Procédé de fabrication d'un tube électronique, appareil pour sa mise en aeuvre et tube électronique obtenu par ce procédé La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un tube électronique, un appareil pour sa mise en couvre et le tube obtenu par ce procédé.
Il était d'usage jusqu'ici de joindre les sections de l'enveloppe de tubes en céramique au moyen de liaisons fondues, par exemple par les méthodes connues de brasage et de soudure. On avait toutefois proposé d'établir des joints étanches au vide en don nant aux surfaces à joindre un poli miroir et en les pressant à une température inférieure à celle à laquelle fond la plus fusible des matières constituant les joints. Cette technique n'a cependant jamais été adoptée industriellement pour un certain nombre de raisons, en particulier parce que l'obtention de tels polis est coûteuse.
La présente invention a pour but de fournir un procédé et un appareil permettant de fabriquer ra pidement et sans que cela soit coûteux de tels tubes électroniques. Le procédé selon l'invention, qui est un procédé de fabrication d'un tube électronique comprenant une enveloppe présentant au moins deux surfaces métalliques jointes ensemble pour former un joint étanche au vide, est caractérisé en ce qu'on place les parties constituant le tube dans une chambre étanche, en ce qu'on évacue cette chambre, en ce qu'on chauffe les surfaces métalliques à joindre dans ladite chambre et en ce qu'on presse ces surfaces les unes contre les autres avec une pression supérieure à celle qui se produirait si l'on évacuait l'intérieur du tube et si l'on exposait celui-ci à la pression atmo sphérique,
la température à laquelle on chauffe les dites surfaces étant inférieure à celle de leur point de fusion. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil selon l'invention et une forme d'exécution du tube selon l'invention.
La fig. 1 est une vue, partiellement en coupe, de la forme d'exécution de l'appareil selon l'invention. La fig. 2 est une coupe, à plus grande échelle, d'une partie représentée à la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe selon 3-3 de la fig. 1. La fig. 4 est une vue d'un organe représenté à la fig. 2.
La fig. 5 est une vue de la forme d'exécution du tube électronique selon l'invention.
Un tube électronique 10, qui est obtenu dans l'appareil qui va être décrit en regard des fig. 1 à 4, est représenté à la fig. 5. Il est de forme générale cylindrique et comprend une enveloppe faite de plu sieurs anneaux 11 de céramique et de plusieurs an neaux et organes métalliques 13 à 22. Le tube 10 est représenté en coupe à la fig. 2. Il constitue une dou ble triode, les organes 14 et 21 formant des anodes disposées aux extrémités du tube.
Les anneaux mé talliques 15 et 20 constituent des supports pour des grilles de commande, les anneaux 16 et 19 des sup ports de cathode et les anneaux 17 et 18 des conduc teurs pour un filament chauffant unique placé à l'in térieur de la double cathode. Les disques extrêmes 13 et 22 servent à protéger les anodes contre tout endommagement. Chacun des anneaux, qui est relié à une électrode, comprend une borne indiquée par le même numéro de référence que l'anneau, avec un indice prime. Les bornes sont disposées en deux ran gées diamétralement opposées. Il est entendu qu'un autre type de tube électro nique pourrait être obtenu dans l'appareil que l'on va décrire.
L'appareil représenté à la fig. 1 comprend un tuyau fixe 30 conduisant à un dispositif de pompage non représenté et servant à évacuer les tubes à fa briquer. Un disque 33 refroidi par de l'eau est monté à l'extrémité supérieure du tube 30, par exemple par brasage, et un joint 35 est disposé dans un évidement pratiqué dans la surface supérieure du disque 33. Un anneau de support 37 est fixé à des pattes du disque 33 par des vis 38. Un plateau de base 40 est monté au centre de l'anneau de support 37 par des vis 41. Le plateau 40 présente une ouverture cen trale 43 (fig. 2) et deux ouvertures latérales 44.
En outre, le plateau 40 présente un évidement central 45 et un évidement annulaire dans lequel est monté un joint annulaire 47. Un tube 48 encercle le plateau 40 dans la zone du joint 47 et permet le refroidissement de ce joint.
Une plate-forme 50 (fig. 1) est montée sur l'an neau de support 37 par trois tiges 51 qui sont fixées à l'anneau 37 par des vis 52 et à la plate-forme 50 par des vis 53. La plate-forme 50 supporte à son tour un dispositif hydraulique connu 55 à cylindre et piston, au moyen de trois tiges 56 maintenues en place par des vis 57. Le cylindre et le piston sont reliés par des tuyaux 60 et 61 à un dispositif hydrau lique de pompage connu, non représenté.
Une tige de piston 63 s'étend vers le bas depuis le dispositif 55 et est vissée dans un organe d'accou plement 64. Elle y est fixée par un écrou de serrage 65. Une tige 67 est guidée de manière précise dans une douille 69 montée sur la plate-forme 50 par des vis 70. La tige 67 s'ajuste dans l'organe d'accouple ment 64 avec un jeu considérable, afin de permettre tout défaut d'alignement entre la douille 69 et la tige de piston 63. Un dispositif d'accouplement 72 est monté à l'extrémité de la tige 67 et est maintenu en place par une vis 73 qui s'appuie sur une partie 75 de diamètre réduit de la tige 67.
Cette dernière est ajustée étroitement dans l'accouplement 72 et la par tie 75 de diamètre réduit permet à la vis 73 de ne pas abîmer la partie usinée avec précision de la tige 67.
L'extrémité inférieure de ce dispositif d'accouple ment 72 présente une partie évidée munie de deux joints d'étanchéité 77 et 78 (fig. 2). Un tube de re froidissement 79 est fixé au dispositif d'accouplement 72 pour prévenir l'échauffement des joints. Un cy lindre de verre 80 est maintenu dans l'extrémité du dispositif d'accouplement 72 par engagement à frot tement dur avec les joints d'étanchéité 77 et 78. Un bélier 82 est monté entre l'extrémité évidée de l'accouplement 72 et l'extrémité supérieure du cy lindre 80.
Le bélier<B> </B> 82 peut être en matière céramique ou en toute autre matière diélectrique présentant une résistance mécanique élevée et une faible conductibilité calorifique. Un enroulement tubulaire 85 entoure le cylindre 80 dans sa partie centrale et en est séparé par un diélectrique seulement ; il n'y a aucune partie métal lique entre l'enroulement et le tube 10, partie qui constituerait un écran vis-à-vis du champ produit par l'enroulement. Un courant à haute fréquence peut être envoyé le long de l'enroulement 85, de l'eau de refroidissement passant dans ce dernier. L'enroule ment est agencé pour se déplacer verticalement avec le cylindre de verre 80, comme on va le voir.
Une plate-forme 87 en matière isolante préalablement fendue et découpée à une extrémité est serrée sur le dispositif d'accouplement 72 par une vis 88 (fig. 2 et 3). Les extrémités de l'enroulement 85 sont fixées à la plate-forme 87 pour supporter l'enroulement et sont munies de raccords 89 pour permettre leur connexion à des tuyaux d'eau souples. Les extrémités de l'enroulement 85 et les raccords sont reliés à des plateaux métalliques 90 (fig. 3) qui sont fixés sur la plate-forme 87 et auxquels sont fixés, par des vis 92, des conducteurs 91 (fig. 3) constitués par des rubans de cuivre souples.
Les conducteurs 91 sont connectés à une source non représentée de courant à haute fré quence.
A l'intérieur du cylindre de verre 80 (fig. 1 et 2) sont placés les éléments de tube dont il a été question en regard de la fig. 5 et un gabarit pour tenir ces derniers. On voit d'après les fig. 2 et 4 que les parties de tube 10 sont disposées dans ce gabarit (94) qui est de forme générale cylindrique et qui présente un trou central 95 ainsi que des rainures longitudinales 96. Les rainures doivent être au moins en nombre égal au nombre des rangées de bornes du tube 10. Le gabarit 94 présente quatre rainures 96 tandis que le tube 10 comprend deux rangées de bornes. Les deux rainures supplémentaires permettent le libre passage de l'air du tube vers une chambre d'évacuation.
Le gabarit 94 est en une matière diélectrique, par exem ple en céramique.
Le gabarit 94 est supporté par un tube cylin drique 98 qui s'adapte dans l'évidement 45 du pla teau 40. Un anneau 100 est monté dans l'extrémité supérieure du tube 98. Un anneau de pression 102 repose sur la partie supérieure du tube électronique 10 et présente un trou central 103. Le bélier 82 comporte une pointe 104 qui peut s'appuyer sur le bord du trou 103 et y exercer une pression uniforme. Le tube 98 et les anneaux 100 et 102 sont en céra mique ou en toute autre matière diélectrique présen tant une résistance mécanique élevée et une faible conductibilité calorifique.
Le gabarit 94 présente (voir fig. 4) deux ouver tures 106 débouchant dans des rainures 96 diamé tralement opposées, pour permettre de connecter à un circuit extérieur le filament de chauffage du tube. La connexion est assurée par des conducteurs 108 et 109 qui passent à travers les ouvertures 44 du pla teau 40 et sont connectés à des bornes 110 et 111 montées sur le tuyau 30 et isolées de ce dernier. Les extrémités supérieures des conducteurs 108 et 109 se terminent par des doigts de contact qui pas sent à travers les ouvertures 106 et serrent les bornes (18' et 17') de ce filament.
Le dispositif décrit est utilisé comme suit : le tube 10 (fig. 1 et 2) doit tout d'abord être placé à l'intérieur de la chambre étanche au vide formée par le plateau 40, les parois du cylindre 80 et le dis positif d'accouplement 72. La première opération consiste évidemment à insérer les diverses parties du tube 10 dans cette chambre. Les parties du tube (13 à 22) sont de préférence mises dans le gabarit 94 avant de placer ce dernier dans la chambre. En pra tique, il est avantageux d'assembler le tube 98, l'an neau 100, le gabarit 94, les partis du tube 10 et l'anneau 102 à l'extérisur de la chambre et de les introduire d'un bloc dans celle-ci.
On voit, d'après la fig. 1, qu'en actionnant le dispositif 55 à cylindre et piston pour soulever la tige de piston 63, le cy lindre de verre 80 peut être soulevé de manière que son bord inférieur soit au-dessus de l'anneau 102 lorsque celui-ci est en place ; ceci permet une inser tion facile du tube 10 et des parties en céramique associées 98, 100, 94 et 102.
Une fois que le tube 10 et les parties associées sont en place, le tube 98 étant logé dans l'évidement 45, les extrémités des conducteurs 108,<B>109</B> destinées à alimenter le filament sont insérées dans les ouver tures 106 de manière que les doigts de contact dis posés aux extrémités des conducteurs serrent les bor nes 18' et 17' du filament. Ensuite, le dispositif 55 est actionné pour abaisser le cylindre de verre 80 jusqu'à ce que son extrémité inférieure vienne en contact avec le joint d'étanchéité 47, mais cela sans que le bélier 82 vienne en contact avec l'anneau 102, comme représenté à la fig. 2.
Le tuyau fixe 30 est alors connecté, par une vanne, à un dispositif connu d'évacuation pour pro duire un vide dans le cylindre 80 et par conséquent dans le tube 10. Il faut noter ici que les parties sé parées métalliques et céramiques comportent des sur faces de jointure ne présentant pas un poli miroir . En fait, ces surfaces qui sont disposées les unes con tre les autres ne nécessitent aucun polissage, bien qu'un léger usinage soit avantageux pour les rendre planes.
L'emploi de surfaces présentant un fini grossier et non un poli poussé, outre qu'il évite le coût du polissage, permet de vider rapidement et complète ment le tube électronique dans la chambre à vide sans recourir à des moyens pour maintenir les sur faces de jointure séparées pendant le pompage. Les spécialistes savent que si les surfaces présentent un poli poussé, elles s'ajustent si étroitement que le passage du gaz entre elles est très lent, ce qui en traîne une période de pompage assez longue.
Après la connexion de la chambre à vide au dispositif de pompage, le tube 10 est chauffé pour en éliminer tous les gaz, pendant une période qui dé pend de sa dimension. Il faut remarquer que le chauffage est assuré par un courant à haute fré- quence induit directement dans les parties métalliques du tube. En plus de l'effet que le courant à haute fréquence peut avoir dans l'action qui oblige les sur faces de jointure à se lier ensemble lors de l'appli cation de la pression, l'introduction directe d'un cou rant à haute fréquence élimine le chauffage et le re froidissement prolongés qui sont nécessaires quand on utilise pour le chauffage un four d'un type connu.
A ce sujet, il faut noter qu'une des raisons de prendre pour les parties 98, 100, 102, 82 et particulièrement pour le gabarit 94 une matière diélectrique est que ces parties n'empêchent ni ne diminuent l'induction du courant à haute fréquence dans les parties métal liques du tube. De même, il faut remarquer que l'éli mination du métal comme matière constitutive de ces parties, qui sont soumises à une température élevée, rend possible le soulèvement du cylindre de verre 80 immédiatement après la formation des joints sous pression.
Si du métal était utilisé, il serait nécessaire de prévoir un certain temps de refroidissement dans le vide, car autrement des oxydes se formeraient qui modifieraient les dimensions des pièces 98, 100, 102, 104 et particulièrement 94, de sorte que celles-ci ne resteraient plus dans les tolérances.
Pendant la période d'élimination des gaz, toute opération nécessaire pour la formation de la cathode est accomplie. Le tube 10 représenté utilise une ca thode ordinaire recouverte d'oxyde. La formation de la cathode est assurée en appliquant un courant aux conducteurs 108 et 109, courant qui porte la cathode à la température de formation.
Une fois terminées la formation de la cathode et l'élimination des gaz, l'opération suivante est celle qui consiste à former les joints sous pression. Ceux- ci sont obtenus en actionnant le dispositif 55 à cy lindre et piston pour déplacer la tige de piston 63 vers le bas jusqu'à ce que le bélier 82 exerce sur l'anneau 102 une force suffisante pour appliquer aux surfaces de jointure une pression plus grande que celle qui serait assurée si l'on soumettait l'extérieur du tube à la pression atmosphérique, l'intérieur du tube étant vide. Il est entendu que l'évacuation de la.
chambre à vide et le chauffage par induction des surfaces de jointure se poursuivent pendant que la pression nécessaire pour constituer le joint est appli quée. Après l'application de cette pression et la for mation de joints étanches au vide, le courant est coupé dans l'enroulement 85, le tuyau 30 est dé connecté de la pompe à vide, le cylindre 80 est soulevé, le tube 10 et le gabarit 94 sont retirés de la chambre à vide, et finalement le tube est séparé du gabarit.
Bien que la nature exacte de l'action assurant la jointure ne soit pas connue avec certitude, il semble clair que le succès pratique du procédé de jointure décrit dépend principalement du fait que les surfaces à joindre sont chauffées dans le vide avant l'appli cation de la pression et ne sont pas manipulées ni retirées de la chambre à vide entre le chauffage et l'application de la pression. Les surfaces destinées à être jointes sous pression doivent être presque en tièrement exemptes. de poussière, de gaz occlus, d'oxy des et d'autres impuretés. Une des meilleures ma nières d'accomplir un tel nettoyage est de chauffer ces surfaces dans une atmosphère non oxydante, par exemple dans le vide ou dans un gaz inerte, comme on le fait dans le cylindre de verre 80.
Le procédé décrit peut être utilisé pour la fabrication de tubes dans lesquels se trouve un gaz inerte, de l'hélium par exemple, ou d'autres gaz comme de l'hydrogène qui ne forment pas de composés avec les métaux par ticuliers dont sont faites les surfaces de jointure. Il est évidemment nécessaire que les surfaces de jointure soient nettoyées peu avant l'application de la pres sion et aussi qu'elles soient gardées propres entre le stade du nettoyage et celui de la pression. Le pro cédé décrit permet de maintenir les surfaces propres, celles-ci étant pressées les unes contre les autres dans la chambre même où elles ont été nettoyées.
Il est possible, en théorie, que des surfaces par faitement douces et propres puissent s'unir en un joint étanche au vide sans l'application de pression. Cependant, le procédé décrit vise à permettre une production massive de tubes électroniques et n'exige pas une telle perfection des surfaces. Ainsi, on peut utiliser une pression notable. Un des buts de l'appli cation de la pression est de surmonter une perte de souplesse des éléments. En effet, si des surfaces de jointure non parfaitement unies sont amenées en con tact, ce contact ne se fait pas sur toute la surface mais seulement en un certain nombre de zones sé parées.
Bien que les zones en contact puissent s'unir pour former un joint d'une résistance mécanique appréciable, elles ne forment évidemment pas une paroi continue ni un joint étanche au vide. II faut donc employer une pression suffisante pour assurer un contact suffisant entre les surfaces de jointure, afin de former un joint étanche au vide. De plus, on a trouvé que l'élasticité d'un bon joint est augmentée si l'on applique une pression suffisante pour pro duire réellement une déformation radiale ou une ex trusion des métaux de jointure ou au moins celle du métal le plus tendre quand ceux-ci sont de différentes duretés.
On peut probablement expliquer ce phéno mène par la théorie selon laquelle tout oxyde super ficiel qui peut subsister malgré le nettoyage à haute température est brisé par la déformation, ce qui met le métal propre à nu. Cette théorie donne une raison supplémentaire d'utiliser des surfaces de jointure pré sentant un fini plus grossier que celui constitué par un poli miroir , en ce sens que les oxydes super ficiels peuvent être plus facilement rompus quand des surfaces relativement grossières sont pressées en semble que lorsqu'on utilise des surfaces polies.
Il faut remarquer que l'appareil décrit permet des opérations rapides et est d'une construction simple. En effet, il élimine la nécessité de dispositifs à soufflets compliquée par l'utilisation du bélier 82 qui est mobile avec le cylindre 80. Ainsi, le mouvement qui ferme initialement la chambre place le bélier 82 presque dans la position qu'il doit occuper pour appliquer la pression et le mouvement qui supprime la pression du bélier<B> </B> 82 ouvre également la chambre de sorte qu'un tube électro nique terminé peut être extrait immédiatement. II y a en outre deux raisons d'éviter une dissipation rapide de la chaleur.
L'une d'elles est qu'il est indésirable de drainer la chaleur à partir des surfaces de jointure pendant la période de scellage et l'autre est qu'un refroidissement brusque des pièces de céramique du tube pourrait produire leur rupture ; c'est pour ces raisons que l'on utilise pour appliquer la pression les pièces de céramique 98, 100, 102 et 82 qui sont mauvaises conductrices de la chaleur. Il est possible de déterminer par des essais les températures, les pressions et les durées d7applica- tion minimums nécessaires pour obtenir des joints satisfaisants entre les diverses matières qui peuvent être utilisées.
Par exemple, des expériences ont été faites avec des tubes dont l'enveloppe comprenait les organes suivants : des pièces de céramique à base d'alumine constituant les anneaux 11, un revêtement usuel de métallisation molybdène-manganèse sur les pièces de céramique et une couche de nickel for mant une surface de jointure plaquée sur le revête ment de métallisation, de minces anneaux de scellage en cuivre et les pièces métalliques 13 et 22 qui étaient en kovar (marque déposée) ou en nickel. Les couches de métallisation, celles de nickel et les an neaux de cuivre ne sont pas visibles au dessin parce que ces éléments sont très minces. Les anneaux de cuivre peuvent présenter, par exemple, une épaisseur de 0,075 mm et les couches de métallisation et de nickel chacune 0,005 mm seulement.
On a fabriqué des tubes présentant des joints satisfaisants avec ces matières selon le procédé et avec l'appareil décrits. Les parties du tube sont placées dans la chambre à vide ; celle-ci est évacuée ; on induit un courant à haute fréquence dans les surfaces de jointure pendant environ trois minutes pour élever la température de ces surfaces à 7501, C environ ; on abaisse le bé lier 82 avec une force suffisante pour créer une pression comprise entre 770 et 1260 kg/cm2 sur les surfaces de jointure et on maintient cette pression pendant deux minutes et demie environ. La cathode doit être formée avant l'application de la pression et plus elle est formée précocement, plus la période pour vider le tube des gaz produits pendant la for mation doit être longue.
Le procédé et l'appareil décrits permettent, par exemple, de réaliser des joints sous pression même en utilisant des métaux oxydés tels que le cuivre. L'uti lisation du cuivre, qui est un métal avantageux dans les tubes électroniques, est possible parce que les surfaces de jointure sont soustraites à l'atmosphère oxydante entre l'instant où elles sont nettoyées par chauffage et l'instant où elles sont pressées.