DE855428C - Verfahren zum Herstellen von dichten Verbundstellen zwischen Glas- und Metallteilen - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von dichten Verbundstellen zwischen Glas- und Metallteilen

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DE855428C
DE855428C DEC3997A DEC0003997A DE855428C DE 855428 C DE855428 C DE 855428C DE C3997 A DEC3997 A DE C3997A DE C0003997 A DEC0003997 A DE C0003997A DE 855428 C DE855428 C DE 855428C
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DE
Germany
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glass
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metal
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heating
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Application number
DEC3997A
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Inventor
Pierre Dussaussoy
Maxime Grivot
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Thales SA
Original Assignee
CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J5/00Details relating to vessels or to leading-in conductors common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J5/20Seals between parts of vessels
    • H01J5/22Vacuum-tight joints between parts of vessel
    • H01J5/26Vacuum-tight joints between parts of vessel between insulating and conductive parts of vessel
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2893/00Discharge tubes and lamps
    • H01J2893/0033Vacuum connection techniques applicable to discharge tubes and lamps
    • H01J2893/0037Solid sealing members other than lamp bases
    • H01J2893/0041Direct connection between insulating and metal elements, in particular via glass material
    • H01J2893/0043Glass-to-metal or quartz-to-metal, e.g. by soldering

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  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)

Description

  • Verfahren zum Herstellen von dichten Verbundstellen zwischen Glas- und Metallteilen Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von dichten Verbundstellen, die insbesondere zur Bildung von luftdicht abgeschlossenen Hüllen, z. B. von Elektronenröhren, bestimmt sind, und sie betrifft insbesondere Dauerverbundstellen zwischen Teilen aus Metall und aus Glas oder einem ähnlichen Werkstoff, welche im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
  • Bislang wurden fü-r die Herstellung einer dichten Verbundstelle zwischen einem Metallteil, insbesondere aus Kupfer, und einem Glasteil, beispielsweise mittels eines Bunsenbrenners die Ränder des Glasstücks zum Schmelzen gebracht, wobei das Glas in bezug auf das Metall auf eine für das Verbinden ausreichende Temperatur gebracht wird. Die so gebildete Dichtstelle wurde dann einem Pumpvorgang zur (Erzielung der erforderlichen Luftleere unterworfen, wobei dieser Vorgang mit dem gewöhnlichen Arbeitsgang des Entleerens und Entgasens verbunden wurde.
  • Dieses Verfahren bedingt notwendigerweise eine verhältnismäßig große Wärmezufuhr, die eine relativ große Menge der Glasmasse auf eine Temperatur bringt, welche größer ist als die Erweichungs- oder Schmelztemperatur, was oft Verformungen der Wandung zur Folge hatte; diese Verformungen sind um so gefährlicher, als dadurch leicht der räumliche Aufbau der Röhre gestört wird, insbesondere wenn die Wandung die Elektroden trägt. Außerdem hat die Schwächung des Randes 'über eine verhältnismäßig große .Schichttiefe ihrerseits die Gefahr der Störung des räumlichen Aufbaus der Röhre im Gefolge. Das bedingt einen verhältnismäßig großen Ausschuß bei der Herstellung von Röhren, insbesondere solchen, welche für sehr hohe Frequenzen bestimmt sind, in denen die Abstände zwischen den Elektroden sehr klein sind und ihre Lage äußerst genau einzuhalten ist.
  • Im übrigen führt der thermische Arbeitsgang des Schmelzens, während die Röhre noch mit Luft gefüllt ist, zu einer Verformung oder sonstigen nachteiligen Veränderungen der Elektroden, insbesondere zur Oxydation der Kathode, und zwar vor allem bei den kleinen Röhren, bei denen die Elektroden sich im Bereich der Erwärmung befinden und daher Verformungen durch Wärmestrahlung erleiden können.
  • Die Erfindung bezieht sich vor allem auf ein neues Verfahren, welches die vorerwähnten Nachteile beseitigt und zu einer Verbundstelle dichter und dauerhafter Art führt.
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Herstellungsverfahren, welches es zuläßt, daß die thermischen Arbeitsgänge des Schmelzens denjenigen des Pumpens nachfolgen, so daß also die bereits ausgepumpte Röhre erhitzt wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein industrielles Verfahren, in dessen Verlauf die Temperatur der Glasmasse immer innerhalb verhältnismäßig niedriger Grenzen verbleibt, welche die Gefahr der Verformung praktisch ausschließen, wobei die Wärmezufuhr zur Verbundstelle hin gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilt erfolgt. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren, in dessen Verlauf nur eine außerordentlich dünne Glasschicht ihren Aggregatzustand ändert und ihre mechanische Widerstandsfähigkeit verliert, wodurch die Gefahr einer nachteiligen Rückwirkung auf den räumlichen Aufbau der Röhre auf einen Mindestwert gehalten wird, wobei diese Gefahr außerdem vollständig durch Verwendung von geeigneten Abstandsstücken beseitigt werden kann.
  • Erfindungsgemäß erhalten zunächst die Teilstücke eines jeden der Verbundstücke, bevor sie in Kontakt miteinander gebracht werden, eine Oberflächenform, die geeignet ist, daß sie sich dicht gegeneinander abstützen; dann wird nur die Glasoberfläche einem Polierverfahren unterworfen, das sie vorteilhaft auf Spiegelschliff bringt. Diese mechanischen Vorarbeiten dienen zur Herstellung eines Kontaktes zwischen den Flächen, derart, daß sie, trotzdem sie als ausreichende Dichtung gegenüber der Luftleere bzw. dem Unterdruck gelten können, in einer Aufeinanderfolge von Unterbrechungen, d. h. ohne Verbindung untereinander, kleinste Luftbläschen oder Lufttaschen zwischen dem Metall und dem Glas aufweisen.
  • Nachdem die Teilstücke miteinander verbunden sind, wird der Zusammenbau ausgepumpt; wobei der innige Kontakt zwischen den Unregelmäßigkeiten des Metalls und der polierten Glasfläche eine ausreichende Abdichtung der Hülle gewährleistet. Wenn einmal ein verhältnismäßig gutes Vakuum erreicht ist, wird das metallische Teilstück gleichmäßig auf eine solche Temperatur gebracht, daß eine sehr dünne Glasschicht im Kontakt mit dem Metall die Verformungstemperatur erreicht und ihren Aggregatzustand ändert. In diesem Augenblick dringt das Glas, nachdem es plastisch geworden ist, unter der Einwirkung des Außendruckes infolge des Vakuums in die Vorsprünge oder sonstigen Unregelmäßigkeiten des Metalls ein und verankert sich dort, wobei eine gewisse Menge des Metalloxyds in Lösung geht, das sich durch die thermische Wirkung und infolge der Anwesenheit der Luft, die im kalten Zustand in der Verbundstelle eingeschlossen ist, gebildet hat.
  • Der thermische Arbeitsvorgang spielt sich im Innern eines Heizofens oder einer Heizkammer ab, wobei die Röhre immer an der Pumpe ist, die zweckmäßig mit derjenigen der Heizkammer kombiniert ist.
  • Entsprechend einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung wird der thermische Arbeitsvorgang mittels eines Hochfrequenzinduktors durchgeführt, welcher durch Induktion die Metallmasse erwärmt.
  • Gemäß einer andern Ausführungsforen kann er auch durch einen elektrischen Heizwiderstand bewirkt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man sich gegen jede Veränderung der Raumform, so klein sie auch sein mag, dadurch schützen, daß man zwischen den zu verbindenden Teilstücken Abstandshalter vorsieht, welche die relativen Stellungen sehr genau festlegen. Die Erfindung soll nunmehr beispielsweise an \Hand der Zeichnung ausfiihrlicher beschrieben werden, und zwar zeigt Abb. i schaubildlich die Anwendung der Erfindung bei einer Verbundstelle zwischen zwei aneinanderstoßenden Teilstücken, Abb. ia in stark vergrößertem Maßstab einen Teil der Verbundstelle zwecks Verdeutlichung der Vorgänge beim Schmelzen, Abb.2 ein Hochfrequenzrohr gemäß der Erfindung, während Abb.3 die Anwendung der Erfindung für die Herstellung einer Scheinwerfer (Strahlrohr) genannten Röhre für Dezimeterwellen unter Verwendung von Abstandshaltern wiedergibt.
  • Die Seitenkanten des Glasstückes y' und des Teilstückes M aus Einschmelzmetall, beispielsweise dem unter der Bezeichnung »Kovar« bekannten Metall, werden zu Beginn einer Bearbeitung unterzogen, um den Oberflächen vor dem Aufeinanderbringen ein Profil zu geben, welches ein vollkommenes Anliegen sichert. Man bedient sich zu diesem Zwecke im allgemeinen Oberflächenbearbeitungswerkzeugen, die mit Schmirgel bestimmter Korngröße überzogen sind. Die Oberflächen werden vollkommen plan gearbeitet, wie dies in Abb. i dargestellt ist, wobei sich der eine -Teil gegen den anderen gemäß der Trennebene S anlegt; doch kann natürlich auch den Seitenkanten eine andere Form gegeben werden, derart, daß sie beispielsweise Kurvenflächen folgen.
  • Das Schmirgeln ruft körnige bzw. unregelmäßige Oberflächen hervor, d. h. Flächen, bei denen kleine Höhlungen mit kleinen Vorsprüngen abwechseln, wie dies in stark vergrößertem Maßstab in Abb. ia gezeigt ist, wo die Metalloberfläche NT in dieser Weise dargestellt ist.
  • Das Glas allein wird dann einem Polierverfahren unterworfen, um die Unregelmäßigkeiten zu beseitigen, wobei vorzugsweise dieses Polieren so weit getrieben wird, daß eitle optische Politur erzielt wird, welche der einer Spiegelfläche entspricht. Im allgemeinen wird dieses Polieren mittels Anpressens gegen eitle Filzunterlage bewirkt, welche mit einer Schicht sehr feinen Aluminiums oder eines ähnlichen Werkstoffs belegt ist, das schleifspurenfrei poliert.
  • Die beiden Teilstücke werden daraufhin mit den Enden gegeneinandergelegt, woraufhin der so gebildete Hohlkörper ausgepumpt wird.
  • Dieser Arbeitsvorgang wird vorzugsweise im Innern einer IIeizkaminer ausgeführt, welche schaubildlich durch das Viereck F. angedeutet ist. Wie sich ohne weiteres aus _'11>h. ia ergibt, wird ein solcher Kontakt erzielt, daß ein luftdichter Verschluß entstellt, so daß die Pumpwirkung so weit getrieben werden kann, daß ein ziemlich hohes Vakuum erreicht wird.
  • Die Heizkammer wird dann auf eine Temperatur gebracht, die für das Entgasen ausreicht, beispielsweise 3o° C, andererseits noch genügend unterhalb der Verformungstemperatur des Glases liegt. Der thermische Arbeitsvorgang des Verschmelzens wird mit dieser 'Erhitzung kombiniert, was es möglich macht. thermische Stoßbeanspruchungen zu vermeiden. Der Arbeitsvorgang besteht darin, die Masse des Metalls auf eine Temperatur in der Größenordnung von 6oo bis 65ö' C zu bringen. Dieser Arbeitsvorgang dauert etwa '/2 Stunde und wird durch einen Hochfrequenzinduktor HF bewirkt, welcher mit dem Metallstück M gekoppelt ist. Die gute Leitfähigkeit des letzteren sorgt dafür. daß diese Temperatur gleichförmig im ganzen Abschnitt in hezug auf das Glas erreicht und dieses sich durch Kontakt erhitzt. Die schlechte thermische Leitfähigkeit des Glases hat zur Folge, daß mir eine winzig dünne Schicht i bis 2 des Seitenrandes auf eine Temperatur gebracht wird, welche ihren Aggregatzustand verändert und sie verformbar bzw. plastisch macht. Der 'übrige Teil der Glasmasse behält seinen festen Aggregatzustand sowie seine mechanische Widerstandsfähigkeit bei.
  • Unter der Einwirkung des Außendrucks infolge des Vakuums wird die dünne Glasschicht in die Höhlungen der metallischen Oberfläche hineingedrückt und verankert sich gegen dessen Vorsprünge. Zur selben Zeit ermöglicht die Anwesenheit von Luft in den isolierten Taschen der Verbundstelle die Oxydation des erhitzten Metalls, wobei die Oxydschicht in das Glas infolge seiner Affinität in Lösung geht. Die sehr innige Verbindung der beiden Werkstoffe, zusammen mit der Durchdringung und Verankerung der Oberflächen, sichern eine vollkommen dichte und dauerhafte Verbundstelle.
  • Es ist festgestellt worden, daß bei den oben ange-"ehenen Arbeitsbedingungen bezüglich der Erlcitzung nur eine Schicht des Glases in der Größenordnung von einigen Zehntelmillimetern eitle Zustandsänderung erfährt und sich die körnige Oberfläche des Metalls abbildend verformt und daß die Schichtstärke dieser Schicht entsprechend der Art der in Betracht kommenden Verbundstelle eiligeregelt werden kann, und zwar durch Änderung der Temperatur des Metalls und der Zeitdauer der Erwärmung.
  • Während dieser thermischen Behandlung behält die Verbundstelle ihre Dichtungseigenschaften und verwandelt sich in eine Dauerverbundstelle, ohne <iaß das Vakuum im Innern der Hülle darunter leidet. Es ergab sich, daß alle Elektroden, vor allem die Kathode, gegen Oxydation geschützt blieben. Andererseits wurde die Temperatur des Glases in der Nähe der Schmelzstelle nur sehr wenig über die Verformungstemperatur hinaus gesteigert, während der Restteil des Stückes nicht die Erweichungstemperatur erreichte, so daß keine Verforcnung des Stückes zu befürchten war.
  • Das fertiggeschmolzene Rohr, das ganz unter der Einwirkung der Pumpe im Innern der Heizkammer verbleibt, wird entgast und schließlich durch Verschließen bzw. Abschmelzen des Pumpenstutzens fertiggestellt.
  • Abb. 2 stellt eine Hochfrequenzröhre dar, welche entsprechend dem vorbeschriebenen Arbeitsverfahren hergestellt worden ist. An die Kupferanode A wird über eine Verbindung ß, die in der freien Luft hergestellt werden kann, ein Ringteil M aus einem Metall angeformt, welches den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Glas V aufweist, welches die Stromeingänge hält. Die Verbindung zwischen 1l7 und V wird gemäß der Erfindung hergestellt.
  • Erwähnt sei, daß da die Schwächung des Glases nur sehr klein ist, und ein Überlappen oder Vbergreifen der Wände nicht stattfindet, die Verbindungsstelle keine Unregelmäßigkeiten oder Rauheiten aufweist, welche für die Verbindungen charakteristisch sind, die in der Flamme oder sonstwie hergestellt werden und bei denen ein verhältnismäßig großer Teil oder Abschnitt des Glases hei der Verbindung verformt wird.
  • Das Durchdrücken einer kissenförmigen Schicht des Glases in das Metall hat praktisch keine Ein-@virkung auf die Raumform der Röhren der gebräuchlichen Art. Jedoch kann selbst eine axiale Veränderung um ein Zehntelmillimeter sich auf die Charakteristiken von Röhren auswirken, welche für Zentimeterwellen bestimmt sind und bei denen die Lage der Elektroden genau eingehalten werden muß. Ahb.3 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung bei solchen Röhren, denen die Verwen- Jung von unverformbaren keramischen Abstands-oder Ringkörpern C, C eigentümlich ist, deren Höhenabmessung geschliffen oder sonstwie genau bestimmt wird und genau den endgültigen Abstand der Röhrenteile festlegt, der" dem Aufbau des Rohres entspricht. Diese Abstandskörper haben den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie die Metallteile 3, 4 und 5 und die Glasteile 6 und 7, die gemäß der !Erfindung miteinander zu verbinden sind; sie sind zwischen den Metallteilen angeordnet und befinden sich außerhalb der Glasmanschetten. Diese letzteren sind in solcher Weise bemessen, daß sie eine Überschußhöhe (in der Größenordnung von einem Zehntelmillimeter) aufweisen, wodurch der Schwächung bzw. Stärkeverminderung im Verlauf des Anschmelzvorgangs Rechnung getragen wird.
  • Mitunter ist es zweckmäßig, die bearbeitete Metallfläche einer Oxydation, vorzugsweise beim Zusammenbau der Teile, zu unterwerfen, und zwar um die Oxydschicht zu verstärken, welche notwendig oder erwünscht ist, um vom Glas im Verlauf der thermischen Behandlungsweise aufgenommen zu werden.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Herstellen von dichten Verbundstellen zwischen Glas- und Metallteilen, welche zur Bildung von luftdicht abgeschlossenen Hüllen bestimmt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkanten der Teile, welche stumpf aneinanderstoßen, derart, daß sie sich bei der Kontaktbildung aufeinander abstützen, bei hermetischem Abschluß kleine nicht zusammenhängende Lufttaschen in der Metallmasse bilden, daß diese Teile nach ihrem luftdichten Zusammenbau ausgepumpt .werden, bis ein ausgeprägtes Vakuum entsteht, daß daraufhin die Kontaktzone einer örtlichen und gleichförmigen Erwärmung so unterworfen wird, daß nur eine sehr dünne Glasschicht in der unmittelbaren Nachbarschaft der Kontaktfläche die Verformungstemperatur erreicht, derart, daß unter dem Einfluß des Außendruckes die Lufttaschen ausgefüllt werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenkanten der Teile, die aneinanderstoßen sollen, so daß sie sich gegenseitig berühren, zunächst abgedreht oder geschliffen werden, daß dann nur der Seitenrand des Glasteiles poliert wird und daß schließlich von außen her der Metallteil gleichförmig erwärmt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bearbeitung der Seitenkanten der beiden Teile mit feinem Schmirgel erfolgt und daß das Polieren des Glasrandes auf einer Filzunterlage bewirkt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung durch einen Ring bewirkt wird, der das Metallstück umgibt und es erhitzt, und zwar entweder mittels Induktion oder mittels eines Widerstandes, welcher durch einen Strom durchflossen wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, Saß die 'Erwärmung mit dem Arbeitsgang verknüpft ist, durch welchen die Entleerung der gesamten Hülle bewirkt wird.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasteile vor dem Polieren geglüht oder wiedererwärmt werden. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusammenbau der Teile mittels Abstandsstücken bewirkt wird, welche den Abstand im Laufe der thermischen Behandlung verringern. B. Luftdichte Hülle, insbesondere luftdichte Elektronenröhre, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche i bis 7 hergestellt ist.
DEC3997A 1950-03-30 1951-03-30 Verfahren zum Herstellen von dichten Verbundstellen zwischen Glas- und Metallteilen Expired DE855428C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1034280B (de) * 1953-11-28 1958-07-17 Siemens Ag Elektronenroehre fuer sehr kurze Wellen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1034280B (de) * 1953-11-28 1958-07-17 Siemens Ag Elektronenroehre fuer sehr kurze Wellen

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