DE910581C

DE910581C - Glas-Metall-Verschmelzungen

Info

Publication number: DE910581C
Application number: DEJ4275A
Authority: DE
Inventors: Lynn C Goodale
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1950-06-20
Filing date: 1951-06-17
Publication date: 1954-05-03

Description

Glas -Metall -Verschmelzungen Die Erdung befalät sich mit Glas-Metall-Verschmelzungen und besonders mit verbesserten Methoden und Mitteln zur vakuumdichten Verbindung vom Glas- und Metallteilen.
Glas-Metall-Verschmelzungen werden dadurch hergestellt, daß zuerst die Metalloberfläche, die mit dem Glas verbunden werden soll, mit einer dünnen, festhaftenden und undurchdringlichen Metalloxydschicht versehen und dann das Glas auf Schmelztemperatur erhitzt wird. Eine Oxydation über die Schmelzstelle hinaus ist unnötig und gewöhnlich unerwünscht.
Die Artoder Zusammensetzung des Metalls ist gewöhnlich nicht wichtig, ausgenommen, daß die Ausdehnungseigenschaften desselben angenähert denen des Glases sind, :mit welchem es verbunden werden soll. Im Idealfall wird nur die Oberfläche des Glases bis zum Flüssigwerden erhitzt und dann so lange gegen das Metalloxyd gedrückt, bis genug Teile des Metalloxyds sich im Oxyd des Glases gelöst haben. Das Glas, an welchem der chemische Austausch nicht stattfindet, muß nur plastisch genug sein, um sich dem Metall anzupassen, wenn die Teile zusammengefügt werden. Bei der Herstellung von zusammengesetzten Glas-Metall-Teilen, wie z. B. Hüllen für elektrische Entladungsgefäße, ist es wünschenswert, die Verdrehung des Glases in der Nähe der Schmelzstelle zu verhindern. Ebenso wünschenswert ist es, die Oxydation des Metalls während des Heiz- und Verschmelzungsprozesses auf ein Minimum zu reduzieren. Bei der Gasflamme als Heizquelle isst es schwierig, die erhitzte Stell: zu lokalisieren. Erweichungen und Verdrehungen des Glases über die Schmelzstelle hinaus sind daher oft das Resultat. Geringe Hitze kann dem Glas der Verschmelzungsstelle durch Hochfrequenzstrom zugeführt werden. Diaher ist diese Art von Heizung die meist verwendete.
Gemäß einem Merkmal dieser Erfindung werden verbesserte Methoden, und Mittel vorgeschlagen, um die Hitze auf die Schmelzstelle des Glases und die Metallbeile, die damit verbunden werden sollen, zu lokalisieren. Ein anderes Merkmal dieser Erfindung schlägt Methoden und Mittel zur raschen Erhitzung und zur Kontrolle der Glas- und Metalltemperaturen der Glas-Metall-Verschmelzung unmittelbar vor der Verbindung der Teile vor, um eine Verdrehung des Glases zu verhindern. Die obenerwähn.ten und andere Merkmale dieser Erfindung sollen durch die nachfolgende Beschreibung an Hand .der Zeichnungen klarer erläutert werden. In den Fig. i bis 6 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Fg. i zeigt die Ansicht, teilweise im Schnitt, einer zusammengesetzten Metall-Glas-Hülle; die Metall-Glas-Verschmelzungen sind mach den Methoden dieser Erfindung niiteinem Minimum an manueller Arbeit ausgeführt; Fig. 2 und 3 zeigen Ansichten von Vergchmelzapparaturen gemäß vorliegender Erfindung; Fig. ¢ ist ein Schnitt der Fig. 3 längs der Linie 4-4; Fig. 5 zeigt eine Glocke im Schnitt in Verbindung mit der Verschmelzapparatur der Fig. 3 und 4; Fig.6 gibt eine Metallscheiben-Glas-Verbindung gemäß vorliegender Erfindung wieder.
Die hier zur Illustration der Erfindung gewählte Glas-Metall-Verbindung ist die Hülle .eines elektrischen Entladungsgefäßes vom Sendertyp und umfaßt, wie ,aus Fig. i hervorgeht, eine Metallanode r, die durch den Glaskolben 2 verschlossen ist. Alle Elektroeden innerhalb der Hülle sind absichtlich zwecks besserer Übersicht in der Zeichnung weggelassen. Der Kalben ist an einem Ende mit dem Rann 5 der Anode und am ,anderen. Ende mit einer Anzahl von Ausführungsstiften 3 verschmolzen. Ein Gitteranschluß in der Form einer -ringförmigen Scheibe 4 ist konzentrisch mit der Wand der Röhre verschmolzen. Es sind daher in diesen Ausführungs; Beispielen drei Typen von. Verschmelzungen gezeigt, und zwar die Verschmelzung mit dem Anodenring 5, die Verschmelzung mit den Zuführungsstiften 3 und die Verschmelzungen. mit der Gitterausführung 4. Jede dieser Verschmelzungen ist nach Methoden dieser Erfindung ausgeführt. Andere Arten und Formen von Verschmelzungen und Verschmelzungen für :andere Zwecke als für Hüllen von elektrischen Entladungsröhren werden dem Fachmann an Hand der Beschreibung klar werden. Da das bevorzugte Anodenmetall Kupfer ist, wird zuerst an die Anode i ,ein Ring oder Zylinder 5 aus einem Metall, dessen Ausdehnungseigenschaften mit der des Glases übereinstimmen, hart angelötet. Mit dem für Senderöhren nötigen, relativ harten Glas wird größtenteils eine Legierung mit niedtigern Wärmeausdehnungskoeffizienten, bestehend aus 27 oio Ni, 19 0'o Co, Rest Fe bzw. aus 26 0./o Ni, 23 N Co, Rest Fe, benutzt. Der Zylinder 5 ist gezogen oder auf andere Art so geformt, daß, sich die zwei Enden, desselben den gewünschten Durchmessern der Anode und des Kolbens anpassen. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, wird der Kolbenteil 2a durch die Platte 6 getragen und durch den Flansch 7 zentriert. Die Platte 6 ist sauf der vertikalen Säule 8 befestigt und diese ihrerseits mit einem Motor> welcher sich während der Verschmelzungsoperation langsam dreht, verbunden. Die Säule 8 erstreckt sich über die Platte 6 hinaus und ist mit seitlichen Ausdehnungen, z. B. radialen Fingern oder Scheiben io, versehen, die frei in die Anode geschoben, werden können und welche die Anode genau führen.
Nach einem wichtigen Merkmal dieser Erfindung wird die Hitze prinzipiell nur dem Metallteil der Verschmelzung zugeführt. Dias Glas wird sorgfaltig vor Temperaturen, geschützt, die eine Verdrehung des Glases verursachen, können. Die Verschmelzhitze wird einem ringförmigen Heizkörper i i entnommen, welcher vorzugsweise aus schwer schmelzbarem Metalloder Kohle besteht und die zu verschmelzenden Teile überdeckt. Der ringförmige Heizkörper ist so hergestellt, daß er sich an den konischen Teil des Zylinders eng anschmiegt und guten Wärmekontakt mit demselben macht, :aber die Anode oberhalb und das Glas unterhalb des konischen Sitzes frei läßt. Wenn der Heizkörper erhitzt wird, fließt die Hitze auf Grund von Leitung zu dem Metallteil 5 der Verschmelzung und durch Strahlung zu dem Glasteil 2a von dem darüberliegenden ringförmigen Teil i ia. Der radiale Zwischenraum zwischen dem Glas und dem Heizkörper und der Abstand des daxüberliiegenden Heizleiters vom Glas in axialer Richtung wird für eine bestimmte Metall-Glas-Kombination genau ausgewählt, so dä,ß das Glas nur am Rande plastisch und verformbar und von solcher Tiefe wird, daß es durch die Kante des Metallzylinders durchdrungen werden kann. Wenn gewünscht, können die -abenerwähnten Abstände so eingerichtet sein, daß die Strahlungswärme nicht :ausreicht, um das Glas zum Erweichen zu bringen. Der noch nötige Teil der Wärme, um die Durchdringung zu ermöglichen, kann durch Wärmeleitung von dem Metall zugeführt werden. Das Eigengewicht der Anode, wenn nötig, zusammen mit einem zusätzlichen Gewicht, drückt dann, den Metallrand in das Glas, und das unmittelbar vor dem Metall befindliche Glas wird weich und benetzt das Metall. Das Entfernen der Heizquelle Beendigt die Durchdringung unmittelbar. Auf diese Art und Weise ist die geringe Wärmeleitung des Glases durch diese Erfindung mit großem Vorteil ausgenutzt: Die erste Heizquelle kann eine Hochfrequenzheizung oder eine Gasflamme sein. Wenn der ringförmige Heizkörper erhitzt ist, wird die Verschmelzstelle auf Schmelztemperatur erhitzt durch eine der beiden Heizquellen. In der vorliegenden Zeichnung ist eine Hochfrequenzspule mit wenigstens einer Windung einer flüssigkeitsgekühlten konzentrischen Leitung dicht Bei dem ringförmigen Heizkörper angebracht: Ein Heizkörper aus eisenhaltigem Metall oder Kohle ist in diesem Falle bevorzugt auf Grund seines induktiven Heiznutzeffektes. Wenn Gasflammen verwendet werden, können weitere Materialien zur Herstellung des Heizkörpers Verwendung finden, da die elektrischen Eigenschaften keine 'Rolle spielen, Keramik und ähnliche schwer schmelzbare Materialien können dabei verwendet werden.
Die Verschmelzungen der verschiedenen Durchführungsstifte können gemäß vorliegender Erfindung gleichzeitig erfolgen. Wie aus Fig.3 hervorgeht, besteht jeder Durchführungsstift 3 aus einem festen Stab 13, dessen Mitte mit einem dünnwandigen metallischen Fingerhut, dessen zylindrische Wände koaxial zu den Stiften sind, hart verlötet ist. Der Teil 21, des Kolbens 2 ist vorzugsweise als flache Schale mit einer Anzahl von röhrenförmigen Stutzen 15, von welchen der mittlere Durchmesser des Randes ungefähr dem Durchmesser des Fingerhutrandes gleich ist, :ausgebildet.
Eine Stab-Fingerhut-Verbindung wird in jedem Stutzen durch Aufsetzen des Randes der Fingerhüte hergestellt und dann ein blockförmiger Heizkörper 16, der mit Öffnungen für die Stutzen versehen ist, auf die Fingerhüte gesenkt. Jede Heizkörperöffnung besteht aus zwei Teilen, deren Durchmesser größer ist als der Stab 13 oder der Fingerhut 14. Zwischen diesen zwei Teilen ist ein Teil 18 angebracht, das so geformt ist, daß es von dem konischen Teil des Fingerhutes getragen wird. Hier sowohl als auch in Fig. i ist der Heizkörper von dem Glasteil der Einschmelzstelle entfernt, aber andererseits in gutem Wärmekontakt mit dem Metallteil. Der Heizkörper kann durch die Hochfrequenzenergie der Hochfrequenzspule 12 oder durch Flamme über die Schmelztemperatur hinaus erhitzt werden. Wie in Fig. i gelangt die Hitze durch Leitung zu dem Metallteil der Schmelzstelle und durch Strahlung zu dem Glasteil. Der Zwischenteil wird durch beide Heizquellen erhitzt, um das Glas ,gut flüssig zu machen und gute Benetzung des Metalls zu erreichen, ohne daß der Hauptkörper des Glases erweicht. In Fällen, in welchen die Teile zu leicht sind und der Druck zwischen Glas und Metall durch die Schwerkraft allein nicht genügt, um eine rasche Verschmelzung auszuführen, können Federn oder Gewichte verwendet werden. In Fig.3 ist eine Anordnung gezeigt, um rasche Einschmelzungen herzustellen und angernessenes Verhalten des flüssigen Glases an der Schmelzstelle zu erreichen. Die inneren oder unteren Enden der Durchführungsstäbe 13 sind jede in geeignetem Abstand zu den anderen durch den Block i 9 gehaltert. Vertiefungen sind sowohl in der Oberfläche des Blockes bei 20 als auch am Ende des Blockes bei 21 vorgesehen. Einige oder alle Durchführunglen können, um die Längsbewegung zu verhindern, festgelegt werden. Der Glaskolbenbeil2h indessen ruht auf dem Ende der Stäbe 22, die senkrecht gleitbar in dem Block angeordnet sind, und jeder von diesem: ist mit dem Ring 23, der frei auf dem Block 19 gleitet, verbunden. Eine Feder 24 zwischen der Grundfläche des Blockes und dem Ring drückt den Ring, seine Stifte und den Glaskolben, welche durch die Feder getragen werden, aufwärts und überträgt den Federdruck auf die Ränder der Glasstutzen und die Ränder der Fingerhüte. Wenn das Glas erweicht, werden die Metallränder in das Glas gedrückt, die Eindringtiefe wird dadurch begrenzt, daß der Ring gegen den Kopf des Blockes stößt.
In Fig. 5 sind die Anordnungen der Fig. 3 und ¢ mit einer GIoake 27 gezeigt. Die Oxydation der Metallteile während der Eimschrnelzung wird durch Erwärmung dieser Teile in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre, wie z. B. Stickstoff oder Sauerstoff, vermindert. Die Glocke der Fig. 2 und 5 aus Glas oder Nichteisemnetall ist in Abstand zu i i oder 16 und innerhalb der Hochfrequenzspule 12 angeordnet, und die Luft wird durch das durch die Leitung 28 zugeführte Gas verdrängt. Wenn erwünscht, kann ein Gewicht 29 :auf dem Heizkörper angeordnet werden, um einen höheren Kontaktdruck zwischen den Oberflächen der Fingerhübe i q. und der Stutzen 15 zu erreichen.
Eine oder beide Verschmelzungen können in einem Arbeitsgang mit den Seiten der Metallscheiben q (Fig. i und 6) gemacht werden. Die Oberflächen des Glases und des Metalls können durch Schleifen nivelliert werden, um gleichmäßigen Kontakt über die ganzen Einschmelzoberflächen zu erhalten. Wenn der größere Teil der Hitze dem äußeren Rand der Scheibe q. zugeführt wird, dann wird nur die Kontaktfläche des Glases auf Schmelztemperatur erhitzt. Wenn :nur eine Seite der Scheibe verschmolzen werden soll, wird ein ringförmiger Heizkörper mit einem einfachen rechteckigen Querschnitt, wie er in der Fig. 6 aufgezeigt ist, verwendet. Wenn Kontakt mit beiden Seiten der Scheibe gewünscht wird, um ,gleichzeitig beide Teile des Kolbens zu erhitzen, wird zu denn Heizkörper 25 ein Heizkörper 26 gefügt. Der ringförmige Heizkörper kann auf verschiedene Art unterteilt sein, um das Anbringen oder Entfernen der Scheibe zu ermöglichen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Glas-Metall-Verschmelzungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallteile durch Leitung und die Glasteile gleichzeitig durch Strahlung vom der gleichen Quelle erhitzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein schwer schmelzbarer Körper, der über die Schmelztemperatur der zu verschmelzenden Teile hinaus erhitzt werden kann, so über die Verschmelzstelle geschoben wird, daß er mit dem Metallteil in gutem Wärmekontakt ist, während er von dem Glasteil einen vorher bestimmten Abstand hat und so weit über die Schmelztemperatur erhitzt wird, bis die Glas- und MetlaRtelle die Schmelztemperatur erreichen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der schwer schmelzbare Körper auf eine vorbestimmte einheitliche Temperatur gebracht wird und der Wärmefluß zu dem Glasteil und zu dem Metallteil so verteilt wird, daß diese Teile verschiedene Temperaturen .erhalten. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zu verschmelzenden Teilen während des Verschmelzprozesses Druck angewendet wird. 5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschmelzung der Teile längs .einer ausgedehnten Berührungslinie dadurch erfolgt, daß ein schwer schmelzbarer Körper in gutem Wärmekontakt mit dem Metallteil um die Berührungslinie ohne Kontakt mit dem Glasteil angeordnet und so bange geheizt wird, bis das Glas längs dieser Berührungslinie schmilzt und das Metall benetzt. 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen i bis 5, dadurch geke=zeichn.et, daß ein über die Schmelztemperatur der zu verschmelzenden. Teile zu erwärmender Körper (i i) so geformt ist, daß er guten Wärmekontakt mit dem Metallteil (5) längs der Berührungslinie macht und einen Teil (1 ja) besitzt, der in .einigem Abstand den Glasteil längs der Berührungslinie überdeckt, und daß gegebenenfalls zwischen den Metall- und Glasteilen ein vorbestimmter Druck aufrechterbalten wird. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallteil (5) einen ringförmigen Rand besitzt und der Glasteil (2ä) einen entsprechenden Rand, in welchen der Rand des Metallteils durch die Verschmelztemperatur eingebettet wird. B. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallteil (5) ,eine ringförmige ebene Oberfläche hat und der Glasteil (2a) einen ringförmigen Rand, welcher mit der ebenen Oberfläche des Metalls verbunden wird. 9. Einrichtung -;ach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Heizquelle (12) den Heizkörper (i i) über die Schmelztemperatur hinaus erhitzt. i o. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, d,aß ein Ring (i i) aus schwer schmelzbarem Material den Wänden des Metallzylinders (5) angepaßt ist und daß dieser Ring mit einem ringförmigen Teil (i ja), dessen Durchmesser größer als der Rand des Glaszylinders ist und der den Glaszylinderrand überdeckt, versehen ist. i i. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis i o, dadurch gekennzeichnet, daß eine vertikale Säule (8), in deren. Mitte eine transversale Platte (6), die einen der Zylinder trägt, angebracht ist, mit seitlichen Ausdehnungen (io) versehen ist und sich in, den. anderen Zylinder (i) einschieben läßt und .die beiden Zylinder ausrichtet. 12. Einrichtung nach Anspruch i i, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (8) drehbar angeordnet ist. 13. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Durchführungsverschmelzung aus .einem mit einem koaxial angeordnieten metallischen Fingerhut (14) versehenen Stab (13) besteht und einem mit röhrenförmigen Stutzen (15) versehenen Glaskolben (2v) und die Enden des röhrenförmigen Stützens (15) und des Fingerhutes (1 4) in axialer Richtung gehaltert werden und ferner durch Federkraft ein gleitender Druck zwischen diesen Enden hergestellt werden kann- und ferner in der Nähe dieser Enden eine Heizquelle (16) angeordnet ist. 14. Einrichtung nach Anspruch i3, dadurch gekennzeichnet, daß diese Heizquelle (16) aus .einem Körper, der über die Schmelztemperatur des Metallfingerhutes und des Glasstutzens hinaus .erhitzt werden kann und so geformt ist, daß ,er mit dem Fingerhut (14) in gutem Wärmekontakt ist und den Glasstutzen ( 15) in einigem Abstand überdeckt, besteht. 15. Einrichtung -nach den Ansprüchen 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet,- daß bei mehreren Durchführungsverschmelzungen ein Block (16) mit Öffnungen oder Löchern (17) zur Aufnahme und Fixierung jeder Durchführung versehen ist und der Block eine Oberfläche zur Aufnahme des Glasteiles (15) mit den Durchführungen, ferner bewegliche Stäbe (13) durch diese- Block, durch die die finit dem Stutzen (15) versehend Glasfläche von der Oberfläche des Blockes gegen die Durchführungen bewegt werden kann, besitzt, um die Kontaktoberfläche zwischen Glas und Durchführung unter einem vorbestimmten Druck zu halten. 16. Einrichtung nach den Ansprüchea 6 bis i 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem zur Höchfrequenzheizung geeigneten Material bestehender Heizkörper (i i) so geformt ist, daß er die zu verschmelzenden Teile umschließt, und eine Glocke (27) den Heizkörper umgibt, die ihrerseits von einer Hochfrequenzspule .' 12) umgeben ist.