CH160037A

CH160037A - Vacuum tight current introduction.

Info

Publication number: CH160037A
Authority: CH
Inventors: Aktiengesellschaft Siem Halske
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1931-03-13
Filing date: 1932-01-25
Publication date: 1933-02-15
Also published as: GB396103A; DE573448C; AT131794B; FR730740A

Description

  

      Vakuumdichte        Stromeinführung.       Es .sind vielfach Versuche unternommen  worden,     metallische    Stromzuführungen in  kieselsäurehaltige Stoffe mit     geringem    Aus  dehnungskoeffizienten, zum     Beispiel    Quarz,  einzuschmelzen. Zum allergrössten     Teil    blie  ben diese Versuche, die bei ihrem Gelingen  einen bedeutenden     Fortschritt    auf sehr vielen  Gebieten .der Technik ergeben würden, erfolg  los. Das     Naheliegendste    wäre es, zum er  wähnten Zweck     Metalldrähte    oder Draht  gruppen,<B>zum</B> Beispiel in     Form    von Schläu  chen, zu verwenden.

   Bei Anwendung von  Drähten erwies sich die Festigkeit von Quarz  als zu gering, um den Zugspannungen bei  Erkalten der Einschmelzung standzuhalten.  Bei     Verminderung    des Drahtdurchmessers       würden    die hierbei sich bildenden Risse und  Spalte zwar kleiner, doch müsste aus elek  trischen     Gründen    bei fortdauernder Ver  kleinerung ihres Durchmessers     entsprechen-          derweise    eine     immer    steigende Zahl von       =Drähten        genommen    werden.

   Dabei zeigte sich    immer, dass zwar kleinere Risse und Sprünge  entstehen als bei     Verwendung    eines einzigen  dickeren     Drahtes,    diese aber in     ihrer    Gesamt  heit ein eher grösseres     Gefahrmoment    für die  Dichtigkeit ergaben.  



       Gegenstand    der vorliegenden Erfindung  ist eine vakuumdichte     Stromeinführung    mit  einem in kieselsäurehaltigem Stoff von ge  ringem     Ausdehnungskoeffizienten    einge  schmolzenen,     aus    schwer schmelzbarem Me  tall bestehenden,     bandförmigen        Körper,    der       ,u     in     Folienform    eine Dicke von höchstens 20  aufweist.

    Wie sich aus früheren Versuchen ergab,  benetzen Quarz und hochschmelzende,     hoch-          kieselsäurehaltige    Gläser folgende Metalle       bezw.    Metallegierungen:     Tautal,        Molybdän,          Niob,    Wolfram,     Wolfram-Molybdänlegierun-          gen,    Platin und     Platin-Iridiumlegierungen,          wenn    die Metalle durch eine     Vorbehandlung,     beispielshalber durch Entgasung bei hohen  Temperaturen im Vakuum     geschmeidig    ge-      macht worden sind.

       Diese        Vorbehandlung,     die sich bei     Kappeneinschmelzungen    als gün  stig     erwiesen    hat,     kann        nun    auch bei dünnen  Bändchen     aus    denselben     Metallen    vorgenom  men werden.

   Die Benutzung von     dünnen     Bändchen (Folien) zum erwähnten Zweck er  scheint im     vornherein    nicht aussichtsreich zu  sein, da. auch     hierbei    der     kieselsäurehaltige     Stoff durch     Zugspannungen    in noch höherem       Masse        beansprucht    wird, als dies bei Ver  wendung von runden Drähten der Fall ist.

    Auch eine     Variierung    der     Dimensionen     scheint nach den Regeln der Festigkeits  lehre nicht     aussichtsreich    zu sein, da bei  Behandlung derselben geometrischen Form  auch -bei Änderung der Dimensionen immer  die gleichen     Zugspannungen    zu     erwarten     wären. Versuche in dieser Richtung ergaben  auch     erwartungsgemäss    bei stetiger Vermin  derung der     Folienstärke    immer die gleichen  ungenügenden Resultate, weil au der Grenze  von Quarz und Metall dünne Risse entstan  den.

   Dies mag auch .der Grund gewesen sein,  dass sich bis heute bandförmige Metalleinfüh  rungen in Quarz,     obwohl    sie in der Technik  lange bekannt waren, nicht eingeführt haben.  



       Überraschenderweise        verschwanden    diese  Risse aber völlig bei einer gut     bestimmbaren     endlichen Dicke der Folie, so dass dadurch  vollkommen vakuumdichte Einschmelzungen       herstellbar    wurden. Diese durch Versuche er  mittelte Grenzdicke beträgt     etwa        20,u.    Die  Breite der Folie und auch die     Ausbildung    der  Ränder     (zugeschärfter    oder glatt abgeschnit  tener Rand) erwies sich bei     richtiger    Wahl  der     Foliendicke    von     geringer        Bedeutung.     



  Die geringe Dicke der Metallfolien, mit  denen sie nach der Erfindung .eine gasdichte  Einschmelzung herstellen lässt,     verursacht    ge  wisse technische Schwierigkeiten. Es hat sich  zwar gezeigt,     da3    beispielshalber eine Folie  von 10     ,u    Stärke und 5     mm    Breite Ströme von  über 10 Ampere vertragen kann, ohne zu  glühen, und dass wiederholte Temperatur  wechsel     zwischen    Rotglut und Zimmertempe  ratur der Dichtigkeit der Einführung nicht  schaden.

   Es zeigte sich aber, dass die Folie  nach     längerer    .oder kürzerer Zeit an den Stel-         len    durchbrennt, an denen sie nicht in den       kieselsäurehaltigen    Stoff, zum Beispiel  Quarz, eingeschmolzen ist. Es hat sich als       zweckmässig    erwiesen, die Folie an ,den Stel  len, an denen     sie    mit Luft     in.    Berührung  kommen kann, vor höheren     Temperaturen    zu       schützen    und auch den Luftzutritt nach     Mög-          lichkeit    -zu beschränken.

   Dies wird zum Bei  spiel dadurch erreicht, dass die dünne Folie  an ihren Enden mit etwas stärkeren Blechen,  beispielshalber aus     Molybdän    in innige  Berührung gebracht wird, beispielshalber  durch     Punktschweissung    oder durch Einklem  men und     diese    Bleche selber in kieselsäure  haltigen Stoff eingequetscht werden     unter     Bedingungen, unter denen     kieselsäurehaltiger     Stoff am Metall der Endbleche nicht haftet.

    Es hat sich nun gezeigt, dass dies erreicht  werden kann mit Endstücken aus     Molybdän-          blech,    die bei Temperaturen über<B>1700'</B> ent  gast worden sind, wenn die     Einschmelzung     dieser     Endbleche    mit geringem Temperatur  überschuss über dem     Erweichungspunkt    des       kieselsäurehaltigen    Stoffes vorgenommen  wird.  



  ES hat sich weiterhin gezeigt, dass die       Übergangsstelle    zwischen den Endblechen  und der .dünnen Folie einen     Gefahrpunkt    bil  det.     Infolge        thermisclher        Kontraktion    der  Endstücke oder auch     durch        mechanische        Be-          anspruchung    rissen die Folien     vorzugsweise     an dieser Stelle. Man kann dies     dadurch    ver  hüten,     dass,    an den Enden die Folie doppelt  oder mehrfach genommen wird, wodurch ein  mechanisch fester     Übergang    geschaffen wird.

    Einen guten     thermischen    und mechanischen  Schutz der     gefährdeten    Enden kann man  auch dadurch erreichen, dass man die Enden  der als     Stromleiter    verwendeten     dünnen     Folie in Hohlräumen des     Einschmelzmate-          rials    enden     lässt,    die mit bei Zimmertempera  tur festem Metall ausgegossen sind.



      Vacuum tight current introduction. Many attempts have been made to melt metallic power leads into silicic acid-containing substances with a low expansion coefficient, for example quartz. For the most part, these attempts, which, if successful, would result in significant progress in many areas of technology, remained unsuccessful. The most obvious would be to use metal wires or wire groups for the purpose mentioned, <B> for example </B> in the form of tubes.

   When using wires, the strength of quartz turned out to be too low to withstand the tensile stresses when the seal cools down. If the wire diameter was reduced, the cracks and gaps that formed would be smaller, but for electrical reasons, if their diameter continued to decrease, an ever increasing number of wires would have to be used.

   It has always been shown that although smaller cracks and fissures occur than when using a single, thicker wire, overall these resulted in a rather greater risk of leakage.



       The present invention is a vacuum-tight power supply with a silica-containing substance of ge low expansion coefficient is melted, made of difficult to melt Me tall, band-shaped body, u in film form has a thickness of at most 20.

    As shown from earlier experiments, quartz and high-melting, high-silica glasses wet the following metals or: Metal alloys: Tautal, molybdenum, niobium, tungsten, tungsten-molybdenum alloys, platinum and platinum-iridium alloys, if the metals have been made pliable by pretreatment, for example by degassing at high temperatures in a vacuum.

       This pretreatment, which has proven to be beneficial for cap melt-downs, can now also be used for thin ribbons made from the same metals.

   The use of thin ribbons (foils) for the aforementioned purpose does not seem to be promising from the outset, because. Here, too, the silica-containing substance is subjected to tensile stresses to an even greater extent than is the case when using round wires.

    Even a variation of the dimensions does not seem to be promising according to the rules of strength theory, since the same tensile stresses would always be expected when treating the same geometric shape, even when changing the dimensions. As expected, tests in this direction always gave the same unsatisfactory results with a steady decrease in film thickness, because thin cracks arose on the boundary between quartz and metal.

   This may also have been the reason why band-shaped metal inlets in quartz, although they were known in the art for a long time, have not been introduced to this day.



       Surprisingly, however, these cracks disappeared completely when the film had a finite thickness that was easily determinable, so that completely vacuum-tight melts could be produced as a result. This limit thickness determined by tests is about 20, u. The width of the film and the formation of the edges (sharpened or smoothly cut edge) turned out to be of little importance if the correct choice of film thickness was made.



  The small thickness of the metal foils with which they can produce a gas-tight seal according to the invention causes certain technical difficulties. It has been shown that, for example, a foil 10 .mu.m thick and 5 mm wide can withstand currents of over 10 amperes without glowing, and that repeated temperature changes between red heat and room temperature do not damage the tightness of the inlet.

   It turned out, however, that after a longer or shorter period of time the film burns through at the points where it has not melted into the silica-containing substance, for example quartz. It has proven to be expedient to protect the film from higher temperatures at the points where it can come into contact with air and also to limit the access of air as far as possible.

   This is achieved, for example, in that the ends of the thin film are brought into intimate contact with somewhat thicker metal sheets, for example made of molybdenum, for example by spot welding or by pinching and these sheets themselves are squeezed into silica-containing material under conditions under where silicic acid does not adhere to the metal of the end plates.

    It has now been shown that this can be achieved with end pieces made of molybdenum sheet which have been degassed at temperatures above 1700 when the melting of these end sheets has a slight temperature excess above the softening point of the silicic acid Substance is made.



  It has also been shown that the transition point between the end plates and the thin film forms a danger point. As a result of thermal contraction of the end pieces or as a result of mechanical stress, the foils tore at this point. This can be prevented by taking the film twice or more at the ends, which creates a mechanically solid transition.

    Good thermal and mechanical protection of the endangered ends can also be achieved by letting the ends of the thin foil used as the conductor end in cavities in the sealing material which are filled with metal that is solid at room temperature.

Claims

PATENT ANSPRÜ0H: Vacuum-tight current lead-in with a strip-shaped body made of difficult-to-melt metal, melted in a silicic acid-containing substance with a low expansion coefficient, characterized by a metal foil with a maximum thickness of 20. SUB-CLAIMS: 1. Current lead-in according to patent claim, characterized by a tantalum foil with a maximum thickness of 20 u.

Current lead-in according to patent claim, characterized by a niobium foil with a maximum thickness of 20 µ. 3. Power inlet according to claim, characterized by a molybdenum foil of at most 20 u thickness. 4. Power inlet according to claim., Characterized by a tungsten foil of at most 20 u thickness. 5. current inlet according to claim, characterized by a film of at most 20, u. Thickness made from a tungsten alloy. 6. Power inlet according to claim, characterized by a film of at most 20 u thickness made of a tungsten-molybdenum alloy. 7th

Power inlet according to patent claim, characterized by a platinum foil with a maximum thickness of 20 µ. B. power inlet according to claim, characterized by a film of at most 20 g thickness made of a platinum alloy. 9. Power inlet according to claim, characterized by a film of at most 20 u thickness made of a platinum-iridium alloy. 10. Current introduction according to claim.

characterized in that the ends of the thin film are in intimate connection with thicker pieces of refractory metals, which in turn are squeezed into the sealing material. 11. power inlet according to claim, characterized in that the ends of the as. The thin foil used for current conductors ends in cavities in the sealing material, which are filled with metal that is stable at room temperature. 12. Current inlet according to claim, characterized by quartz as a melt material. 7.3.

Current inlet according to claim, characterized by high-melting, high-silica glass as a melting material.