DE902758C - Verfahren zur Herstellung vakuumdichter Durchfuehrungen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung vakuumdichter Durchführungen Während die Elektronenröhren bis vor kurzem durchwegs aus Glas gefertigt wurden, macht sich seilt einiger Zeit das Bestreben bemerkbar, das, besonders in hochfrequenztechnischer Hinsicht vorteilhaftere Porzellan oder andre keramische Baustoffe beim Bau von; Elektronenröhren zu verwehden. Die Zuführungen zu den, einzelnen, Elektroden der Röhre konnten bislang bei Glasröhren einfach in das Glas selbst eingeschmolzen werden, und es ,ist eine große Anzahl von glasitechniisch geeigneten Metallegierungen bekannt, so daß für fast alle bekannten Gläser Einschmelzdrähte mit passendem Ausdehnungskoeffizienten zur Verfügung stehen.
• Auch für die hochfrequenzmäßig wichtigen keramischen Baustoffe sind Metallegierungen bekannt, die man zu Durchschmel:zungen von Elektrodenzuführungen durch das kera.miisiche Gefäß benutzen kann,. Trotzdem hat man bisher Metalldürchf'ühr urigen durch keramische Gefäße immer nur unter Zuhilfenahme eines Zwischenglasers ausgeführt, das als dicker Wulst den Draht umgibt und nun seinersei@ts: erst in das, keramische Gefäß eingeschmolzen ist. Eine direkte Verbindung von Metall und Keramik ist zwar auch bereits technisch durchgeführt, jedoch. nur für Gefäße mittleren Vakuums geeignet, und hochvakuumdichte Elektrodendurchführungen ohne Verwendung eines Zwischenglases sind bislang nicht bekannt.
• Die Benutzung von Zwischengläsern ist insofern nachteilig, als. es, schwierig ist, eine Anordnung von Elektrodend.urc führungen genau am Keramikgefäß anzubringen, da beim Einschmelzen der Glasperle das, Glas sehr stark erweicht und man nur unter Benutzung kostspieliger Aufbaulehrern: zu einigermaßen maßhaltigen Durchschmelzungen kommt. Die Erfindung Mietet -einen Weg zur Umgehung des Zwischenglases und zur Verschmelzung des Durchführungsdrahtes mit der Keramik ohne die Verwendung niedrigschrnelzender Lobe. Es wird dabei Gebrauch gemacht von. der Eigenschaft gewisser Metalle, schon unterhalb ihres Schmelzpunkteis eine erhehli@ehe Beweglichkeit dein, Kristallgittern zu zeigen. So, zeigt z. B. Silber und Kupfer bei Temperaturen; von etnva 700° C ein erhebl.iidies. Kristallwachstum. Das wirkt sich so aus" d'aß zwei Silber- öder Kupferflächen, die sich bei diesen Temperaturen gut berühren, zusammenwachsen können. Die Vakitumdu;rchschmelzung nach der Erfindung wird: unter Ausnutzung dieses Effektes so, ausgeführt, daß das keramische Gefäß eine Boh-rung erhält, in die der durchzuschmelzende Draht möglichst genau maßhaltig hineinpaßt. Dann werden die Inn enfläche der Keramikbohrung und die Oberfläche des, Drahtes. an seiner Durchführungsstelle mit einem geeigneten Metall, z. B. Silber, überzogen. Dieser Metallüberzug wird je nach den vorliegenden Verhältnissen auf chemischem oder eleiktrolytischem Wege aufgebracht oder im Falle eines Silberüiberzugeis eine sogenannbe Feuerversilberung vorgenommen. Die beiden. Metallflächen werden nunmehr möglichse sorgfältig gereinigt und poliert, der Draht in die Keramikbohrung eingeführt, so daß die, beiden Flächen einten möglichst innigen und satten, Kontakt miteinander haben.. Heizt man; nun: das z. B. vers-i:lberte Keramikgefäß auf die Temperatur von 700° C, sü wachs-en, die beiden Silberflächen zu einer einheitlichen Schicht zusammen, die sowohl vakuumdii;cht als auch so dünn, ist, daß sie bei Temperaturänderungen ausdehilungsmäßig keine Rolle mehr spielt. Man braucht also nur den Draht und die Keramik im Ausdebnungskoeffizienten aneinander anpassen.
• Der Vorteil dieser Vakuumdurchführungen: besteht einmal darin, daß beim Einsfetzen der horhv akuumdiichten Durchführungen keine erweichenden Bestandteile am Prozeß beteiligt sind, so daß man mühelos die Maßhaltigkeit der Durchschmelzdrähte auf etwa 0,05 mm begrenzen kann.
• Um den zur Zusa.nimensinterung der beiden Silberflächen erforderlichen Kontrakt möglichst gut zu erreichen, kann es gür.stiig sein, den Draht vor seiner Einsführung in, die Keramikplatte stark zu unterkühlen und bei dieser erni@edrigtein Temperatur in die, Bohrung eiinzuführen. Infolgedessen dehnt stich derDraht soweit, daß er feist in der keiramischen Bohrurig sitzt. Man kann, unterUmständen, auch die Bohrung und den Draht zunächst genau maßhaltig aufeinander einschleifen, dann mit Metall, vorzugsweise Silber, überziehen, so daü Draht und Bohrung nicht mehr irieinanderpassen, und diese Differenz tim Durchmesser zur Ausführung des unterkühlten Einschrumpfens benutzen.
• Im nachstehenden wird die Erfindung an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellendieni-Figuren beschrieben.
• In der Keramiiikplatte i ist an der Stelle, wo der Eihführungsdraht 2 durchgeführt werden soll, eine zylindrische Bohrung vorgesehen:, welche durch Ausschleifen auf ein genau;etsi Maß gebracht worden ist. Die Innenseite der Bohrung ist auf chemischem Wege mit einen dünnen Silberüberzug von i etwa 5 y Dickei versehen, und der einzuführende, Draht a, dessen Außendurchmes-ser genau. mit der- lichten Weibe d!er zylindrischen, Bohrung Übereinstimmt ist mit einem Silberüberzug 3 von 5 bis io ,u Diieke überzogen, derart, d'äß die überzogene Stelle etwas, länger ist als die Dicke der Keramikplatte. Der Draht wird vor dem Einbringen in die Bohrung durch Eintauchen in flüssige Luft so, stark unterkühlt, daß er leicht in; die Bohrung der Keramikplatte eingeschoben werden, kann. Nach dem Einschieben. in diel Bohrung wird der Draht allmählich die Temperatur der Kerainkpla,tte wieder annehmen und infolge der thermischen. Ausdehnung nun,-mehr ganz fesit in deirBoh.rung haften: Sodann, wird die Durchführungsstelle auf etwa 700° C erhitzt. Beil dieser Temperatur erfolgt ein der Silberschicht ein Rekris.tallisationsvorgang, der zu einem erheblichen Kristallwachstum führt, so daß die beiden Silberflächen zusammenwachsen.
• In ähnlicher Weiise wird ein Keramikrohr q. vakuumdicht mit der Keramikplatte i verbunden. Die Außenseite, des Rohreis und! die Innenseite der Bohrung sind genau zylindrisch geschliffen. Die Bohrung ist mit einem Silberüberzug 5 und das Keramikrohr mit einem Silberübetzug 6 versehen. Zweckmäßigenveise wird' zur Erleichterung dies Schleifvorganges: dem Keramikrohr an der Durchführungsstelle ein größerer Außendurchmesser gegeben als oberhalb oder unterhalb der Durchführung. Derartige Keramikrohrverbindungen sind insbesondere bei wassergekühlten Hochleisitungsröhren von Bedeutung.
• In vielen Fällen wird es ferner zweckmäßig sein, durch die Keramikplatte keramische Körper durchzustecken und vakuumdicht mit der Platte zu verbin&n. Dieser Fall liegt z. B. vor, wenn auf einem isolierenden Stützkörper Sysitemteilei befestigt werden sollen, die auf bestimmten; Potentialen gehalten werden sollen, ohne daß jedoch erhebliche Ströme zu- oder abgeführt werden. In der Fig. i ist ein schwach konisch verjüngter Keramikstab 7 dargestellt, auf dem die Systemteile (nicht dargestellt) im Innern des. Vakuumgefäßes angeordnet sinid'. Der Keramikstab .ils.t auf seiner ganzen Länge mit einem Metallüberzug versehen, der sowohl zur vakuumdichten Verbindung mit dem Metallüberzug 8 der konisichen Bohrung als, auch zur Spannungszuführung von außen zu den Systemteilen im Innern des Gefäßes dienet.
• In Fig. 2 ist eine Elektronenröhre dargestellt, bei der ein pdattenförrniger Keramikkörper 9 mit eimeirn glockenförmigen Metallteil io vakuumdicht verbunden Ist. An der Verbindüngsatelle ist der K eramikkörper auf seiner Innenseite mit einem etwa io ,u starken Silberüberzug versehen, des-;l.eitchen die Metallglocke auf der Außenseite. Durch nachträgliches; Erwärmen auf etwa 7oo° C wird der Metallteil und der Keramikkörper, wie vorstehend beschrieben, vakuumdicht miteinander verbunden. Die Durchführungen 1t, 12, 13 und 1q. des. nur dargestellten: El@ektroden systems werden zweckmäßigerweiise in, derselben Weise, wies vorstehend beschrieben, vakuumdicht mit der Keramikplatte verbunden.
• Fig. 3 zeigt schematiisch, eine Ultrakurzweillenröhre, bei der zwei Keramikplatten 15 und! 16 einr andler gegienüberliegen. Die Anodendurchführung 17 ragt durch beide Keramikplatten! hindurch und ist mit diesen auf die vorstehend beschriebene Weise vakuumdicht verbunden. Auch die! Gitterdurchführung i8 ist durch beide Platten hindürchgeführt, so daß beiderseits in einfacher Weise je eile Lechersystem angeschlossen. werden, kann. Der Heizfaden wird von den beiden Zuführungen i9 und! 2o gehaltert. Bei der Herstellung derartiger Röhren ergeben sich durch den Fortfall jeglicher nachträglichen Justierungsarbeit wesentliche fabrikatorische Vereinfachungen.
• Das beschriebene Verfahren läßt sich auch ausdehnen auf die Einschmelzung von keramischen, außen metallis.i@erten Stäben in keramische Platten, wie, man etwa auch röhrenförmige Lecherleiltungen in Vakuumgefäße, einisichmilz.t. Es, i;st sch iteßlich auch anwendbar bei der Verschmelzung von Keramikkolben i und Keramikboden, `nenn die normale Technik dies, Zusammenglasderens, aus irgendwelchen Grüniden nicht gangbar sein sollte.
• Bei, hinreichend guter Übereinstimmung der beiden Ausdehnungskoeffizienten, für Metall und Keramik kann man natürlich auch eine Glasur- als Dichtungsmittel benutzen. So !ist es z. B. bekannt, daß man jedes oberflächlich versilberte Metall mit einer Glasur überziehen kann. Glasiert man die Keramikbohrung mit demselben! Flußmittel, so kann man wieder bei innigenn Kontakt zwischen Metall und Keramik ein Zusammensintern, der beiden Glasurflächcn erreichen, wobei die Zwischenhaut aus Glasu irmittel hinreichend dünn, ist, so da.ß sie genau wie das Silber auch an der Ausdehnung des fertigen Stückes; nicht mehr beteiligti ist.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum vakuumdichten Verbihdbn von Gefäßteilen aus Keramik mit solchen au-s Keramik oder Metall, dadurch gekennzeiichnet# d.aß die beiden aufeinander eingeschliffenen, gegebenenfalls konisch ausgebildeten Teile an den Verbindungsstellen mit einer dünnen Metall-oder Glasschicht versehen, sodann in innigen Kontakt miteinander gebracht und! schließlich auf eine solche unterhalb der Schmelztemperatur der Zwischenschichten liegende Temperatur gebracht werden, daß die beidlen Schichtoberflächen zusammensintern.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die gute Kontaktgabe zwirsichen dein beiden Teilen duirch Aufschrumpfen eines der Teile auf den anderen unter Ausnutzen der bei Ausgleich einer Tempera,turd'ifferenz zwischen, den, Teilen, auftretenden Spannungen erzielt wird.
3. 3. Vakuumgefäß, ihsbesontdere Elektronenröhre, dadurch gdkennz-eichniet, daß wenigstens ein vorzugsweise plattenartiger Keramikteil mit einem vorzugsweise glockenartigen Metallteil durch ein Verfahren gemäß Anspruch i oder 2 verbunden ist. q..
4. Vakuumgefäß, !insbesondere Elektronenröhre, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere, Ele@ktrodendurchführungen durch ein Verfahren gemäß Anspruch i oder 2 vakuumdicht hergestellt sind.
5. 5. Vakuumgefäß, insbesondere Elektronenröhre, dadurch. gekennzeichnet, d'aß die Berührungsfläche der miiteinandur vakuumdicht zu verbindenden Teile schwach konisch ausgebildet ist.