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" Joint étanche permanent entre des corps métal- liques et céramiques ".
Dans la production des joints absolument étanches et permanents entre un métal et un isolateur céramique en utilisant une température assez élevée, correspondant au point de fusion ou d'amollissement du métal ou d'un adhésif vitreux, le problème se présente toujours de réduire à des valeurs tolérables les tensions qui résultent du refroidissement, à cause des coefficients de dilatation généralement différente des matières. Un mode déjà proposé de résoudre ce problème est de choisir les matières ayant des coefficients de dilatation à peu près égaux. Un autre mode qui a aussi été déjà
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proposé est dtemployer un métal très mou qui ne cause que des tensions faibles quand il est déformé.
L'une solution ainsi que l'autre implique cependant des fortes limitations en ce qui concerne le choix des matières, de façon qu'il puisse devenir nécessaire dtemployer des matières dont l'acquisition peut offrir des difficultés ou qui peuvent être impropres à d'autres points de vue. Par exemple, les métaux mous, dont les prix et d'autres caractères peuvent les rendre applicables, ont la propriété de stamalgamer avec le mercure, et pour cette raison ils sont inapplicables dans tous les cas où le joint doit être étanche au mercure ou à la vapeur de mercure, et tout spécialement où la dernière ne doit pas être viciée, par exemple dans les cuves des valves ioniques. Dans les dernières, seulement le fer ou les métaux de propriétés analogues physiques et chimiques peuvent être employés.
Sauf les propriétés physiques et chimiques des matières touchant au joint, il y a encore une chose à considérer dans la réalisation pratique, à savoir les formes sous lesquelles lesdites matières se présentent en pratique. On doit surtout payer respect au fait qutil faut toujours manufacturer les corps céramiques avec des grandes tolérances, et qutil est difficile à les travailler après la cuisson.
La présente invention comprend un joint entre un métal et des corps céramiques qui est utile à tous les points de vue spécifiés. Quelques traits de ce type de joint sont connus en soi, mais non pas dans une telle combinaison que le résultat technique visé par l'invention soit atteint. D'après ltinven- tion, on applique entre deux corps céramiques d'une forme telle, que ltouverture entre eux peut être facilement ajusté pendant la production du joint, une partie métallique mince dont la forme s'adapte à ladite ouverture, et on la joint aux deux corps céramiques par une matière vitreuse ou par un émail,
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laquelle dernière expression sera employée dans la suite pour désigner toutes les matières vitreuses utilisables.
Les surfaces des corps céramiques limitant l'ouverture peuvent, à titre d'exemple, être planes ou coniques, et la partie métallique peut consister en un anneau plan ou conique correspondant en tôle. Cette partie métallique doit convenablement être si mince, que les tensions qui s'y présentent au refroidissement de la température d'amollissement de l'émail ou de la matière vitreuse ne peuvent pas produire des tensions transversales dangereuses dans ladite matière ou dans les corps céramiques.
Trois exemples de réalisation de l'invention sont représentés dans des sections longitudinales dans les figures 1 - 3 du dessin annexé, tandis que la figure 4 représente une section transversale d'une forme un peu modifiée correspondant à la figure 2.
La figure 1 représente un isolateur dtentrée dtune anode introduite par le fond, par exemple une anode d'entretien, d' une cuve de valve ionique en métal.
1 est le fond de la cuve et 2 la cathode liquide, 3 l'anode et 4 son conducteur d'entrée. Ce dernier est entouré par une douille protectrice 5 qui forme une extension de l'isolateur d'entrée. Cet isolateur est composé de trois parts 6, 7, 8 en porcelaine, stéatite ou autre matière céramique avec des pièces intermédiaires 9, 10 en tôle de fer fixées par des couches d'émail. Ces pièces intermédiaires ont un diamètre extérieur plus grand que celui des parts céramiques, et au dehors des dernières elles sont soudées à d'autres parties métalliques, à savoir la. tôle 9 à une bride 11 sous le fond de la cuve et la tôle 10 à une bride similaire 12 qui est appliquée, par exemple vissée, sur le bout inférieur du conducteur d'entrée.
Le diamètre intérieur des tôles 9, 10 est, dtautre part, plus grand que celui des pièces isolantes 6, 7, 8, et l'ouverture
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entre ces dernières à l'intérieur des tôles est remplie d'émail, qui adhère toujours d'une façon plus sûre à la matière céramique qu'aux tôles. De cette manière, on obtient deux surfaces métal-céramiques en série entre l'air libre et le vide, à savoir aux deux côtés de la tôle 9, 10 respectivement.
Avec des joints d'émail étanches pour le vide entre les tôles 9, 10 et les pièces isolantes et des joints de soudure étanches pour le vide entre les tôles et les brides 11, 12, on obtient ainsi une entrée d'anode tout à fait étanche, qu'on peut de préféren- ce suppléer seulement par des garnitures 13, 14 étanches pour le mercure liquide entre l'isolateur et la cuve et entre l'isolateur et la bride 12 respectivement, ces garnitures renforçant en même temps mécaniquement la construction. Un petit coulis de mercure à travers ces garnitures ntest pas d'importance, puisque seulement la pièce moyenne 7 de l'isolateur est électriquement active. En serrant les garnitures, les tôles 9, 10 peuvent s'adapter grâce aux corrugations annulaires 15, 16.
L'action visée par l'invention est réalisée dans cet exemple par le fait que les surfaces jointes par la couche d'émail sont tout planes. Ainsi on peut, en comprimant simplement les pièces au moyen d'une pression appropriée avant ou pendant la solidification de la couche d'émail, ajuster exactement lt épaisseur de cette couche d'une façon que l'expérience a prouvé être la plus appropriée pour empêcher la formation de fissures.
En même temps, la tôle métallique est de préférence si mince que les tensions dans cette tôle ne peuvent pas produire des tensions transversales dangereuses dans l'émail ou dans la matière céramique.
La figure 2 représente un exemple de l'application de l'invention à un isolateur d'anode à haute tension ayant un revêtement conducteur pour distribuer la tension pendant les périodes de blocage. L'anode est désignée par 23, et l'isolateur
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est composé d'un nombre d'anneaux uniformes de porcelaine ou de stéatite 26.Entre ces derniers se trouvent des anneaux de tôle de fer 29 fixés par des couches d'émail et servant de con- ducteurs à des anneaux de graphite ou d'autre matière conduc- trice 30, qui sont ainsi tenus sous un tel potentiel, que la distribution de la tension dans l'espace tubulaire entouré par eux soit à peu près uniforme pendant la période de blocage, et que le risque d'allumages en retour soit ainsi très diminué.
Les anneaux en graphite peuvent aussi être mécaniquement sup- portés par les anneaux en tôle et y être fixés par une ferme- ture à la manière d'un tenon de baionette, comme il a été indi- qué dans la figure 4, où le corps de graphite n'est pourtant pas représenté. Les anneaux de tôle peuvent être connectés à un.potentiomètre au dehors pour fournir la distribution de ten- sion désirée.
Dans la figure 4, chacun des anneaux en tôle de fer 29 est composé de deux segments d'anneau concentriques, qui ne sont reliées entre eux que par une bande étroite 36, diamétra- lement opposée à une bande similaire 39 projetant au-dehors de l'isolateur et servant à l'application'du potentiel. Du reste, l'espace entre les isolateurs est supposé être tout rempli d'émail. De cette manière,on obtient, en analogie avec la figure 1 mais dans un plus haut degré, une voie de fuite étendue le long des surfaces de contact métal-émail-céramique, mesure de sécurité si l'étanohéité serait défectueuse dans un endroit quelconque de ces surfaces.
L'anneau supérieur 31 et l'anneau inférieur 32 ne sont reliés à aucun anneau de graphite mais façonnés pour être sou- dés à l'anode 23 et à la cuve 21 respectivement. Ils peuvent être en tôle un peu plus forte que les autres. Les anneaux en porcelaine placés sur l'anneau 31 et sous 1''anneau 32 peuvent être d'une forme spéciale pour faciliter la soudure et pour
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régler la compression pendant la création des joints d'émail.
L'anneau de porcelaine supérieur peut être protégé par un disque 33 fixé sur le conducteur d'entrée par un écrou. En ce qui regarde l'ajustage de la compression pendant la production du joint et ainsi l'ajustage de l'épaisseur de la couche d'émail, cet exemple de l'invention est tout analogue à celui de la figure 1.
Les surfaces du joint de la figure 1 ou 2 peuvent naturellement être coniques au lieu de planes,
La figure 3 représente un'exemple du passage d'un seul conducteur d'une section mince à travers un isolateur d'une épaisseur considérable. Dans ce cas, on perce dans l'isolateur 35 un trou d'un diamètre uniformément décroissant, au plus simple d'une forme conique, et on fait un bouchon conique 36 adapté à ce trou. ntre le bouchon et le côté du trou, on place une lame mince de métal 37 entourée par un flux d'émail sur les deux côtés, et on introduit,de plus,entre les différentes parts assez d'émail pour que l'épaisseur totale de la lame de métal et les deux couches d'émail enrobantes devient à peu près égale à l'épaisseur de l'émail entre le reste du bouchon et le côté du trou.
Cet émail ntest soumis à aucune tension thermique puisque les coefficients de dilatation de l'émail et de la porcelaine peuvent sans difficultés être faits à peu près égaux.
L'épaisseur de la couche d'émail sur les deux côtés de la lame de métal peut être exactement réglée en introduisant plus ou moins le bouchon conique. Eventuellement on peut enlever par émoulage,un segment étroit à l'extérieur du bouchon et y poser la lame métallique ; ce cas.la couche d'émail peut être plus mince sur le reste de la périphérie.
Ltinvention est d'une importance spéciale, non pas pour des isolateurs d'entrée étanches pour le vide, mais aussi pour ceux qui doivent être tout à fait étanches pour l'huile, par
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exemple pour les récipients de condensateurs ou les câbles remplis d'huile, dans lesquels on exige aussi une étanchéité presqu'absolue.
REVENDICATIONS.
1.) Joint étanche permanent entre des corps céramiques et métalliques, en particulier pour des cuves de valves ioniques en métal, caractérisé en ce que, entre deux corps céramiques dtune forme telle que l'ouverture entre eux peut être facilement ajustée lors de la production du joint, se trouve un corps métallique mince dont la forme stadapte à ladite ouverture, et qui est joint aux deux corps céramiques sur les deux côtés par une matière vitreuse ou dtémail.
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"Permanent waterproof seal between metal and ceramic bodies".
In the production of absolutely tight and permanent joints between a metal and a ceramic insulator using a sufficiently high temperature, corresponding to the melting or softening point of the metal or of a vitreous adhesive, the problem always arises of reducing to tolerable values the stresses resulting from cooling, because of the generally different coefficients of expansion of the materials. A method already proposed to solve this problem is to choose materials having approximately equal expansion coefficients. Another fashion that has also been already
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proposed is to employ a very soft metal which causes only low stresses when it is deformed.
One solution as well as the other, however, implies strong limitations as regards the choice of subjects, so that it may become necessary to use subjects the acquisition of which may present difficulties or which may be unsuitable for teaching. other points of view. For example, soft metals, the prices and other characteristics of which may make them applicable, have the property of stamalgamating with mercury, and for this reason they are inapplicable in all cases where the gasket must be mercury-tight or sealed mercury vapor, and especially where the latter must not be contaminated, for example in the tanks of ionic valves. In the latter, only iron or metals with similar physical and chemical properties may be used.
Apart from the physical and chemical properties of the materials touching the seal, there is one more thing to be considered in the practical realization, namely the forms in which said materials occur in practice. Above all, we must pay attention to the fact that ceramic bodies must always be manufactured with great tolerances, and that it is difficult to work them after firing.
The present invention includes a seal between metal and ceramic bodies which is useful from all of the points of view specified. Some features of this type of seal are known per se, but not in such a combination that the technical result sought by the invention is achieved. According to the invention, between two ceramic bodies of such a shape, that the opening between them can be easily adjusted during the production of the joint, is applied a thin metal part, the shape of which adapts to said opening, and there is applied. joined to the two ceramic bodies by a vitreous material or by an enamel,
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the latter expression will be used in the following to designate all the usable vitreous materials.
The surfaces of the ceramic bodies limiting the opening can, by way of example, be flat or conical, and the metal part can consist of a corresponding flat or conical ring made of sheet metal. This metallic part should suitably be so thin, that the stresses which occur in it on cooling from the softening temperature of the enamel or of the vitreous material cannot produce dangerous transverse stresses in said material or in the ceramic bodies. .
Three exemplary embodiments of the invention are shown in longitudinal sections in Figures 1 - 3 of the accompanying drawing, while Figure 4 shows a cross section of a slightly modified shape corresponding to Figure 2.
Figure 1 shows an inlet isolator of an anode introduced from the bottom, for example a maintenance anode, of a metal ionic valve tank.
1 is the bottom of the tank and 2 the liquid cathode, 3 the anode and 4 its input conductor. The latter is surrounded by a protective sleeve 5 which forms an extension of the input insulator. This insulator is composed of three parts 6, 7, 8 in porcelain, soapstone or other ceramic material with intermediate pieces 9, 10 in sheet iron fixed by layers of enamel. These intermediate pieces have an outer diameter larger than that of the ceramic parts, and outside the latter they are welded to other metal parts, namely. sheet 9 to a flange 11 under the bottom of the tank and sheet 10 to a similar flange 12 which is applied, for example screwed, to the lower end of the input conductor.
The internal diameter of the sheets 9, 10 is, on the other hand, larger than that of the insulating parts 6, 7, 8, and the opening
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between the latter inside the sheets is filled with enamel, which always adheres more securely to the ceramic material than to the sheets. In this way, two metal-ceramic surfaces are obtained in series between the free air and the vacuum, namely at both sides of the sheet 9, 10 respectively.
With sealed enamel gaskets for the vacuum between the sheets 9, 10 and the insulating parts and sealed solder joints for the vacuum between the sheets and the flanges 11, 12, a completely anode inlet is thus obtained. sealed, which can preferably be supplemented only by sealed gaskets 13, 14 for liquid mercury between the insulator and the vessel and between the insulator and the flange 12 respectively, these gaskets at the same time mechanically strengthening the construction . A small slurry of mercury through these packings is not important, since only the middle part 7 of the insulator is electrically active. By tightening the linings, the sheets 9, 10 can adapt thanks to the annular corrugations 15, 16.
The action targeted by the invention is achieved in this example by the fact that the surfaces joined by the enamel layer are completely flat. Thus it is possible, by simply compressing the pieces by means of an appropriate pressure before or during the solidification of the enamel layer, the thickness of this layer can be adjusted exactly in a way which experience has proved to be most suitable for. prevent the formation of cracks.
At the same time, the metal sheet is preferably so thin that the stresses in this sheet cannot produce dangerous transverse stresses in the enamel or in the ceramic material.
Figure 2 shows an example of the application of the invention to a high voltage anode insulator having a conductive coating to distribute the voltage during the blocking periods. The anode is designated as 23, and the insulator
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is composed of a number of uniform rings of porcelain or soapstone 26. Between these are rings of sheet iron 29 fixed by layers of enamel and serving as conductors for rings of graphite or other conductive material 30, which are thus held under such a potential, that the distribution of voltage in the tubular space surrounded by them is roughly uniform during the blocking period, and that the risk of reverse ignitions is thus very reduced.
The graphite rings can also be mechanically sup- ported by the sheet metal rings and be fixed thereto by a fastener in the manner of a bayonet tenon, as shown in figure 4, where the body graphite is however not shown. The sheet metal rings can be connected to an external potentiometer to provide the desired voltage distribution.
In Figure 4, each of the sheet iron rings 29 is made up of two concentric ring segments, which are only connected to each other by a narrow strip 36, diametrically opposed to a similar strip 39 projecting out of it. the insulator and serving for the application of the potential. Moreover, the space between the insulators is supposed to be completely filled with enamel. In this way one obtains, by analogy with Figure 1 but to a greater degree, an extended leakage path along the metal-enamel-ceramic contact surfaces, a safety measure if the etanoheity would be defective in any place. of these surfaces.
The upper ring 31 and the lower ring 32 are not connected to any graphite ring but shaped to be welded to the anode 23 and to the vessel 21 respectively. They can be made of sheet metal a little stronger than the others. The porcelain rings placed on the ring 31 and under the ring 32 may be of a special shape to facilitate soldering and for
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adjust the compression while creating the enamel gaskets.
The upper porcelain ring can be protected by a disc 33 fixed to the input conductor by a nut. With regard to the adjustment of the compression during the production of the gasket and thus the adjustment of the thickness of the enamel layer, this example of the invention is very similar to that of Figure 1.
The surfaces of the joint of figure 1 or 2 can naturally be conical instead of plane,
FIG. 3 shows an example of the passage of a single conductor of a thin section through an insulator of considerable thickness. In this case, a hole of a uniformly decreasing diameter, at its simplest of a conical shape, is drilled in the insulator 35, and a conical plug 36 is made to match this hole. Between the stopper and the side of the hole, we place a thin metal strip 37 surrounded by a flow of enamel on both sides, and we introduce, moreover, between the different parts enough enamel so that the total thickness of the metal blade and the two coats of enamel coating becomes roughly equal to the thickness of the enamel between the rest of the plug and the side of the hole.
This enamel is not subjected to any thermal stress since the coefficients of expansion of enamel and porcelain can easily be made approximately equal.
The thickness of the enamel layer on both sides of the metal blade can be exactly adjusted by inserting the conical plug more or less. Optionally, a narrow segment on the outside of the stopper can be removed by molding and the metal blade can be placed there; in this case the enamel layer may be thinner on the rest of the periphery.
The invention is of special importance, not for vacuum-tight inlet isolators, but also for those which must be completely oil-tight, for example.
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example for capacitor vessels or cables filled with oil, in which almost absolute tightness is also required.
CLAIMS.
1.) Permanent tight seal between ceramic and metal bodies, in particular for metal ion valve vessels, characterized in that between two ceramic bodies of such a shape that the opening between them can be easily adjusted during production of the seal, there is a thin metal body, the shape of which adapts to said opening, and which is joined to the two ceramic bodies on both sides by a vitreous material or enamel.