DE1104078B

DE1104078B - Method for fusing a tube piston with a tube base with metallic feedthroughs

Info

Publication number: DE1104078B
Application number: DES55657A
Authority: DE
Inventors: Fritz Engel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-10-25
Filing date: 1957-10-25
Publication date: 1961-04-06

Description

Verfahren zum Verschmelzen eines Röhrenkolbens mit einem Röhrenfuß mit metallischen Durchführungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschmelzen eines Röhrenkolbens mit einem Röhrenfuß mit metallischen Durchführungen auf der Basis Nickel---Eisen von elektrischen Entladungsgefäßen, bei dem der äußere, insbesondere ringförmige Glasrand auf die erforderliche Anschmelztemperatur erwärmt wird. Bei einem derartigen Verfahren geht man deshalb von getemperten Röhrenfüßen aus, weil sich bei ihrer Herstellung infolge unterschiedlicher Wärmeleitung und Ausdehnung von Metall und Glas nennenswerte Glasspannungen kaum vermeiden lassen. Selbst bei Verwendung von getemperten Röhrenfüßen treten beim Anschmelzen an die betreffenden Röhrenkolben durch die Erwärmung der Anschmelzzone des Röhrenfußes in dem miterwärmten Bereich der metallischen Durchführungen auf Grund einer Phasenumwandlung des Metalls infolge der damit verbundenen Änderung der thermischen Ausdehnung erhebliche Zugspannungen auf.Method for fusing a tubular piston with a tubular foot with metallic leadthroughs The invention relates to a method for fusing a tubular piston with a tubular foot with metallic leadthroughs on the Base nickel --- iron of electrical discharge vessels, in which the outer, in particular ring-shaped glass rim is heated to the required melting temperature. at Such a process is based on tempered tubular feet because during their production as a result of different heat conduction and expansion Significant glass stresses in metal and glass can hardly be avoided. Even at The use of annealed tubular feet occurs when the respective ones are melted Tube piston due to the heating of the melting zone of the tube base in the heated one Area of the metallic leadthroughs due to a phase change of the metal considerable tensile stresses due to the associated change in thermal expansion on.

Es ist bereits ein Verfahren zum Verschmelzen von Röhrenfuß und Kolben bekanntgeworden, bei dem der Röhrenfuß vorgewärmt und während des Verschmelzens seines Randes mit dem Kolben in der Mitte auf einer unterhalb der Deformationstemperatur des Glases liegenden Temperatur, z. B. Bleiglas unterhalb 300° C, dadurch gehalten wird, daß gegen diesen Teil Luft geblasen wird. Bei diesem bekannten Verfahren, bei dem die Verschmelzungsstelle schnell erhitzt und abgekühlt werden kann, werden dem Glas ganz erhebliche Temperaturänderungen aufgezwungen, die meist mit erheblichen Glasspannungen verbunden sind. Anstatt den mittleren, von Metallteilen durchsetzten Teil des Röhrenfußes beim Verschmelzen mit dem betreffenden Röhrenkolben z. B. durch einen Luftstrom besonders zu kühlen, kann man diesen auch dadurch wesentlich niedriger erwärmen, daß man die Erwärmung infolge eines Wärmestoßes, z. B. durch Hochfrequenz, vornimmt und anschließend die Verschmelzung mit einem entsprechenden Preßwerkzeug ausführt.It is already a process for fusing the base of the tube and the piston became known in which the tubular foot is preheated and during the fusion its edge with the piston in the middle at a temperature below the deformation temperature of the glass lying temperature, e.g. B. lead glass below 300 ° C, thereby held that air is blown against this part. In this known method, in which the fusion point can be quickly heated and cooled Very considerable temperature changes are imposed on the glass, usually with considerable changes Glass voltages are connected. Instead of the middle one, interspersed with metal parts Part of the tube foot when fusing with the tube piston in question z. B. by To particularly cool an air stream, it can also be much lower heat that the heating as a result of a thermal shock, z. B. by high frequency, undertakes and then the fusion with a corresponding pressing tool executes.

Die Anwendung eines Wärmestoßes und das anschließende Ausüben eines erheblichen Druckes zur Herstellung der eigentlichen Verbindung ist auch bekannt für das vakuumdichte Verbinden für Kolben- und Röhrenfuß nach dem Prinzip des Diffusionsschweißens, bei dem entweder die zu verbindenden Ränder ein sich ergänzendes Profil aufweisen oder entsprechend geschliffen und optisch poliert sind.Applying a burst of heat and then applying a considerable pressure to produce the actual connection is also known for the vacuum-tight connection of the piston and tube base according to the principle of diffusion welding, in which either the edges to be connected have a complementary profile or are appropriately ground and optically polished.

Die erwähnten bekannten Verfahren haben den wesentlichen Nachteil, daß dabei unbedingt von gut getemperten Teilen ausgegangen werden muß und daß trotzdem noch durchweg in den maßgeblichen Teilen erhebliche Glasspannungen auftreten. Außerdem gibt es aber auch Fälle, in denen eine höhere Erwärmung der Fußmitte nicht zu umgehen ist.The known methods mentioned have the major disadvantage that it is essential to assume that parts have been well tempered and that anyway Significant glass tensions still occur consistently in the relevant parts. aside from that But there are also cases in which a higher heating of the middle of the foot cannot be avoided is.

Es hat sich gezeigt, daß die Größe der Glasspannungen unter anderem eine Abhängigkeit von der Richtung der Temperaturänderung aufweist und vorzugsweise bei ansteigender Temperatur in Erscheinung tritt. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß diese Zugspannungen wesentlich noch durch eine innere Strukturänderung des Glases erhöht werden. Glas besitzt unterhalb einer gewissen Viskosität von etwa 1011 Poise stets eine Struktur oder besser »eingefrorene Struktur«, die sich bei einer wesentlich höheren, nämlich der sogenannten Einfriertemperatur im Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts befinden würde. Dies liegt daran, daß beim Glas die Strukturänderung bei jeglicher Temperaturänderung - ausgenommen eine solche mit unendlich langsamer Änderungsgeschwindigkeit - in einem derartigen Temperaturintervall stets der Temperaturänderung nacheilt und deshalb Hysteresiserscheinungen zeigt. In dem erwähnten Temperaturintervall nimmt also das Glas stets ein größeres Volumen ein, als seiner augenblicklichen Temperatur bei thermodynamischem Gleichgewicht entsprechen würde. Beim Erwärmen ist das Glas also bestrebt, mit zunehmender Beweglichkeit innerhalb der inneren Struktur sein Volumen je nach Geschwindigkeit der Temperaturänderung mehr oder weniger stark zu verkleinern, d. h. daß selbst bei seiner Erwärmung noch eine überwiegende Kontraktion auftritt, die zu erheblichen inneren Zugspannungen führt.It has been shown that the magnitude of the glass tensions among other things has a dependence on the direction of the temperature change and preferably occurs when the temperature rises. The invention lies in the knowledge based on the fact that these tensile stresses are essentially due to an internal structural change of the glass can be increased. Glass has below a certain viscosity of about 1011 Poise is always a structure or, better yet, a "frozen structure" that can be found in a much higher one, namely the so-called freezing temperature in the state of thermodynamic equilibrium. This is because the Glass the structural change with any change in temperature - with the exception of one with an infinitely slow rate of change - in such a temperature interval always lags the change in temperature and therefore shows signs of hysteresis. In the temperature range mentioned, the glass always takes up a larger volume one, than its instantaneous temperature at thermodynamic equilibrium would correspond. When heated, the glass tries to move with increasing mobility its volume within the inner structure depending on the rate of temperature change to reduce the size to a greater or lesser extent, d. H. that even with its warming still a predominant contraction occurs, leading to significant internal tensile stresses leads.

Das Ziel der Erfindung besteht deshalb darin, beim Verschmelzen von Röhrenkolben und Röhrenfuß die Ausbildung von erheblichen Zugspannungen im Bereich der Durchführungen des Röhrenfußes durch günstige Beeinflussung der Strukturänderung des Glases weitgehend zu vermeiden. Erreicht wird dies hei einem Verfahren zum Verschmelzen eines Röhrenkolbens mit einem Röhrenfuß mit metallischen Durchführungen auf der Basis Nickel-Eisen von elektrischen Entladungsgefäßen, bei dem der äußere, insbesondere ringförmige Glasrand auf die erforderliche Anschinelztemperatur erwärmt wird, nach der Erfindung dadurch, daß bei der Erwärmung des Glasrandes des Röhrenfußes Maßnahmen solcher Art vorgesehen «-erden, daß gleichzeitig die Erwärmung von dem mit metallischen Durchführungen durchsetzten zentralen Glasteil bis über die Grenze des hinsichtlich Ausbildung unzulässiger Glasspannungen kritischen Temperaturbereiches - je nach Zusammensetzung von Durchführungswerkstoff und Glas zwischen 350 und 500 ' C - sehr schnell und in bekannter Weise durch einen Wärmestoß erfolgt, bei dem die Geschwindigheit der Temperaturänderung mindestens 50° C/min beträgt, so daß hierbei das Temperatur-Zeitintegral einen sehr kleinen Wert annimmt und in jedem Augenblick der Erwärmung die Temperatur der metallischen Durchführungen die Temperatur des sie unmittelbar umgebenden Glasteils nicht oder nicht wesentlich überschreitet.The aim of the invention is therefore to largely avoid the formation of considerable tensile stresses in the area of the penetrations of the tube base by positively influencing the structural change of the glass when the tube piston and tube base are fused. This is achieved in a method for fusing a tubular piston with a tubular foot with metallic leadthroughs based on nickel-iron of electrical discharge vessels, in which the outer, in particular ring-shaped glass rim is heated to the required melting temperature, according to the invention in that during the heating of this kind provided the glass edge of the tube foot measures "-erden that at the same time the heating of the interspersed with metallic lead-throughs central glass part beyond the limit of the applicable training inappropriate glass stresses critical temperature range - depending on the composition of implementing material and glass between 350 and 500 'C - takes place very quickly and in a known manner by a thermal shock, in which the speed of the temperature change is at least 50 ° C / min, so that here the temperature-time integral assumes a very small value and the temperature at each instant of heating of the metal bushings does not exceed the temperature of the glass part immediately surrounding them or does not significantly exceed them.

Lage und Größe des jeweiligen kritischen Temperaturintervalls hängen einmal von der zu verwendenden Glasart und zum anderen von der Zusammensetzung des Durchführungswerkstoffes ab. Bei Röhrenfußanschmelzungen mit Röhrenfüßen aus Weichglas und Durchführungen aus Ni Fe oder Ni Fe Cr erstrecken sich die Maßnahmen zur Vermeidung erheblicher Glasspannungen auf den Temperaturbereich von 350 bis -150° C. Bei Röhrenfüßen aus Hartglas mit Durchführungen aus Ni Fe Co liegt der kritische Temperaturbereich zwischen 400 und 500° C.The location and size of the relevant critical temperature interval depend on the one hand on the type of glass to be used and on the other hand on the composition of the Bushing material. For tube base fusions with tube bases made of soft glass and bushings made of Ni Fe or Ni Fe Cr extend the preventive measures considerable glass tension to the temperature range from 350 to -150 ° C. With tube feet made of hard glass with bushings made of Ni Fe Co is the critical temperature range between 400 and 500 ° C.

Die praktische Durchführung des Verfahrens zur Vermeidung erheblicher Glasspannungen besteht darin, daß man die Erwärmung des äußeren Glasrandes in der Weise vornimmt, daß die jeweilige Temperatur das kritische Temperaturintervall möglichst schnell durchläuft. Man läßt also den zentralen Teil mit den metallischen Durchführungen sich nicht allein durch Wärmeleitung von der Anschmelzstelle her erwärmen, sondern sieht dafür eine besondere Erwärmungsmöglichkeit vor. Diese Maßnahme vermeidet, daß dem Glas erhebliche Temperaturänderungen aufgezwungen werden, und sie ist insofern besonders vorteilhaft, als die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Glassprüngen auf Grund des Strukturverhaltens des Glases mit der Dauer der Einwirkung einer mechanischen bzw. thermischen Belastung steigt. Die Temperaturänderungsgeschwindigkeit muß zu diesem Zweck mindestens 50° C/min betragen.Practical implementation of the procedure to avoid significant Glass tension consists in the heating of the outer edge of the glass in the Wise makes that the respective temperature the critical temperature interval as possible runs through quickly. So you leave the central part with the metal bushings not only heat up through conduction from the melting point, but rather provides a special heating option for this. This measure avoids that considerable temperature changes are imposed on the glass, and insofar it is particularly advantageous than the likelihood of cracks occurring in the glass Due to the structural behavior of the glass with the duration of the action of a mechanical or thermal load increases. The rate of temperature change must be be at least 50 ° C / min for this purpose.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Method for fusing a tubular flask with a tubular foot with metallic bushings based on nickel-iron from electrical discharge vessels, with the outer, in particular ring-shaped, glass rim is heated to the required melting temperature, characterized in that that measures of this kind are provided when the glass edge of the tubular foot is heated be that at the same time the heating of the interspersed with metallic bushings central glass part beyond the limit of what is inadmissible in terms of training Glass tensions in a critical temperature range - depending on the composition of the bushing material and glass between 350 and 500 ° C - very quickly and in a known manner through a Thermal shock occurs at which the rate of temperature change is at least 50 ° C / min, so that here the temperature-time integral is very small Assumes value and at every moment of heating the temperature of the metallic The temperature of the glass part immediately surrounding them is not or does not significantly exceed.

2. The method according to claim 1, characterized in that that when using a tubular foot made of soft glass with bushings made of Ni Fe or Ni Fe Cr the critical temperature range is between 350 and 450 ° C.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that when using a tubular base made of hard glass with bushings made of Ni Fe Co, the critical temperature range is between 400 and 500 ° C. Considered publications: German Patent Specifications No. 709 201, 900 369; German patent application C 3954 VIIIc / 21 g (published on March 20, 1952); German interpretative document No. 1016 847.