DE1264183B

DE1264183B - Vakuumdichte, ausheizbare Verbindung eines Metallteiles mit einem Glas- oder Keramikteil oder von Glas- oder Keramikteilen untereinander, insbesondere fuer Entladungsgefaesse

Info

Publication number: DE1264183B
Application number: DE1965S0101118
Authority: DE
Inventors: Dr Peter Huhse
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1965-12-21
Filing date: 1965-12-21
Publication date: 1968-03-21

Description

Vakuumdichte, ausheizbare Verbindung eines Metallteiles mit einem Glas- oder Keramikteil oder von Glas- oder Keramikteilen untereinander, insbesondere für Entladungsgefäße Für Vakuumgefäße, insbesondere elektrische Entladungsgefäße, ist es in der Regel erwünscht, daß sie vor dem Abschmelzen unter Erwärmung auf mehrere 100 °C an der Pumpe entgast werden können. Etwa am Gefäß vorhandene Metall-Keramik-Verbindungen müssen daher bei der Entgasungstemperatur beständig sein. Zur Herstellung derartiger Verbindungen ist es bekannt, das Keramikteil zu metallisieren und das Metallteil hart an die Metallisierung anzulöten. Es kann z. B. ein Teil aus Aluminiumoxyd-Keramik durch Einbrennen einer im wesentlichen aus Molybdän- und Manganpulver bestehenden Paste metallisiert werden; da die so entstehende Metallschicht zum Verlöten noch zu dünn ist, wird sie durch Vernickeln verstärkt. Mit dieser Metallisierung wird das Metallteil hart verlötet. Hierbei ist die Metallisierung sehr aufwendig. Andere, weniger aufwendige Metallisierungen (z. B. Platinieren) sind nicht hartlötfähig und damit nicht ausheizbar.
Es ist ferner bekannt, ein als Elektronenbeschleuniger dienendes Hochspannungs-Entladungsgefäß mit einer großen Anzahl von Zwischenelektroden aus Keramik- oder Glasringen und metallischen Ringscheiben zusammenzusetzen, wobei diese Teile durch einen Thermoplast, insbesondere ein modifiziertes Vinylazetat, miteinander verklebt sind. Thermoplastische Kleber werden jedoch bei Temperaturerhöhung weich, so daß diese Verbindungen nicht ausheizbar sind.
Weiterhin ist bereits eine vakuumdichte Verbindung zwischen einem Keramik- und einem Metallzylinder beschrieben worden, bei der der Metallzylinder auf dem Mantel des Keramikzylinders aufsitzt und in einer inneren Aussparung des Metallzylinders ein Film eines thermoplastischen Kunststoffes vorgesehen ist; der Kunststoffilm wird durch einen auf der Außenseite des Metallzylinders sitzenden Schrumpfring unter Druck gehalten. Diese Verbindung ist nur beschränkt ausheizbar, da sich die Druckverhältnisse bei einer Erwärmung der Verbindung ändern und der thermoplastische Kunststoff wieder weich wird.
Die Erfindung bezieht sich auf eine vakuumdichte, ausheizbare Verbindung eines Metallteiles mit einem Glas- oder Keramikteil oder von Glas- oder Keramikteilen untereinander, insbesondere für Entladungsgefäße, mit einer durch ein Verbindungsmittel unter Druck gehaltenen Kunststoffdichtung. Es liegt ihr die Ausgabe zugrunde, eine Verbindung dieser Art so auszubilden, daß sie auch bei und nach dem Aus- ; heizen vakuumdicht bleibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Verbindungsmittel ein zwischen den zu verbindenden Teilen angeordneter an sich bekannter Wasserglaskitt und als Dichtung ein an sich bekannter elastischer, hochtemperaturfester, z. B. fluorierter Kunststoff, vorgesehen ist. Bei der Erfindung wird also die Festigkeit der Verbindung durch die Wasserglasverkittung bewirkt, so daß für die Abdichtung ein nicht klebender, elastischer Kunststoff verwendet werden kann.
Als fluorierter Kunststoff ist insbesondere ein lineares Mischpolymerisat aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen geeignet, das während der üblichen Dauer einer Ausheizung (z. B. 10 Stunden) bis 330 °C beständig ist. Geeignete Wasserglaskitte sind z. B. angegeben in »Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie«, München/Berlin 1957, Seiten 567 und 568. Diese Kitte sind bis 1000 °C temperaturbeständig. Sie sind im festen Zustand porös, also nicht vakuumdicht. Handelsübliche Wassergläskitte haben im erhärteten Zustand eine Zugfestigkeit von etwa 25 kp/cm2; es ist also bei einer Verkittungsfiäche in der Größenordnung von 10 cm2 ohne weiteres möglich, auf die Kunststoffdichtung einen Druck von etwa 200 kp auszuüben.
Die Erfindung kommt vor allem für Entladungsgefäße in Betracht, insbesondere für Hochspannungs-Metalldampf-Stromrichtergefäße, bei denen der Anodenzylinder aus Keramikringen und Metallflanschen, die Zwischengitter tragen, zusammengesetzt ist. Sie ist jedoch nicht auf die Verbindung von Metall- mit Glasteilen oder Metall- mit Keramikteilen beschränkt; sie ist vielmehr auch für die Verbindung von Glas-oder Keramikteilen untereinander geeignet.
Die F i g. 1 bis 3 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung. In F i g. 1 ist mit 1 ein Keramik- oder Glaszylinder bezeichnet, der durch eine Metallplatte 2 vakuumdicht verschlossen ist. Das Metall der Platte 2 soll etwa den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen wie das Rohr 1; wenn das Rohr 1 aus Aluminiumoxyd-Keramik besteht, kann für die Metallplatte 2 z. B. eine ausdehnungsmäßig angepaßte Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung gewählt werden. Zur Abdichtung der Verbindung ist auf der Stirnfläche des Keramikzylinders 1 ein Ring 3 aus einem hochtemperaturfesten fluorierten Kunststoff angeordnet, der in einer Nut 4 der Metallplatte 2 liegt. Beiderseits des Kunststoffringes 3 ist die Metallplatte 2 mit der Stirnfläche des Keramikrohres 1 durch einen Wasserglaskitt 5 verbunden. Ein derartiger Kitt kann beispielsweise aus Natrium- oder Kaliumsilikat mit Zusatz von Metalloxyden, z. B. des Calciums, Magnesiums, Mangans oder Eisens, bestehen. Während der Erhärtung des Kittes 5 wird die Verbindung unter Druck gehalten, so daß der elastische Kunststoffring 3, der ursprünglich einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, zusammengedrückt wird. Die Erhärtungszeit des Kittes 5 kann durch Anwendung einer erhöhten Temperatur, z. B. 100 °C, verkürzt werden. Sie beträgt bei dieser Temperatur einige Stunden. Nach Erhärtung des Kittes bleibt der Druck auf den Kunststoffring 3, der die Abdichtung bewirkt, erhalten.
In F i g. 2 ist ein Teil des Anodenrohres eines Hochspannungs-Stromrichtergefäßes dargestellt, das aus mehreren Keramikringen und Metallflanschen zusammengesetzt ist, wobei die Metallflansche Zwischengitter tragen. Mit 10 ist ein unterer Keramikring, mit 11 ein oberer Keramikring bezeichnet. Zwischen beiden liegt ein Metallflansch 12, der nach beiden Seiten mit konischen Rändern 12 a bzw. 12 b versehen ist. Die Keramikringe 10 und 11 sind auf ihren Außenseiten in entsprechender Weise konisch abgeschrägt. Der Metallflansch 12 trägt im Inneren des Rohres ein Graphitgitter 13.
Zwischen den konischen Überlappungsflächen des Keramikringes 11 und des Randes 12 a liegt ein Dichtungsring 14; auch die Wasserglasverkittung 15 liegt innerhalb der überlappungsfläche. Auf der Unterseite ist der Dichtungsring mit 16 und die Verkittung mit 17 bezeichnet. Die konische Form der Überlappungsfläche hat den Vorteil, daß der bei der Verkittung auf die Dichtungsringe 14 und 16 einwirkende Druck größer ist als der auf die Anordnung ausgeübte Axialdruck.
Bei Glas- oder Keramikrohren mit geringer Wandstärke ist es von Vorteil, den Dichtungsring an der Stirnfläche und die Verkittung an der Mantelfläche des Rohres vorzusehen. Ein derartiges Ausführungsbeispiel zeigt F i g. 3. Hier ist das Keramikrohr mit 20, das Metallteil mit 21 bezeichnet; das Metallteil 21 ist mit einem zylindrischen Rand 21 a versehen. Der Dichtungsring 22 liegt einerseits in einer ringförmigen Nut des Metallteiles 21, andererseits auf der Stirnfläche des Keramikrohres 20. Die Verkittung zwischen dem zylindrischen Rand 21 a und der Mantelfläche des Keramikrohres 20 ist mit 23 bezeichnet.

Claims

Patentansprüche: 1. Vakuumdichte, ausheizbare Verbindung eines Metallteiles mit einem Glas- oder Keramikteil oder von Glas- oder Keramikteilen untereinander, insbesondere für Entladungsgefäße, mit einer durch Verbindungsmittel unter Druck gehaltenen Kunststoffdichtung, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungsmittel ein zwischen den zu verbindenden Teilen angeordneter an sich bekannter Wasserglaskitt und als Dichtung ein an sich bekannter elastischer, hochtemperaturfester, z. B. fluorierter Kunststoff vorgesehen ist.
2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile einander überlappen und daß der Wasserglaskitt in der überlappungsstelle liegt.
3. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die überlappungsflächen konisch sind.
4. Verbindung nach Anspruch 3; dadurch ge= kennzeichnet, daß -auch die Kunststoffdichtung in der überlappungsstelle liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 581353, 583 347. 948225.