DE597599C

DE597599C - Vacuum-tight connection of quartz glass with degassed metal shells used to introduce current

Info

Publication number: DE597599C
Application number: DE1930597599D
Authority: DE
Inventors: Dr Denes Gabor
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1930-11-23
Filing date: 1930-11-23
Publication date: 1934-05-28
Also published as: NL32516C

Description

Vakuumdichte Verbindung von Quarzglas mit zur Stromeinführung dienenden entgasten Metallschalen Das Problem der vakuumdichten Stromeinführungen in evakuierte Gefäße aus Quarzglas, wie Metalldampflampen, Senderöhren usw., hat bisher keine vom technischen Gesichtspunkt befriedigende Lösung gefunden.. Der verschwindende thermische Ausdehnungskoeffizient von Quarzglas vereitelt die unmittelbare Einschmelzung von Drähten, und man maßte daher zur Abdichtung der Stromeinführungen zu Ersatzmitteln greifen.Vacuum-tight connection of quartz glass with those used for introducing current degassed metal shells The problem of vacuum-tight current inlets in evacuated Vessels made of quartz glass, such as metal halide lamps, transmitter tubes, etc., have not yet had any found a satisfactory solution from a technical point of view .. The disappearing one thermal expansion coefficient of quartz glass prevents immediate melting of wires, and measures were therefore taken to seal the current inlets for substitutes to grab.

Die bisherigen Lösungen lassen sich in drei Gruppen einteilen. Die erste Gruppe sieht ,eine gestaffelte Dichtung vor. Ein in Quarz eingeschliffener Invarstift oder ein eingequetschter Wolframdraht stellt die an das Vakuum angrenzende Stufe dar; darauf folgt Quecksilber oder lein festes Metall, darauf ein Kitt, wie Pizein, Lack o. dgl. Die erste Stufe dichtet dabei gegen die zweite, die zweite ,gegen die Kittang ab und erst die Kittang gegen Luft.The previous solutions can be divided into three groups. the the first group provides for a staggered seal. One ground in quartz Invar pin or a crimped tungsten wire represents the one adjacent to the vacuum Stage represent; this is followed by mercury or a solid metal, followed by a putty, like Pizein, varnish or the like. The first stage seals against the second, the second , against the kittang and first the kittang against air.

Die zweite Gruppe sieht eine Metallisierung der Quarzoberfläche und Auflötung einer Kappe aus einem Metall von geringem Ausdehnungskoeffizienten, wie Innar, vor.The second group sees a metallization of the quartz surface and Soldering a cap made of a metal with a low coefficient of expansion, such as Innar, before.

Die dritte Gruppe vorn Einführungen beruht auf der Verwendung von Zwischengläsern,. die einen abgestuften, übergang zu einer Glassorte herstellen, welche eine unmittelbare Einschmelzung .gestattet. Alle diese Lösungen leiden darunter, daß sie nur bis zu recht geringen Temperaturen und Temperaturwechseln vakuumdicht halten. Dies gilt nicht nur von den bisher am meisten verwendeten Kittangen. und den recht unzuverlässigen Lötungen, sondern auch von den Einschmelzungen mit Zwischengläsern, die besonders bei raschem Temperaturwechsel wenig beständig sind, denn jede Verbindungsstelle zweier verschiedener Glassorten bedeutet eine Schwächung des Apparates in dieser Hinsicht. Man konnte daher bei Quarzapparaten, wie Quecksilberlampen, diese Stellen bisher noch nicht einmal so hoch beanspruchen wie bei Gefäßen aus gewöhnlichem Glas und konnte daher die enorme Temperatur- und Temperaturwechselb:eständigkeit von Quarzglas nicht entfernt ausnutzen. Im Betrieb war man gezwungen, die Einführungsstellen kalt zu halten. Bei der Herstellung von Vakuumapparaten aus Quarzglas konnten. diese Stellen niemals so hoch entgast werden wie bei Glasapparaten, bei denen es möglich ist,, den ganzen Apparat bis zur Erweichun,gsgrenze des Glases, also etwa bis zur schwachen Rotglut, zu erhitzen.The third group in front of introductions is based on the use of Intermediate glasses ,. which produce a gradual transition to one type of glass, which allows immediate melting. All of these solutions suffer from that they are only vacuum-tight up to very low temperatures and temperature changes keep. This is not only true of the putty tongs most used to date. and the rather unreliable soldering, but also the seals with intermediate glasses, which are not particularly resistant to rapid temperature changes, because every connection point two different types of glass mean a weakening of the apparatus in this Respect. You could therefore find these points in quartz apparatus such as mercury lamps so far not even as high stress as with vessels made of ordinary glass and was therefore able to demonstrate the enormous resistance to temperature and temperature changes of Do not use the quartz glass removed. In operation one was forced to use the introductory points to keep cold. In the manufacture of vacuum apparatus from quartz glass could. these Places never degassed as high as with glass apparatus, where it is possible is ,, the whole apparatus up to the softening limit of the glass, so about up to weak red heat, to heat.

Gegenstand dieser Erfindung ist eine vakuumdichte, 'unmittelbare Einschmelzung von Metall in Quarz, bei welcher das Quarzglas mit dem Metall auf einer ringförmigen Fläche unmittelbar verbunden ist. Der Metallkörper ist dabei in an sich bekannter Weise, zum mindesten an der Einschmelzstelle, als sehr dünnwandige, rotationssymmetrische (zylindrische, konische usw.) Schale ausgebildet, zweckmäßig mit zuggeschärftem Rand, der an seiner Innen- und Außenseite mit dem Quarzglas verschmolzen ist.The subject of this invention is a vacuum-tight, 'immediate meltdown of metal in quartz, in which the quartz glass with the metal on an annular area is directly connected. The metal body is in a known manner, at least at the melting point, as very thin-walled, rotationally symmetrical ones (cylindrical, conical, etc.) shell formed, expediently with Zugschärftem Edge that is fused to the quartz glass on its inside and outside.

Gemäß der Erfindung besteht nun die entgaste Metallschale zum mindesten an den mit Quarz in Berührung stehenden Teilen aus Tantal oder Niob.According to the invention, there is now at least the degassed metal shell on the parts made of tantalum or niobium in contact with quartz.

Es ist bekanntlich möglich, Quetschungen von Wolframdraht in Quarz auf folgende Weise herzustellen. Ein Wolframdraht mit sauberer Oberfläche wird in. eine enge Kapillare eingeführt, diese wird hoch @evakuiert und von außen mit der Gebläseflamme bis zum Erweichen des Quarzglases erhitzt. Durch den Luftdruck wird die Quarzkapillare zusammengedrückt und schmiegt sich gut an den Wolframdralit n. Bei der Abkühlung der Kapillare zeigt es sich nun, daß der Wolframdraht sich glatt vom Quarz ablöst, ohne daß das Quarzglas eine Spur von Haften am Metall zeigt. Es bildet sich dann ein dünner kapillarer Zwischenraum, der durch Kittangen u. dgl. gedichtet wird. Das Nichtbenetzen des Wolframs durch geschmolzenes Quarz ist also Vorbedingung für das Gelingen dieser Einschmelzungen ohne Sprünge und Risse. Versuche haben nun gezeigt, daß an diesem Umstand nichts geändert wird, wenn das Wolfram vorher im HochvakuumbeiTemperaturen bis zu etwa i 8oo° entgast wird. Bei Wolframdraht, der bei zaoo° oder höher entgast worden ist, zeigt sich nun die überraschende Erscheinung, daß solche Quetschungen zahlreiche Risse und Sprünge bekommen; Quarz benetzt ,also hochentgastes Wolfram selbst dann, wenn @es ,nasch der Entgasung längere Zeit an Luft gelegen hat.It is known to be possible to crush tungsten wire into quartz in the following way. A tungsten wire with a clean surface is put in. a narrow capillary is introduced, this is highly @evacuated and from the outside with the Fan flame heated until the quartz glass softens. Due to the air pressure the quartz capillary is compressed and hugs the tungsten dralite n. As the capillary cools down, the tungsten wire is now shown to be smooth detached from the quartz without the quartz glass showing any trace of adhesion to the metal. It A thin capillary space is then formed, which is replaced by putty rods and the like. is sealed. So the non-wetting of the tungsten by fused quartz is Precondition for the success of these meltdowns without cracks and cracks. try have now shown that nothing is changed in this situation if the tungsten is degassed beforehand in a high vacuum at temperatures of up to approx. For tungsten wire, which has been degassed at zaoo ° or higher, the surprising appearance is now evident, that such bruises develop numerous cracks and cracks; Quartz wetted, so Highly degassed tungsten even if @es, after degassing for a long time Air.

Systematische Versuche, Quetschungen von anderen Metallen in Quarz herzustellen, zeigten, daß die Tatsache des Benetzens des Metalls mit Quarz noch viel ausgeprägter bei entgastem Tantal und Niob ist. In hochentgastem Zustand wird Tantal und Niob vom Quarz vollkommen benetzt. Auf der Erkenntnis, daß diese für die Herstellung von Quetschungen ungünstige Eigenschaft von entgasten Tantal und Niob gerade die Benutzung dieser beiden Metalle zur Erzielung direkter vakuumdichter Einschmelzungen in Quarz ge-.eignet macht, beruht der Vorschlag gemäß der Erfindung.Systematic attempts to crush other metals into quartz Manufacture showed that the fact of wetting the metal with quartz is still is much more pronounced in degassed tantalum and niobium. In a highly degassed state Tantalum and niobium completely wetted by quartz. On the knowledge that this is for the production of bruises unfavorable property of degassed tantalum and Niobium just made use of these two metals to achieve direct vacuum tightness Makes fusing in quartz suitable, the proposal is based on the invention.

Versuche zur Herstellung dichter Einschmelzungen von dünnwandigen Rohrstücken aus Tautal in Quarz nach der oben beschriebenen, bei Drähten geübten Methode führten aber zu keinem Erfolg. Es zeigt sich, daß die Festigkeit von Quarz zu gering war, um den: Zugkräften durch das sich zusammenziehende Metall zu widerstehen. Bei nicht allzu großem Rohrdurchmesser wurden selbst durch die dünnsten herstellbaren Tantalrohrstücke muschelige Stücke aus dem Quarz herausgesprengt.Attempts to produce dense melts of thin-walled Pieces of tubing from Tautal in quartz according to the method described above, which is used for wires Method did not lead to any success. It turns out that the strength of quartz Was too low to withstand the tensile forces caused by the contracting metal. If the pipe diameter was not too large, even the thinnest of them could be produced Pieces of tantalum tube, shell-like pieces blown out of the quartz.

Das Verfahren, das zum Erfolg geführt hat und zur Herstellung der Verbindungen gemäß der Erfindung dient, besteht nun darin, das geschmolzene Quarz im Hochvakuum in an sich bekannter Weise derart an den Rand der Metallschale heranzubringen, daß es diese auch von innen abstützt. Es zeigte sich, daß, wenn die Schale von innen und außen mit einem Quarzsaum verschmolzen wurde, der innere Saum die Kräfte, die durch das sich zusammenziehende Metall ausgeübt werden, so vollständig aufnimmt, daß am Außensaum keine Zugspannungen auftreten, die zu Sprüngen oder Rissen führen.The process that led to the success and the manufacture of the Serving compounds according to the invention is now the fused quartz bring them to the edge of the metal shell in a manner known per se in a high vacuum, that it also supports them from within. It turned out that if the shell from the inside and the outside was fused with a quartz hem, the inner hem the forces that exercised by the contracting metal, so completely absorbs, that no tensile stresses occur on the outer seam that lead to cracks or tears.

Ein besonderer Vorteil der Metalle Tantal und Niob besteht darin, daß sie im hochentgasten Zustand ;eine Weichheit erlangen, die der des Kupfers nahekommt und diese auch bei längerem Labern an Luft nicht verlieren. Außer für Quarzglas läßt sich das Verfahren auch für hochschmelzende Gläser mit geringem Ausdehnungskoeffizienten verwenden.A particular advantage of the metals tantalum and niobium is that that in the highly degassed state they acquire a softness that comes close to that of copper and don't lose them even after prolonged babbling in air. Except for quartz glass the process can also be used for high-melting glasses with a low coefficient of expansion use.

Claims

PATENT CLAIM: Vacuum-tight connection of quartz glass with degassed used for current introduction. Metal shells, in which the metal shell is fused with quartz glass on the inside and outside of its annular edge, characterized in that the degassed metal body consists of tantalum or niobium at least on the parts in contact with quartz.