second joint intermé diaire 33.
Ainsi la triode constitue la sructure fon damentale de la tétrode, cette dernière n'exi geant que l'adjonction de la grille-écran 30--31 et de la section de paroi supplémentaire 29. Comme dans le cas de la diode et de la tri ode, les écartements entre électrodes sont dé terminés, dans la tétrode, par les sections de l'enveloppe. Ce procédé d'empilage peut être poursuivi pour obtenir d'autres types de tu bes. Ainsi, par exemple, l'addition d'une autre section de paroi et d'une autre grille (servant de grille d'arrêt) produira une pentode.
Cette nouvelle construction présente de nombreux avantages, dont certains ont déjà été mentionnés. Un autre avantage important provient de l'extrême simplicité de réalisation et de l'empilage qui permet de constituer di vers types de tubes en partant d'éléments communs. Les différentes sections métallisées de l'enveloppe peuvent être assemblées par de simples opérations de superposition pouvant être effectuées par des machines automati ques. En effectuant l'empilage avec des an neaux convenables de brasure placés dans les joints, le tube tout entier peut être brasé dans un four en une seule opération. Ceci est très intéressant du point de vue de l'économie de la fabrication.
Mais l'avantage le plus mar quant est dû à l'amélioration de la sûreté de fonctionnement du tube. Ce mode de cons- truction fournit un tube extrêmement robuste du point de vue mécanique qui possède d'ex cellentes propriétés de résistance à la chaleur lui permettant de travailler à des températures élevées.
Les défaillances des tubes provenant jusqu'ici de la fragilité des tubes en verre sont en grande partie ou entièrement supprimées. Les tubes entièrement en céramique dont les éléments sont brasés, obtenus-par ce mode de construction, sont compacts et robustes, ils résistent bien aux chocs et aux vibrations et peuvent fonctionner d'une manière satisfai sante dans un milieu à température élevée.
An electron tube with a ceramic envelope The present invention relates to an electron tube with a ceramic envelope.
In many types of electronic equipment, both commercial and military, vacuum tubes have heretofore not always been reliable in operation, due to failures attributable to their fragile construction. These failures were due in large part to the inherent weakness of the designs that presided over the mechanical assembly of the glass electron tubes supplied by the ancient lamp industry.
Electronic tubes, in particular receiving tubes, have performed satisfactorily in private receiving apparatus and other amenity devices, but they leave much to be desired with regard to their operational safety and robustness. harsh conditions, when subjected, for example, to the action of shocks and vibrations, and must operate under high ambient temperatures.
The main object of the present invention is to remove the above restrictions by providing a ceramic jacket tube of compact and robust construction.
It also aims to improve the internal structure of the electrodes, in combination with the ceramic envelope.
The description which follows, and which is given with reference to the appended drawing and given by way of non-limiting example, relates to three embodiments of the object of the present invention. 'Fig. 1 is a spread view of a diode. Fig. 2 is a sectional view of this assembled diode.
Fig. 3 is an elevational view thereof.
Figs. 4, 5 and 6 are views similar to the previous ones relating to a triode. Figs. 7, 8 and 9 are similar views relating to a tetrode.
In the embodiment shown in FIGS. 1, 2 and 3, we have an all-ceramic envelope, the general shape of which is that of a flat cylinder. If the tube is a receiving tube, the drawings are on a very large scale, as the actual tubes have a diameter of the order of 2 cm. The casing consists of an upper wall 2 and a lower wall 3 made of ceramic having the shape of a disc, and a cylindrical side wall 4 also made of ceramic. The ceramic used for the constitution of the envelope is preferably based on alumina, ceramics of this type having good mechanical strength and being able to withstand high temperatures.
Other commercial ceramics, such as those based on zirconia, can also be used.
To facilitate assembly, the elements forming the walls interlock at the joints to ensure their automatic alignment. In the tube shown, grooves or flanges are formed along the edges of the elements in order to form step joints. The ceramic walls are joined together along the upper seal 6 and the lower seal 7 by means of metal to form vacuum-holding seals. The metallic bond layers of these seals also serve as input conductors for the electrodes, as will be described below.
Ceramic-to-ceramic joints can be made in different ways using known metallization and welding techniques. Thus, for example, the opposite surfaces of ceramics at the joints can be covered with a layer of finely divided metal powder, then heated to sinter the metal particles on the ceramic. A satisfactory process is to cover the ceramic with a mixture of molybdenum and manganese powders and heat it in hydrogen at a temperature of about 13,500 C. A thin metallic layer is thus formed which adheres firmly to the ceramic. .
The sintered zone is then preferably covered with an electrolytic deposit of nickel, in order to obtain a solid metal surface. Another metallization technique consists of depositing titanium or zirconium hydride powders with a brush on the ceramic, then heating in a vacuum to around 12,000 C.
Metallized ceramics can subsequently be brazed or welded together with silver solder or solders, such as silver / copper, gold / copper or the like. Solders are easily made by fitting the sections of the casing together and placing rings of solder wire at the joints, then raising, in a suitable oven, the temperature of the assembly to the melting point of the welding. The solder or solder flows between the metallized surfaces of the ceramic, at the joint, and a seal is obtained which is vacuum and resistant from a mechanical point of view. The seal also constitutes a good electrical conductor passing through the casing.
In the tube, the upper wall 2 also acts as an anode, the inner face of the ceramic being metallized as described above, in order to form the active anode surface 8. The ceramic, such as ceramic based on alumina, is a relatively good conductor of heat, and dissipates the heat which is released in small tubes with relatively low anodic dissipation well. The anode output terminal 9 is also formed by the metallized surface of the ceramic casing, which is located along the peripheral edge of the wall 2, around which it is in the form of a ring.
As shown in fig. 1, the anode surface 8 and the anode terminal 9 are connected by the metallized region passing through the seal, these different surfaces being covered by a continuous metal layer, which has preferably been deposited at the same time.
The cathode of the tube is supported by the lower wall 3 and comprises a ca thodic body 11 in the form of a cup, made of nickel for example, the upper face of which is made of an emissive material 12, for example of barium oxides. usual strontium. The cathode 11 is placed on a circular part of the ceramic wall, projecting inwardly, in order to center it, and has a flange turned outwards- forming a lip 13. This lip is brazed or welded. in spots on the metallized inner surface 14 of the bottom wall, which metallized surface passes through the seal and continues to the outer peripheral edge to form a cathode terminal 16.
The heating element of the electrode 11 comprises a flat coil of heating wire 17 embedded in a suitable insulating material 18. One of the ends of the heating wire is connected to the ca thodic body 11, the other is output by a separate terminal. In the tube shown, a metalli that pumping tube 19 passes through the lower wall 3 and is closed by crushing at its tip 21, when the vacuum has been created in the envelope. This tube is fitted in a central hole, the inner surface of which is metallized, and is fixed to this surface by a solder 22.
Tube 19 also acts as an input conductor for one of the ends of the heating filament. A metal capsule 23 covering the end of the tube 19 constitutes a terminal in the form of a button.
For clarity of the drawing, the metallic regions of the casing have been shown as having appreciable thickness. In reality, they are thin metallic layers of the order of 0.12 mm constituting metallic films on the surface of the ceramic. Such metallized surfaces have good electrical conductivity, form excellent exit surfaces, and are ideal for soldering.
Before the tube is assembled, the various ceramic walls are first metallized, then the cathode assembly and the pumping tube are placed on the lower wall. The side wall is then fitted between the end walls, and the casing is sealed by soldering joints 6 and 7. These joints can be soldered together or separately. The solders done, the tube is ready for pumping, and the vacuum can be made there from my usual mother.
An important feature of this type of tube is that the casing section 4 acts as a spacer between the anode and the cathode of the tube. The spacing of these electrodes can therefore be precisely adjusted because the ceramic is mechanically robust and can be ground to precise dimensions.
Figs. 4, _ 5 and 6 show a tube constituting a txiode and provided with a control grid 24. The lower wall 3 supporting the cathode, the upper wall 2 forming the anode, as well as the side wall section 4, are similar to those described with regard to the diode, and bear the same references. Additional elements include the grille 24 and a second side wall section 26. The ceramic section 26 is grooved, like the lower section of the side wall, so that it fits over the end wall 2 forming the side wall. 'anode.
The contiguous grooved edges of the wall sections 4 and 26 form an internal groove intended to hold the grid.
The grid 24 is a flat discoid member having parallel wires mounted on a support ring 27 of metal. This ring enters the groove mentioned above, and is brazed between the metallized sections of the side wall. A metal strip seen on the side wall of the casing constitutes the grid outlet 28, which is connected to the grid by the intermediate seal 29.
Thus the diode constitutes the basic structure of the triode, the latter requiring only the addition of the grid 24-27 and of the additional wall section 26. As in the diode ,. the spacings between electrodes are produced by the casing sections, in particular the grid-cathode spacing is regulated by the ceramic section 4 and the grid-anode spacing by section 26. Another important feature consists of this that the grid is held rigidly by the brazed connection located between the casing sections.
Figs. 7, 8 and 9 show a tetrode having a screen grid 30. Here again, the constituent elements are similar to the structure of the triode, and have been referenced in the same way. Additional elements include the screen grid 30 and a third section 29 of the side wall. The ceramic section 29 is grooved like the other sections of. wall, so that it fits into the end wall 2 forming the anode. The adjacent grooved edges of sections 26 and 29 form a second internal groove intended to hold the screen grid.
The screen grid 30 is also. a flat discoid gold formed by parallel wires mounted on a support ring .31. This ring is engaged in the groove 'and is brazed between the metallic ceramic sections 26 and 29. A metal strip provided on the side wall of the casing constitutes the outlet 32 of the screen grid and is connected to the latter. by the second intermediate seal 33.
Thus the triode constitutes the basic structure of the tetrode, the latter requiring only the addition of the screen grid 30--31 and the additional wall section 29. As in the case of the diode and of the tri ode, the spacings between electrodes are determined, in the tetrode, by the sections of the casing. This stacking process can be continued to obtain other types of tiles. So, for example, adding another wall section and another grid (serving as a stop grid) will produce a pentode.
This new construction has many advantages, some of which have already been mentioned. Another important advantage comes from the extreme simplicity of production and the stacking which makes it possible to constitute various types of tubes starting from common elements. The various metallized sections of the casing can be assembled by simple superposition operations which can be carried out by automatic machines. By stacking with suitable rings of solder placed in the joints, the entire tube can be soldered in a furnace in one operation. This is very interesting from the point of view of manufacturing economics.
But the most significant advantage is due to the improvement in the operational reliability of the tube. This method of construction provides an extremely robust tube from a mechanical point of view which possesses excellent heat resistance properties enabling it to work at high temperatures.
Tube failures heretofore due to the brittleness of glass tubes are largely or entirely eliminated. The all-ceramic tubes, the elements of which are brazed, obtained by this method of construction, are compact and robust, they resist well to shocks and vibrations and can function satisfactorily in a medium at high temperature.