-
Glasverschmelzung zwischen zwei sich berührenden Teilen aus verschiedenen
Stoffen Die Erfindung bezieht ;sich auf dichte Glasscbmelzverbi.ndungen, wie sie
zwischen den Bauteilen der luftdichten Hüllen von Elektronenröhren ausgeführt werden.
-
Bei der Herstellung ,solcher Röhren ergibt sich die Aufgabe, zwischen
aus verschiedenen Stoffen bestehenden Teilen eine dichte Glasschmelzverbindung herzustellen.
Häufig handelt es sich darum, ein Metallteil und ein keramisches Teil anei.nanderzuschmelzen.
Dies ist beispielsweise der Fall bei einer Stromzuführung, welche aufs einem Metallstab
besteht, der in einer in einem keramischen Teil vorgesehenen Öffnung aufgenommen
wird. Solche Einschmelzungen werden vorgenommen, indem man als Verbindungsmaterial
zwischen diesen beiden Teilen Glas verwendet. Die Arbeitsweise ist bekannt und'
besteht darin"daß man dieses Glas bis zu einem Erweichungsgrad erhitzt, bei welchem
das Glas sich mit beiden Teilen verschweißt und .dadurch zwischen ihnen eine mechanische
Verbindung und eine Abdichtung herstellt.
-
Bekanntlich ist eine .solche Schmelzverbindüng nur haltbar, wenn die
beiden betreffenden Teile ebenso wie das Glas der Schmelzverbindung die gleichen
Ausdehnungskoeffizienten haben. Diese Bedingung ist jedoch praktisch niemals genau
erfüllt, und man hat festgestellt, daß gute Schmelzverbindungen herstellb,ar sind,
wenn man geringe Abweichungen Bier Ausdehnungskoeffizienten zuläßt. In ziahl.reichen
Fällen liegt,die Grenze dieser Toleranz bei etwa 5 %. Eine vollkommene Übereinstimmung
der Ausdehnungen wäre sogar theoretisch
nicht zu verwirklidhen,
weil das Glas in Abhängigkeit von der Temperatur einer anderen Aus,dichnungskurve
folgt als ein keramischer Stoff und vor allem als ein Metall. Die Herstellung solcher
Schmelzverbindungen ist .schwierig und erfolgt mit einem erheblichen Ausschuß.anteil.
Sehr häufig entstehen nämlich :in dem Einschmelzglas Risse, wod urch das S,tücl#:
unbrauchbar wird.
-
Dieses Versagen ist besonders häufig bei einer Schmelzverbindung,
wo .das Glas nicht überall zwischen Metall und Keramik eingefügt .ist, sondern wo
es außerhalb der Durchgangsöffnung, liegt, ,die ün dem keramischen Teil vorgesehen
ist und in -welcher das Metallteil aufgenommen wird.
-
Eine wichtige Anwendung von solchen Schmelzverbindungen sind die Stromdurchführungen
in den aus Keramik bestehenden Röhrenfüßen. Ein solcher Fuß besteht ,aus einer keramischen
Scheibe mit Öffnungen, durch welche die Leitungen mit leichter Reibung hindurchgehen.
Diese Leitungen werden .an die Scheibe durch eine Glasperle angeschmolzen, welche
die Keramik mit dem Metall-, verbindet, ohne sich überall zwischen diese beiden
Teile zu legen. Der Fuß wird dann mit einem Kolben, z. B. einem Glaskolben, verschweißt,
so daß -,diese Glasperlen sich innerhalb der @so gebildeten Hülle befinden. Diese
Art der Einschmelzung der Leitungen zeigt eine bemerkenswerte mechanische Festigkeit.
Es werden nämlich alle Torsionskräfte und .alle seitlichen Bifegungen, welche auf
die Enden .der Leitungen außerhalb der Röhre ausgeübt werden können, von,den Rändern
der Öffnungen, welche in der sehr widerstandsfähigen Keramik vorgesehen sind, aufgenommen,_
ohne anf ,das zerbrechliche Glas der Schmelzverindung übertragen zu werden. Einderartiger
Fuß ist j edodh kostspielig, und seine Herstellung ist wegen der obenerwähnten Rißbiidwng
dies Glases schwierig.
-
Die Erfindung bezieht :sich auf eine Glaseinschmelzung,der erwähnten
Art, bei welchier jede Gefahr einer Riß:bildüng des Glasie4 praktisch vermieden
ist.
-
Eine wichtige Anwendung derErfindung bezieht sich auf einen keramischen
Fuß mit Strom-durchführungsleitungen, welche durch eine solche Einschmelzung befestigt
werden.
-
Gemäß der Erfindung wird die Glaseinschmelzung zwischen zwei Teilen,
welche aus.-verschiedeneu Stoffen bestehen und sich berühren, wie folgt vorgenommen:
- Es wird außerhalb dieser Berührungsstelle eine Glasmasse. einerseits mit dem einen
Teil sind .andererseits mit .denü anderen Teil verschmolzen, -und es werden deformi@er@bare
Mittel zwischen dem Rand der Berührungsstelle und dieser Glasmasse vorgesehen, so
daß kein Berührungspunkt mit dreiteiliger Schmelzvierb@inidüng zwischen dem Glas
und dem einen bzw. ,andren Teil vorhanden ist.
-
Nach einer Ausführungsform wird eine solche Schmelzverbindung aus
einem keramischen Teil und deinem dieses mit leichter Reibung durchsetzenden Leiter
hergestellt, wobei eine Glasmasse unmittelbar an diesen Leiter und. andererseits
an dieses keramische Teil iangeschmolzen wird und ein in die- Glasmasse eingebetteter
Schutzkörper vorgesehen ist, welcher den Leiter unmittelbar umgibt. Ein Teil des
Schutzkörpers liegt dabei unmittelbar zwischen dem Leiter und dem keramischen Teil,
während ein anderes Teil aus dem keramischen Teil hervorsteht und zwischen dem Leiter
und ,der Glasmasse liegt.
-
Die erwähnten Mittel bestehen in einer bröckelsgen Masse, z. B. einer
Masse .aus mineralischem Pulver, deren Schmelztemperatur merklich höher ist als,diejenige
d er Glasmasse.
-
Diese Pulvermasse kann aus Pulver von feuerfesten Stoffen bestehen,
wie z. B. aus zerkleinerten keramischen Stoffen. Beispielsweise sind: mit Pulver
aus Tonerde (Ah 03) oder Magnesia (Mg O) gute Ergebnisse erzielt worden.
-
Der keramisohe Fuß gemäß der Erfindung besteht aus einem keramischen
Teil, welches wenügsten.s von emer durchgehenden Öffnung .durchbrochen ist, in welche
ein Metallstab mit leichter Reibung eingesetzt wird. Eine diesen Stab umgebende
Glasmasse wird einerseits an diesen und andererseits an .der Oberfläche des keramischen
Teiles angeschmolzen, wobei Mittel, wie sie oben erwähnt wurden, ,unter dieser Glasmasse
um den ganzen Rand der Öffnung vorgesehen werden, so daß das Glas überall gegen
den unmittelbar benachbarten Bereich Abstand hat; wo der Metallstab .aus .der Öffnung
austritt.
-
Weitere Einzelheiten und: Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden BeschTeibung von Ausführungsbeispielen .an Hand der Zeichnung. In
:der Zeichnung zeigt Fig. i eine geschnittene Teilansicht einer bekannten Schmelzverlbindung,
Fig. leine geschnittene Teilansicht einer Schmelzverbindung gemäß der Erfindung,
Fig.3 einen schematischen Schnitt eines keramischen Fußes, -dessen Stromdurchführungen
durch eine bekannte Einschmelzung, wie diej egge nach Fig. i, befestigt sind, Fig.
q. einen Schnitt eines keramischen Fußes, dessen S,tromidurchführungen durch -die
erfindungsbemäße Einschmelzung befestigt .sind, Fig.5 in vergrößertem Maßstab einen
Schnitt der Zone der Einschmelzung einer Stromdurchführung nach Fig. q., Fig. 6
einen Schnitt der zerlegten Teile für die Herstellung -des Fußes der Fig. q., Fig.
7 -den Fuß der Fig. ¢ während des Zusammenbaues,der Teile, Fig. 8 die in Fig. 5
gezeigten Teile, welche in einem Ofen zusammengefügt sind, tun die Stromdurohführungendurch
Schmelzen der Glasperlen einzuschmelzen, - Fig. 9 einen ähnlichen Fuß wie in Fsg.
q., bei welchem jedoch tedn@e Aufnahme vorgesehen ist, die mit geschmolzenem Glas
angeffillt wird, an Stelle von einzelnen Perlen um jeden Leiter.
-
Die Herstellung von Vakuumröhren in der Elektronik erfordert die Ausbildung
von dichten Schmelzverbindungen zwischen Glas und -anderen
leitenden
oder isolierenden Stoffen. Es ist eine Reiche von Vomlcehrungenerforderlich, :damit
das Glas im Laufe: dieser Operationen keine, Risse erleidet. Insbesondere ist bekanntlich
eine wesentliche Bedingung für die Herstellung von guten Schmelzverbindung en, daß
die zu verschweißenden Stoffwehr angenäherte Ausdehnungskoeffizienten haben.
-
Dais Problem :ist viel verwickelter, wenn, wie in Fig. i veranschaulicht,
das Glas e sich gleichzeitig mit zwei anderen Stoffen a und b verschweißen
muß, die nah aneinanderliegen. Die verschiedenen, auf diese Stoffe ausgeübten Kräfte
werden auf das Glas übertragen, welches örtlich erheblichen und nicht vorhersehbaren
Beanspruchungen unterwerfen werden kann, die ,in der Verbindungszone dieser drei
Stoffe Risse v hervorrufen. Es bestecht daher die notwendige Bedingung, daß die
Ausdiehnunbskoeffizientendieser drei Stoffe angenähert gleich sind, jedoch ,ist
diese Bedingung nicht Die ohne Vorsichtsmaßnahmen ausgeführten Dreifachschweißungen
sind sehr zerbrechlich und zeigen häufig Risse.
-
Dieses Problem einer dreifachen Schweißverbindung entsteht insbesondere
-bei der Herstellung der Füße für Vakuumröhren aus dichten Platten mit mehrfachen
.Metalldurchführungen für Fasisungen, die, wie. in Fig. 3 gezeigt, aus einem keramischen
Teil a. bestehen, .durch welches mehrere Metallistifte b
hindurchgeführt sind.
Die Schweißverbindung -und Abdichtung zwi's'chen dem keramischen Teil und den Stiften
wird durch Glasteile c bewirkt. An solchen dreifachen Schweißverbindungen sind für
verschiedene lineare Ausdehnungskoeffizienten zwischen 40 und ioö-io-7 pro Grad
Celtsius sehr viele Versuche ausgeführt worden, die gezeigt haben, :daß es sehr
schwierig war, die R:ißbdldung in dien Glasteilen zu vermeiden, wobei die auftretenden
Risse alle von. dem gemeinsamen Berühriungspunkt zwischen diesen Teilen in der Nähe
der Verbindungszone der drei Stoffe ausgingen.
-
Die in Fig. 2 veranschaulichte- Erfindung ermöglicht es, diese Schwierigkeit
zu beheben. Ihr Grundgedanke .liegt @darin, daß man diesen dreifachen Punkt vermeidet,
,indem man in der Verb indungszon:e ,der drei Stoffe a, b und c einen Überzug
d vorsieht, welcher verhindert, daß das Glas c sich örtlich an die Stoffe
a und b .anschweißen kann, wobei dieser Überzug mit diesen Stoffen
a und b, auf welchen er saufgebracht wird, nicht körperlich zusammenhängen soll.
-
Zur Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung werden,die verschiedenen
Phasen der Herstellung eines Fußes für eine Vakuu@mTöhre unten näher beschrieben.
Diese Anwendung wurde nur als Beispiel gewählt, dessen ausführliche Beschreibung
nicht als Einschränkung .des Anwendungsgebietes der Erfindung .aufzufassen ist.
-
Der fertiggestellte Fuß ist in Fig. 4 ,im Schnitt gezeigt. Man ,erkennt
die keramische Platte a, die Metallstifte b und das Glasteil c. Der Schutzüberzug
ist mit dbezeichnet. Dieser Fuß wird an dien Kolben f ungeschmolzen, in welchem
sich die mit dien Stiften b verbundenen Elektroden e befinden. Die
Einschmelzzone eines Stiftes ist in vergrößertem Maßistab in Fig. 5 gezeigt, wo
ihTeents:p@rechenden Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind wie in Fig.
4.
-
Die Fabrikation eines solchen Fußes umfaßt drei Phasen: die Vorbereitung
der Einzelteile, die Montage d eis Fußes, das Schmelzen der Glasbeile.
-
Die bei der Herstellung verwendeten Einzelteile sind die folgenden
(Fig. 6) i. Beine keramische Platte ca mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten
von 9o- io-7 pro Grad Celsius, welche mehrere Löcher mit dem Durchmesser i,2 mm
aufweist. jedes Loch ist in Form einer Kugelkalotte abgesetzt. - Der diese Kalotte
begrenzende Kreis hat einen Durchmesser von 3 mm.
-
2. Metallistifte b aus Ferrochrom, dies-sen linearer Ausdehnungskoeffizient
.sich go-io-7 pro. Grad Celsius nähert. Sie haben einen Durchmesser von i mm und
eine Länge von 2ö mm.
-
3. Glaszylinder c' mit einem linearen Auisd'ehnungskoeffizienten von
9o- io-7 pro Grad Celsius, einem Außendurchmesser von 4 mm, einem Innendürchmesser
von 1,2 bis 43 mm und einer Höhe von 4 mm.
-
Diesle Einzelteile werden in der folgenden Weii(se zusammengebaut
(vgl. Fig. 7) : Auf einer waagerechten Grundplatte L werden eine Stiftlehre K und
eine Ker.ami'kplattea aufeinandergelegt, worauf die Metallstifte b in ,die
Löcher der Platte a. und der Leihre eingesetzt werden. Die Löcher,der Lehre sind
so gebohrt, daß die Metallstifte in sie mixt leichter Reibung hineingehen. Diese
Lehre kann entweder aus Keramik oder aus Ferrochrom mit einem Ausdelhnungskoeffiziienten
von 9o- io-7 gefertigt werden.
-
Feines Magnesi.apul:ver mit einer mittleren Korngröße von etwa o,oi
bis o,i .mm wird in einen Behälter mit einer gewissen Wassermenge getschüttet, welche
gerade .ausreeicht, um eine wenig flüssige Paste zu bilden. Mit einem Pinsel bringt
man einen Tropfen der Paste in jedes Näpfchen. Nackt Verdampfung des Wassers verwandelt
.sich diese Paste in eine körnige Masse ohne Zusammenhang.
-
Schließlich bringt man auf jeden Stift einten der ofenerwähnten Glaszylinder
c'.
-
Der ganze Aufbau wird sodann für io Minuten in einen Ofen gebracht,
dessen Temperatur auf 9oo° C gehalten wird (Fig. 8). Dieser Ofen besteht aus einem
Gehäuse g und einem Heizwiderstand h. Jeder Glaszylind@er c' gelangt in einen teigigen
Schmelzzustand und verschweißt einerseits mit dem von ihm erfaßten Metallstab. und
andererseits reit der keramischen Platte nach einem das Näpfchen umgebenden Kranz.
Der Zylinder kann jedoch infolge der Anwesenheit des MagnesIapulvers an d em Grund
dies Näpfchens nicht mit der keramischen Platte verschweißen. Der dreifache Verhindungspunkt
wird, somit vermieden. Im Laufe der Erhitzungs- und Abkühlungsbehandl.ung treten
in. ,dem Glas, welches ,die Schweißmassen c (Fig. 4) bildet, keine Risse auf.
Nach
vollständiger Abkühlung zieht man die Tragplatte und die Lehre heraus, und der fertige
Fuß -erscheint idann, wie in Fig. q. dairgestellt.
-
Der Wegfall des dreifachen Punktes wird also erreicht, indem man in
der Nachb,aräone der drei Stoffe einten: !körnigem, zus@ammenhanglosen Überzug anbringt.
Ein derartiger Überzug kann aus jeder pulverförmigen Substanz, aius Keramik, Glimmer,
Glas, Metall, Graphit usw. bestehen, welche die Schmelztemperatur des Glasteitles
.aushält und sich während dneser Operation nicht als kompakte Masse verhält. Dein
Überzug kann ferner ebenso!gut -auf dem keramischen T& I wie auf dem Metall
aufgebracht werden.
-
Die Erfindung ist nicht nur anwendbar, um ein Metallteil an ein keramisches
Teil anzuschmelzen, sondern auch, um ein Hartgl@asteil an Metall oder an Keramik
anzu@schmelzen. Das Glas für die Sehmelzverbindung wird in diesem Fall so@ gewählt,
daß sein Erweichungspunkt merklich unter demjenigen des iGlases liegt, welches .das
eine .der zu verbindienden Teile bildet.
-
Die gemäß der Erfindung ausgebildete Schmnelzverbindung läßt sich
mit Erfolg anwenden, um einen keramischen Fuß an :einen Kolben aus Hartglas oder
;aus Metall anzuschmelzen, indem man dass Verhindungs!glais in einer Rünne, welche
die Verhsndungsstelle .des Fußes und des Kolbenfis umgibt und iin ider Verlängerung
diiesier Berührungsstelle anordnet. DieAnordnung,dter Stoffeentspricht dabei derjenigen
nach Fig. 2.