DE3526963C2 - Verfahren zum Herstellen eines Vakuumgefäßes - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Vakuumgefäßes

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie die Verwendung des Verfahrens bei elektrischen Vakuum-Entladungsanordnungen, bei deren Betrieb erhöhte Temperaturen und/oder hohe elektrische Spannungen auftreten.
Es ist bekannt, Elektronenröhren, insbesondere Elektronenstrahlröhren wie z. B. Wanderfeldröhren, mit Bauteilen in Metall-Keramik- Technik zu versehen. So ist es einerseits bekannt, die Vakuumhülle solcher Röhren in Metall-Keramik-Bauweise herzustellen. Ebenso ist es bekannt, Bauteile innerhalb der Röhre, wie z. B. die Elektronenauffänger, die Hochfrequenzwellenleiter oder das Elektronenstrahlerzeugungssystem in Metall-Keramik-Bauweise herzustellen. Die Herstellung erfolgt in z. B. aus der US 2 667 427 bekannter Weise, indem zunächst die Verbindungsflächen der Keramikteile aus Al₂O₃-Keramik bei Temperaturen von über 1000°C in Wasserstoffat­ mosphäre mit einer eingebrannten Metallisierungs­ schicht versehen werden und dann die Metallkeramik­ lötungen bei Temperaturen zwischen 600°C und 1100°C vorgenommen werden. Es ist ebenso bekannt, daß nicht zuletzt aus Kostengründen eine Al₂O₃-Keramik zur Verwendung gelangt, die noch einige Prozent, z. B. 2-3% Verunreinigungen enthält. Hauptsächlich vor­ kommende Verunreinigungen sind Metalloxyde, wie Magnesiumoxyd und Calciumoxyd.
Bei Elektronenröhren, wie z. B. bei Wanderfeldröhren mit solchen, auf bekannte Weise hergestellten Metall-Kera­ mikbauteilen, konnten im Betrieb Verschlechterungen der Isolationseigenschaften der Al₂O₃-Keramikbauteile festgestellt werden, die sich insbesondere bei Anlie­ gen höherer Betriebsspannungen nachteilig auswirkten.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, bei einem eingangs genannten Vakuumgefäß, insbesondere einer derartig ausgebildeten elektrischen Entladungsröhre, die Isolationseigenschaften der Al₂O₃-Keramikbauteile nachhaltig zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch Anwendung des beschriebenen Verfahrens lassen sich Elektronenröhren mit Metall-Keramik-Bauteilen herstellen, deren elektrische Isolationseigenschaften bei hohen elektrischen Spannungen und bei erhöhten Tempe­ raturen, wie sie z. B. im Bereich der Kathode oder des Elektronenauffängers auftreten, über sehr lange Zeiträume sehr hohen Anforderungen genügen.
Solch hohe Anforderungen werden z. B. an Wanderfeld­ röhren gestellt, die als Leistungsverstärker in Satelliten viele Jahre lang ihren Dienst tun müssen, ohne daß die Möglichkeit eines Auswechselns besteht.
Es wird angenommen, daß die Verbesserung der Iso­ lationseigenschaften durch den eingefügten Glühprozeß im Vakuum dadurch entsteht, daß von der Oberfläche der Keramik metallische Verbindungen abgedampft werden, die sich während des Glühprozesses beim Auf­ bringen der Metallisierungsschicht auf die Al₂O₃-Ke­ ramik in reduzierender Atmosphäre gebildet haben. So wird angenommen, daß sich z. B. aus der Verunrei­ nigung Calciumoxyd, die bis zu 1% in üblicher tech­ nischer, etwa 97%iger Al₂O₃-Keramik enthalten ist, bei den hohen Einbrenntemperaturen der Metallisierungs­ schicht, die z. B. aus einem Molybdän-Mangan-Gemisch bestehen kann, von etwa 1600°C in der reduzierenden H₂-Atmosphäre metallisches Calcium oder ein Mischme­ tall wie Calciumaluminat an der Keramikoberfläche bildet. Diese Stoffe können als Elektronenemitter und somit isolationsvermindernd wirken, insbesondere wenn höhere Temperaturen und höhere elektrische Spannungen vorhanden sind. Durch die eingefügte Vakuumerhitzung werden diese Stoffe abgedampft und aus dem Vakuumraum entfernt.
Nachfolgend wird die Herstellung einer in Metall-Ke­ ramik-Technik aufgebauten Wanderfeldröhre als bevor­ zugtes Ausführungsbeispiel näher beschrieben.
Die einzelnen Keramikbauteile aus technischer etwa 97%iger Al₂O₃-Keramik, die üblicherweise unter anderem mit Ca- und Mg-Verbindungen verunreinigt ist, werden an den vorgesehenen Verbindungsflächen mit einer Metallpulverpaste, z. B. MoMn-Pulverpaste, bestri­ chen, die in einem Ofen bei etwa 1600°C in H₂-Atmos­ phäre zu einer Metallisierungsschicht eingebrannt wird. Dann werden ebenfalls in einem Ofen, zweckmäßig in Schutzgasatmosphäre, die Metallteile z. B. mit einem Ag-Cu-Lot an die metallisierten Flä­ chen der Keramik bei ca. 800°C angelötet. Die Metall­ teile und die Keramikbauteile bilden zweckmäßig sowohl das Vakuumgefäß als auch ein Vakuumgefäß enthaltene Elektrodenbaugruppen.
Gemäß der Erfindung wird nun der genannte Metall- Keramik-Baukörper bzw. die einzelnen Metall-Keramik- Baugruppen in einem Vakuum von etwa 1,3 · 10-2 bis 10-8 Pa auf eine Temperatur unterhalb der Löttemperatur, insbe­ sondere etwa 600°C bis 700°C, erhitzt (geglüht). Danach kann dann die Röhre in üblicher Weise evakuiert und verschlossen werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen eines Vakuumgefäßes mit Bauteilen in Metall-Keramik-Technik, bei dem ein Keramikbauteil aus mit geringen Mengen anderer Metallverbindungen verunreinigter Al₂O₃-Keramik in einem Hochtemperatur-Glühprozeß in reduzierender Atmosphäre mit einer Metallisierungsschicht versehen wird, dann das Keramikbauteil an den metallisierten Stellen mit einem Metallteil verlötet wird und anschließend das mit dem verlöteten Metall-Keramik-Bauteil versehene Vakuumgefäß evakuiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikbauteil nach erfolgter Verlötung mit dem Metallteil und vor Evakuierung des Vakuumgefäßes einem Glühprozeß bei unterhalb der Löttemperatur liegenden Temperaturen von weniger als 1200°C im Vakuum unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühprozeß bei einem Vakuum von etwa 1,3 · 10-4 Pa vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühprozeß bei Temperaturen zwischen 500°C und 800°C vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühprozeß bei Temperaturen zwischen 600°C und 700°C vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Anwendung bei der Herstellung einer Elektronenröhre im Kathoden- und/oder Elektronenauffängerbereich.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Verwendung bei der Herstellung einer mit hohen Spannungen betriebenen elektrischen Entladungsanordnung.
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