DE2044277A1

DE2044277A1 - Verfahren zum hermetischen Abdichten und Evakuieren \on Vakuumgehausen

Info

Publication number: DE2044277A1
Application number: DE19702044277
Authority: DE
Inventors: Albert New York NY Bereza (V St A )
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1969-09-30
Filing date: 1970-09-07
Publication date: 1971-06-09
Also published as: DE2044277B2; DE2044277C3; GB1318651A; CH518883A

Description

Verfahren zum hermetischen Abdichten und Evakuieren von Vakuumgehäusen

Pur diese Anmeldung wird die Priorität der entsprechenden

US-Anmeldung Serial Fo. 862 401 vom 30.September 1969 beansprucht

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Evakuieren und zum hermetischen Abdichten von Vakuumgehäusen, insbesondere für Vakuumschalter, das aus zwei zueinander axial entgegengesetzt ausgerichteten Keramikröhren besteht.

Bisher war beim Evakuieren und Abdichten von Vakuumröhren und anderen Vakuumgehäusen ein zylinderförmiger Absaugstutzen an dem röhrenförmigen Gehäuse erforderlich. Während des Herstellens der Vakuumröhre wird zur gegebenen Zeit der röhrenförmige Stutzen verschlossen, nachdem die Gase durch diesen abgesaugt worden sind. Ein !Peil des röhrenförmigen Stutzens reicht über das Röhrengehäuse hinaus. Außerdem ist dieser Stutzen ein anfälliger Teil des Röhrengehäuses. Bei vielen Formen von Vakuumröhren und insbesondere von Kathodenstrahlröhren ist der Stutzen in der Mitte des Röhrenstempels angeordnet. Bei Vakuumschaltern ragt der Stutzen im allgemeinen an einer der Endkappen hervor und muß geschützt werden.

Bei diesem Verfahren.wird das Gehäuse in einem Evakuierungsofen unter genauen Temperaturbedingungen evakuiert. Da es unbequem ist, den Stutzen zu verschließen während das Gehäuse sich im Ofen befindet, wird dieses, wenn es evakuiert ist, aus dem Ofen herausgenommen, um den Stutzen abzuschmelzen. Während dieser Zeit lat mindestens ein Teil des Gehäuaes einer niedri-

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geren Temperatur als der Evakuierungstemperatur ausgesetzt, so daß die Möglichkeit einer Inplosion oder für die Ausbildung von Rissen im Gehäuse während des Abschmelzvorganges besteht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum hermetischen Verschließen bzw. Abdichten und Evakuieren von Vakuumgehäusen zu entwickeln, ohne daß dabei Absaugstutzen erforderlich sind. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an verschiedenen Stellen mit mehreren Schmelzscheiben versehene Schmelzringe zwischen den sich gegenüberstehenden Endflächen der beiden Keramikröhren angeordnet werden, daß ferner die gesamte Anordnung in einem Vakuumofen unterhalb der Schmelztemperatur der Schmelzscheiben und der Schmelzringe entgast und evakuiert wird, daß anschließend durch Erhöhung der Ofentemperatur die Schmelzscheiben und die Schmelzringe zum Schmelzen gebracht werden, wodurch die Keramikröhren hermetisch miteinander verbunden werden und daß anschließend die Ofentemperatur gesenkt und die Anordnung aus dem Ofen genommen wird.

Vorteilhafterweise wird für die Schmelzscheiben und den Schmelzring dasselbe Material verwendet, z.B. eine eutektische Silber-Kupfer-Legierung mit einem Schmelzpunkt bei etwa 778⁰C. Die Schmelzscheiben können z.B. U-förmig ausgebildet sein.

Anhand der Zeichnung und eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 im Schnitt die Anordnung eines Vakuumschalters in einem Vakuumofen zum Evakuieren und hermetischen Abdichten

nach dem Verfahren gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Vergrößerung des Bereichs A in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt durch den Vakuumschalter gemäß Fig. 1 mit Einzelheiten,

Fig. 4 eine Draufsicht entlang der Schnittlinie IV-IV in Pig.3, Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer Schmelzscheibe gemäß der Erfindung,

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Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der Anordnung einer Schmelzseheibe auf einem Schmelzring.

In Pig 1 ist mit 1 ein Vakuumofen bezeichnet, wie er gewöhnlich bei der Evakuierung und beim hermetischen Abdichten von Vakuumvorrichtungen, wie z.B. Röhren, Kathodenstrahlröhren, Schaltergehäusen, Gasentladungsröhren Verwendung findet. Der Vakuumofen 1 besteht aus einem Träger 2, welcher eine obere Plattform 3 und eine Umhüllung 4 trägt, die einen Raum 5 umschließt, welcher durch die elektrische Widerstandsheizung 6 erwärmt werden kann. Der Raum 5 ist über ein Ventil 8 mit einer Vakuumpumpe 9 verbunden. Getragen von Stutzen 11 ist ein Vakuumschalter 13 zwischen ein Paar Metallplatten 1-4/15 durch Klemmstäbe 16 eingespannt, wobei die Stäbe 16 mit Schraubenmuttern versehen sind. Die Stäbe 16 bestehen vorzugsweise aus Molybdän, welches einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der kleiner ist als derjenige der beiden Keramikröhren 19 und 20, aus denen das Gehäuse 21 des Vakuumschalters 13 aufgebaut ist.

In Fig. 2 ist der in Fig. 1 mit "A" bezeichnete Bereich in Vergrößerung dargestellt. Auf ihre Erläuterung wird später ausführlich eingegangen*

In Fig. 3 ist im Schnitt ein Vakuumschalter 13 mit Einzelheiten I dargestellt, wie er in Fig. 1 schematisch gezeigt ist. Der Vakuumschalter 13 enthält einen unbeweglichen Kontakt 23 an einem unbeweglichen Schaft 23a, welcher an eine obere Endplatte hart angelötet ist. Zum Erzeugen eines Lichtbogens dient in Zusammenwirkung mit dem feststehenden Kontakt 23 ein unterer, beweglicher Kontakt 27, der. von dem feststehenden Kontakt 23 ' getrennt werden kann. Der bewegliche Kontakt 27 befindet sich an einem beweglichen Schaft 27a, welcher luftdicht verbunden ist mit dem oberen Ende eines Metallbalgs 29· Das untere Ende des Metallbalgs 29 ist luftdicht verbunden mit einer öffnung durch die untere Endplatte 31 des Vakuumschalters M, Mit 3'2 ist ein Kondensations schirm bezeichnet, der gewöhnlich aus Kupfer

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oder Edelstahl hergestellt ist. Mit 34a sind Streifen bezeichnet, die einen integrierenden Bestandteil eines Flanschringes bilden, der vorzugsweise aus einer Eisen-Nickel-Legierung mit einer Zusammensetzung von etwa 58 # Eisen und 42 # Nickel besteht. Der Flanschring 34 kann auch aus einem Material mit 25 bis 34 # Nickel, 4 bis 7 # Kobalt, weniger als 1 tf> Mangan und als Rest Eisen bestehen. Das Material für den Planschring 34 soll dem Expansionskoeffizienten der Keramikröhren angepaßt sein.

Das Gehäuse 21 wird von einem Paar räumlich getrennten Keramikröhren 19 und 20 gebildet, die axial gegeneinander derart angeordnet sind, daß deren Endflächen 19a und 20a sich gegenüberstehen. In an sich bekannter Weise werden diese Endflächen 19a und 20a mit einer geeigneten Molybdän-Mangan-Verbindung metallisiert, z.B. durch Aufstreichen oder durch eines der bekannten Druckverfahren. Im Anschluß daran werden die einzelnen Röhren und 20 auf eine Temperatur von etwa 1540⁰C für eine halbe Stunde erwärmt. Dann werden die Enden der KerämikrÖhren 19 und 20 mit einem Nickelüberzug versehen, der aus in einem lösungsmittel gelösten reinen Nickelpulver besteht. Der Nickelüberzug wird dann für 10 Minuten auf 000° und für 5 Minuten auf 1000⁰C erwärmt. Danach können die Keramikröhren 19 und 20 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren evakuiert und hermetisch abgedichtet werden.

Zu diesem Zweck werden die einzelnen Bestandteile des Vakuumschalters 13 in die richtige Lage gebracht,und Schmelzringe 37 aus einer eutektischen Silber-Kupfer-Legierung werden zwischen den sich gegenüberstehenden Endflächen 19a und 20a angeordnet. Dieses Material fließt etwa bei 778⁰C. Die Silber-Kupfer-Legierung wird nioht nur für die Schmelzringe 37 verwendet, sondern auch für die U-förmigen Schmelzscheiben 39, wie sie in Pig.5 dargestellt sind.

Ein Schmelzring 37 wird an die metallisierte untere Fläche 19a der oberen Keramikröhre 19 angelegt. Eine Anzahl, ζ B. drei, oder

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in gewissen Abständen eine größere Zahl, z.B. sechs, U-förmige SchmelzScheiben 39, werden um einen Teil 37a des Schmelzrings gewunden, wie es in den Figuren 2 und 6 gezeigt ist. Unmittelbar unterhalb des Schmelzringes 37 befindet sich der tragende Planschbereieh 34 des Kondensationsschirmes 32. Unterhalb des Planschringes 34 folgt dann ein weiterer Schmelzring 37, der sich auf der oberen Bndfläche 20a der unteren Keramikröhre 20 befindet, wie aus Pig. 2 ersichtlich ist.

Weitere Schmelzringe 37 sind auf den oberen und unteren ebenfalls metallisierten Endflächen 19b und 20b der Keramikröhren 19 und 20 zwischen den Ringflanschen 43 und 44 der Metallplatten 25 und 31 angeordnet. Die Platten 25 und 31 können z.B. aus Edelstahl oder aus einer Eisen-Nickel-Legierung sein.

Bei Verwendung einer Mehrzahl von räumlich getrennten Schmelzscheiben 39 ergibt sich ein peripherer Durchlaß 50 (Pig.4), der z.B. 0,2 mm dick ist, durch den okludierte Gase sowie andere gasförmige Bestandteile aus den erhitzten Metallteilen des Vakuumschalters 13 abströmen können.

Zunächst wird für eine halbe bis dreiviertel Stunde vorgepumpt,

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um den Druck innerhalb des Vakuumofens auf 10 Torr zu reduzieren. Der Vakuumofen wird dann auf eine Temperatur unterhalb von 778⁰C, auf 65O⁰C, erwärmt. Hierbei erfolgt das Entgasen und Evakuieren für 2 i/2 bis 3 Std. Daran schließt sich ein Ausbrennen bei einer Temperatur von 725⁰C für eine Stunde an.

Wenn der gewünschte Grad der Evakuierung und der Entgasung erreicht ist, wird für 25 Minuten die Temperatur des Vakuumofens schnell auf einen Wert oberhalb 778⁰C erhöht, auf 850⁰C, bei der die Schmelzringe 37 und die Schmelzscheiben 39 schmelzen, wodurch eine hermetische Abdichtung bzw. ein hermetischer Verschluß entsteht.

Die unterschiedliche Ausdehnung der Stäbe 16 bewirkt ein Zusammenpressen der gesamten Einheit 1"5 zu einem hermetisch abgeschlosse-

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nen System. Danach wird der Ofen stufenweise abgekühlt.

4 Patentansprüche 6 Figuren

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Claims

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Patentans prüche

Verfahren zum Evakuieren und zum hermetischen Abdichten eines —" Vakuumgehäuses, insbesondere für Vakuumschalter, das aus zwei zueinander axial entgegengesetzt ausgerichteten Keramikröhren besteht, dadurch gekennzeichnet, daß an verschiedenen Stellen'mit mehreren Schmelzscheiben (39) versehene Schmelzringe (37) zwischen den sich gegenüberstehenden Endflächen (19a, 20a) der beiden Keramikröhren (19> 20) angeordnet v/erden, daß ferner die gesamte Anordnung in einem Vakuumofen unterhalb der Schmelztemperatur der Schmelzscheiben (39) und Schmelzringe (37) entgast und evakuiert wird, daß anschließend durch Erhöhung der Ofentemperatur die Schmelz- \ scheiben (39) und die Schmelzringe (37) zum Schmelzen gebracht werden, wodurch die Keramikröhren (19> 20) hermetisch miteinander verbunden werden und daß anschließend die Ofentemperatur gesenkt und die Anordnung aus dem Ofen genommen 'wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Schmelzscheiben (39) und den Schmelzring (37) dasselbe Material verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine eutektische Silbe'r-Kupfer-legierung mit einem Schmelzpunkt

von etwa 778⁰O verwendet wird. ■ · a
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Tl-förmige Schmelzscheiben (39) verwendet v/erden. *

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