DE909375C

DE909375C - Verfahren zur Herstellung von Vakuumgefaessen, insbesondere von elektrischen Entladungsgefaessen

Info

Publication number: DE909375C
Application number: DES25348D
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Hans Vatter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1936-07-25
Filing date: 1936-07-25
Publication date: 1954-04-15

Description

Verfahren zur Herstellung von Vakuumgefäßen, insbesondere von elektrischen Entladungsgefäßen Man ist in letzter Zeit mehr und mehr dazu übergegangen, verschiedene Bauelemente von Vakuumgefäßen, insbesondere von elektrischen Entladungsapparaten, aus keramischen Werkstoffen herzustellen, da diese sowohl in mechanischer und thermischer als auch in elektrischer Beziehung gegenüber dem bisher verwendeten Glas Vorzüge aufweisen. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, den Werkstoff Glas beim Bau elektrischer Entladungsgefäße gänzlich zu vermeiden und die Wandungen derartiger Gefäße ausschließlich aus keramischen, miteinander verlöteten und metallischen Teilen herzustellen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Gefäße, und zwar eignet sich das Verfahren insbesondere zur Massenanfertigung.
Gemäß der Erfindung werden bei Gefäßen der genannten Art zunächst die zu verbindenden Stellen der keramischen Teile durch Aufsintern eines hochschmelzenden unedlen Metallpulvers metallisiert; alsdann wird zweckmäßig eine Vielzahl von fertigmontierten Gefäßen in einen evakuierbaren Behälter gebracht, wo in einem ununterbrochenen Arbeitsgang die Herstellung des gewünschten Vakuums, gegebenenfalls die Einfüllung eines Gases, und schließlich der vakuumdichte Abschluß der Gefäße durch Verlöten mittels eines Hartlots erfolgt. Als Baustoff für den Behälter, in dem die genannten Prozesse vor sich gehen, eignet sich beispielsweise Quarz, das sowohl die zur Lotung notwendige Temperatur auszuhalten vermag als auch eine verhältnismäßig große Beständigkeit gegen schroffe Temperaturwechsel aufweist. Nach der weiteren Erfindung werden die keramischen Teile des Gefäßes vor dem Zusammenbau durch Aufbringen einer Schicht eines hochschmelzenden unedlen Metalls für die Lotung vorbereitet. Es wird ferner mindestens eine Öffnung des keramischen Hohlkörpers durch eine siebartig durchbohrte Platte abgedeckt, die etwa zu 1/s ihrer Dicke aus Eisen und zu 2/s aus Silber oder aus: Kupfer-Silber-Legierung bestehen kann. Durch die Anbringung einer derartigen Platte wird der sonst verwendete Pumpstutzen mit seinen bekannten Unannehmlichkeiten entbehrlich. Die fertigmontierten Gefäße können nach der Einbringung in einen, wie bereits erwähnt, beispielsweise aus Quarz bestehenden Behälter gebracht und dort zunächst evakuiert werden. Die Gase, die sich im Innern der Gefäße befinden, können dabei durch die Öffnungen der erwähnten Platte als auch durch die noch undichten übrigen Lötstellen austreten. Nach Erreichung des gewünschten Vakuums kann alsdann die Pumpe abgeschaltet werden, worauf gegebenenfalls die Einfüllung eines Gases, beispielsweise Argon, erfolgen kann. Danach soll gemäß der Erfindung ein beispielsweise rohrförmiger elektrischer Heizkörper über den Quarzbehälter geschoben werden, mittels dessen die zur Lotung erforderlichen Temperaturen erreicht werden können. Die Löttemperatur kann aber auch mit Hilfe einer Hochfrequenzspule erreicht werden, und dieses Verfahren wird man insbesondere dann anwenden, wenn nur partielle Erhitzungen eines Entladungsgefäßes gewünscht werden. Bekanntlich gibt es eine Reihe elektrischer Entladungsgefäße, die beispielsweise in ihrer gespannten Kathodenfeder thermisch hochempfindliche Bauteile besitzen, so daß sich bei ihrer Herstellung nach dem geschilderten Verfahren Unannehmlichkeiten zeigen können. Bei derartigen Gefäßen können nach der weiteren Erfindung die Wandungsteile unter Offenlassung einer Stelle zur Einführung des Elektrodensystems zunächst gelötet werden. Das Elektrodensystem kann dann in kaltem Zustand des Gefäßes eingesetzt werden. Die verbliebene Öffnung des Gefäßes wird alsdann durch eine siebartig durchbohrte Platte abgedeckt und das Ganze alsdann in den Quarzbehälter eingebracht. Es kann nunmehr durch eine Hochfrequenzspule entsprechender Abmessungen eine partielle Erhitzung zur Verlötung der Bohrungen in der Platte vorgenommen werden, nachdem die Evakuierung der Gefäße erfolgt ist. Zum sicheren Schutz des empfindlichen Elektrodensy stems wird man ferner das Gefäß mit einer metallischen Hülle umgehen, die nur die Lötstelle frei läßt. Bei der Erhitzung mittels Hochfrequenz wird dann lediglich die Lötstelle und der metallische Schutzschirm erhitzt werden, während das Elektrodensystem verhältnismäßig kühl bleibt.
Bei dem beschriebenen Verfahren ist es notwendig; dafür Sorge zu tragen; daß bei der Verlötung der durchbohrten Platte nicht Temperaturen auftreten, wodurch die übrigen Lötstellen wieder undicht werden könnten. Man erreicht dies durch Anwendung von Lotmetallen verschiedener Schmelztemperaturen. So kann die durchbohrte Platte beispielsweise eine Schicht aus einer Kupfer-Silber-Legierung besitzen, die einen Schmelzpunkt von 76o°' C hat, während die übrigen Stellen unter Verwendung eines Silber- oder Kupferlotes hergestellt worden sind, bei denen Löttemperaturen von 95o bzw. ioSo° C notwendig sind.
Es ist bisweilen unerläßlich, daß die Kathoden elektrischer Entladungsgefäße einer besonderen Temperatürbehandlungunterworfenwerden müssen. Um dieses Ziel bei der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung erreichen zu können, werden zweckmäßig im Innern des die Entladungsgefäße aufnehmenden Behälters entsprechende Stromanschlüsse vorgesehen, mit denen die Kathoden der Gefäße verbunden werden können. Man hat es dann in der Hand, unabhängig von den übrigen in dem Behälter vorzunehmenden Prozessen, die Kathoden einer besonderen Temperaturbehandlung zu unterziehen.
In der Zeichnung sind Anwendungsbeispiele des Verfahrens dargestellt.
Fig. i zeigt den Teil eines vorzugsweise zylinderförmigen Vakuumgefäßes, dessen Wandung i aus einem keramischen Werkstoff hergestellt ist. Der Teil 2 dieser Wandung ist durch Aufsintern eines hochschmelzenden unedlen Pulvers metallisiert, und auf diese metallisierte Stelle ist ein Ring 3 unter Verwendung eines Kupfer- oder Silberlotes aufgelötet. Die Öffnung des keramischen Körpers i ist durch eine Platte q. abgedeckt, deren oberer Teil aus Silber oder aus einer Legierung zwischen Silber und Kupfer besteht, während der untere Teil aus Eisen hergestellt ist. Die Platte weist ferner siebartige Durchbohrungen 5 auf. Wird nun ein derartiges Gefäß nach dem oben beschriebenen Verfahren in den erwähnten Quarzbehälter eingebracht und bis zur Schmelztemperatur des Silbers bzw. der Kupfer-Silber-Legierung erhitzt, so fließt das Lotmetall in die Bohrungen 5 der Platte und sorgt für einen vakuumdichten Abschluß des Gefäßes.
Fig. 2 zeigt ein elektrisches Entladungsgefäß, in dessen keramischem Hohlkörper 21 bei 22 ein elektrisches System angedeutet ist, das beispielsweise in einer gespannten Kathodenfeder ein temperaturempfindliches Bauelement haben mag. Die Stromzuführungen 23, 24. und 25 sind durch enge Öffnungen am Boden des Gefäßes geführt und unter Verwendung von Metallkappen 6, 7 und 8 mittels eines Hartlotes vakuumdicht verschmolzen. In gleicher Weise ist der metallische Ring 9 an der Stelle io mit dem keramischen Hohlkörper 21 ver- Bunden. Nach Einbringen des Elektrodensystems 2a in den keramischen Hohlkörper 2i wird dieser durch die Platte i i abgedeckt, die von gleicher Beschaffenheit ist wie die Platte 4. in Fig. i. Das so vorbereitete Gefäß kann darauf in den Quarzbehälter gebracht werden, wo zunächst die Evakuierung und gegebenenfalls die Einfüllung eines Gases erfolgen. Der vakuumdichte Abschluß des Gefäßes an seiner oberen, durch die Platte abgedeckten Öffnung wird hierauf durch Erhitzung mit Hilfe einer Hochfrequenzspule 1z vorgenommen. Bei Erreichung der Schmelztemperatur des auf der Platte i i befindlichen Lotmetalls schließen sich die Bohrungen 13, wodurch der vakuumdichte Abschluß des Gefäßes erfolgt. Um lediglich eine partielle Erhitzung der Lötstelle zu erreichen und im übrigen das empfindliche Elektrodensystem gegen eine unerwünschte Erhitzung zu schützen, kann man das Gefäß noch mit einer metallischen Hülle 1q. umgeben, die dann höchstens selbst erhitzt wird, mit ausreichender Sicherheit aber dafür sorgt, daß das Elektrodensvstem nicht auf unerwünscht hohe Temperaturen kommt.
Durch die Anwendung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung läßt sich eine Reihe von Vorteilen erzielen. Zunächst ist die gleichzeitige Herstellung mehrerer Gefäße möglich, dabei ist ihre Anzahl lediglich durch das Fassungsvermögen des Behälters begrenzt, in dem die Evakuierung und gleichzeitige Lötung erfolgen sollen. Durch die Möglichkeit einer partiellen Erhitzung mit Hilfe einer Hochfrequenzspule ist eine restlose Entgasung aller Metallteile möglich. Man kann ferner das Gitter im Innern des Entladungsgefäßes an einer bestimmten Stelle anbringen und während oder nach der Herstellung der Gefäße zur Verdampfung bringen. Bei dem Verfahren fallen außerdem die Unannehmlichkeiten eines Pumpstengels weg, beispielsweise die Erhöhung des Strömungswiderstandes beim Auspumpen des Gefäßinnern und die Abgabe von Fremdgasen beirr Abziehen der Gefäße von der Pumpe. Das Verfahren nach der Erfindung läßt sich schließlich auch ohne besondere Schwierigkeiten bei einem kontinuierlich arbeitenden Pumpautomaten ausüben, bei dem Vakuumgefäße kleiner Abmessungen, beispielsweise Vakuumschalter od. dgl., auf der einen Seite ins Vakuum eingeschleust werden, um auf der anderen Seite den Automat als fertiggepumptes Gefäß zu verlassen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Vakuumgefäßen, insbesondere von elektrischen Entladungsgefäßen, deren Wandungen ausschließlich aus keramischen und metallischen Teilen bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die zu verbindenden Stellen der keramischen Teile durch Aufsintern eines hochschmelzenden unedlen Metallpulvers metallisiert werden, worauf zweckmäßig eine Vielzahl von fertigmontierten Gefäßen in einen evakuierbaren Behälter gebracht wird, wo in einem ununterbrochenen Arbeitsgang die Herstellung des gewünschten Vakuums, gegebenenfalls die Einfüllung eines Gases, und schließlich der vakuumdichte Abschluß des Gefäßes durch Verlöten mittels eines Hartlotes erfolgen. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Aufnahme der Entladungsgefäße dienende Behälter aus einem Werkstoff von hoher Beständigkeit gegen Temperaturwechsel, beispielsweise aus Quarz, besteht. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Öffnung der Gefäße durch eine siebartig durchbohrte Platte abgedeckt wird, die etwa zu 1/s aus Silber oder aus einer Silber-Kupfer-Legierung besteht. q.. Verfahren nach Anspruch i oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Metallisierung der zu verbindenden keramischen Körper Karbonyleisen verwendet wird. 5. Verfahren nach Anspruch i oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß als Hartlot Silber, Kupfer oder Legierungen beider Metalle verwendet werden. 6. Verfahren nach den Ansprüchen i und z, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwandung des Quarzbehälters Stromanschlüsse vorhanden sind, die mit den Kathoden der eingebrachten Entladungsgefäße verbunden werden können. 7. Verfahren nach Anspruch i oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Löttemperatur durch Erhitzen mittels eines rohrförmigen elektrischen Heizkörpers erzeugt wird. B. Verfahren nach Anspruch i oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Löttemperatur durch Erhitzen mittels einer Hochfrequenzspule erfolgt. 9. Verfahren nach Anspruch i oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich bestimmte Stellen des Entladungsgefäßes mittels einer Hochfrequenzspule entsprechender Abmessungen erhitzt werden und daß zum Schutz der übrigen metallischen Teile ein metallischer Schirm vorgesehen ist.