DEP0029009DA

DEP0029009DA - Construction and manufacturing processes for beryllium windows, in particular for X-ray tubes

Info

Publication number: DEP0029009DA
Authority: DE
Inventors: Gerard E. Springdale Claussen
Original assignee: Machlett Laboratories Inc
Current assignee: Machlett Laboratories Inc
Publication date: 1951-02-08

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung einer vakuumdichten und hitzebeständigen Verbindung zwischen einem aus Beryllium oder eine berylliumähnlichen Metall bestehenden Teil und einer Unterlage aus einem anderen geeigneten Metall. Insbesondere betrifft die Erfindung Konstruktionen dieser Art, bei welchen das Berylliumteil die Form einer dünnen runden Scheibe oder Platte hat, welche als Fenster für Vakuumröhren, und insbesondere als Verschluß der Durchlaßöffnung von Röntgenstrahlen dient. Eine derartige Verbindung ist gegen ein dauerndes Erhitzen auf verhältnismässig hohe Temperaturen widerstandsfähig. Die Erfindung umfaßt weiterhin ein Verfahren zur einfachen und zweckmäßigen Herstellung einer solchen Einrichtung.The present invention relates to the production of a vacuum-tight and heat-resistant connection between a part made of beryllium or a metal similar to beryllium and a base made of another suitable metal. In particular, the invention relates to constructions of this type in which the beryllium part is in the form of a thin round disc or plate which serves as a window for vacuum tubes, and in particular as a closure for the passage of X-rays. Such a connection is resistant to constant heating to relatively high temperatures. The invention further comprises a method for the simple and convenient manufacture of such a device.

Aus einem Berylliumteil und einer als Träger oder Halter des Teiles dienenden Unterlage bestehende Einrichtungen finden für unterschiedliche Zwecke Verwendung und sind schon in gewissem Umfange bei der Herstellung von Röntgenröhren benutzt worden. In diesem Falle wird eine derartige Einrichtung im Innern einer luftleeren Hülle untergebracht, wobei das Unterlagsmetallstück z.B. an einem Teil der Kathode befestigt ist.Devices consisting of a beryllium part and a support serving as a support or holder for the part are used for different purposes and have already been used to a certain extent in the manufacture of X-ray tubes. In this case, such a device is housed inside an evacuated envelope, with the metal shim being attached to, for example, part of the cathode.

Die Einrichtung dient dann, schirmartig geformt, zum Schutz der Röhrenwandung gegen eine Bombardierung durch die Elektronen, und der Berylliumschirm wird so gegen das übliche Glasfenster ausgerichtet, dass das Röntgenstrahlenbündel durch das Beryllium hindurchgeht und dann durch das Glasfenster austritt. Da bei einer solchen Bauart das Berylliumteil innerhalb der luftleeren Hülle untergebracht ist, ist es bedeutungslos, ob der Berylliumschirm selbst oder dessen Verbindung mit den anderen Konstruktionsteilen luftdicht ist oder nicht.The device, shaped like an umbrella, then serves to protect the tube wall against bombardment by the electrons, and the beryllium screen is aligned against the usual glass window in such a way that the X-ray beam passes through the beryllium and then exits through the glass window. Since the beryllium part is accommodated within the evacuated envelope in such a design, it is irrelevant whether the beryllium screen itself or its connection with the other structural parts is airtight or not.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, eine derartige Einrichtung als Teil der Hülle einer Röntgenröhre zu verwenden, wobei das Berylliumteil das Fenster bildet, durch das die Röntgenstrahlen austreten. Ein solches Berylliumfenster ist wegen des niedrigen Absorptionskoeffizienten des Berylliums für Röntgenstrahlung besonders für Röhren geeignet, die für spektrographische Zwecke und zur Kristallanalyse dienen sollen; jedoch ist bisher die Anwendung von Röntgenstrahlenfenstern aus Beryllium sehr beschränkt, weil es kein völlig befriedigendes Verfahren gab, um ein Berylliumfenster so auf seiner Unterlage zu befestigen, dass die Unterlage zusammen mit dem Berylliumfenster einen Teil der vakuumdichten Hülle einer Röntgenröhre bilden kann.It has also been proposed to use such a device as part of the envelope of an X-ray tube, the beryllium part forming the window through which the X-rays exit. Because of the low absorption coefficient of beryllium for X-rays, such a beryllium window is particularly suitable for tubes which are to be used for spectrographic purposes and for crystal analysis; however, the use of x-ray windows made of beryllium has been very limited because there has not been a completely satisfactory method of securing a beryllium window to its base in such a way that the base, together with the beryllium window, can form part of the vacuum-tight envelope of an x-ray tube.

Eine der Hauptschwierigkeiten bei der Herstellung einer geeigneten Berylliumfensterkonstruktion bildete bisher die Ausführung des Fensters selbst; das erklärt sich aus den physikalischen Eigenschaften des Berylliums. Dieses Metall hat einen hohen Schmelzpunkt und ist so hart und spröde, dass es zumindest in industrieller Fertigung nicht zu dünnen Blechen oder Scheiben ausgewalzt werden kann, ohne dass Risse entstehen. Es hat sich aber gezeigt, dass eine Berylliumlegierung mit einem geringen Zusatz von Titan oder Zirkonium alle in der Röntgentechnik erforderlichen Eigenschaften des reinen Berylliums, und darüber hinaus in erhitztem Zustand eine solche Formbarkeit besitzt, dass ein Auswalzen zu dünnen Blechen möglich ist, welche dann ohne Rissbildung gebogen und zu Hohlkörpern o.dgl. gezogen werden können. Aus einer derartigen Berylliumlegierung können für Röntgenröhren geeignete Fenster unter Anwendung entsprechender Vorsichtsmassnahmen leicht auf industrieller Basis hergestellt werden.One of the major difficulties in making a suitable beryllium window structure has heretofore been the execution of the window itself; this is explained by the physical properties of beryllium. This metal has a high melting point and is so hard and brittle that at least in industrial production, it cannot be rolled out into thin sheets or disks without cracking. However, it has been shown that a beryllium alloy with a small addition of titanium or zirconium has all the properties of pure beryllium required in X-ray technology, and moreover, when heated, has such a formability that it can be rolled out into thin sheets, which then without Crack formation bent and into hollow bodies or the like. can be drawn. Windows suitable for X-ray tubes can easily be manufactured on an industrial basis from such a beryllium alloy, taking appropriate precautionary measures.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Herstellung eines Berylliumfensters, das als Teil der Hülle einer Röntgenröhre dienen soll, liegt darin, dass das Berylliumfenster zusammen mit seiner Unterlage eine vakuumdichte Verbindung bilden muss, die eine dauernde Erhitzung auf hohe Temperaturen und ebenso den ständigen Wechsel von Erhitzung und Abkühlung aushält, die beim Gebrauch der Röntgenröhre auftreten.Another difficulty in the manufacture of a beryllium window, which is to serve as part of the shell of an X-ray tube, is that the beryllium window together with its base must form a vacuum-tight connection that allows continuous heating to high temperatures and also the constant alternation of heating and Withstands the cooling that occurs when using the X-ray tube.

Die vorliegende Erfindung verfolgt daher den Zweck, ein Fenster aus Beryllium oder einem berylliumähnlichen Metall zu schaffen, das den genannten Bedingungen entspricht, und gleichzeitig ein Verfahren anzugeben, um ein solches Fenster für Röntgenröhren herzustellen. Ausführungsbeispiele sollen die erfindungsgemässe Konstruktion und das Verfahren erläutern, ohne dass dadurch die Anwendbarkeit der Erfindung auf dieses besondere Gebiet beschränkt bleiben soll.The present invention therefore aims to provide a window made of beryllium or a beryllium-like metal which meets the conditions mentioned, and at the same time to provide a method for producing such a window for X-ray tubes. Exemplary embodiments are intended to explain the construction according to the invention and the method, without thereby restricting the applicability of the invention to this particular field.

Bei den Versuchen zur Verwirklichung des erfinderischen Gedankens wurde festgestellt, dass eine vakuumdichte und langdauernde Erhitzung auf Temperaturen von etwa 600°C standhaltende Verbindung zwischen Beryllium und dem Unterlagsmetall durch Hartlötung unter gewissen Voraussetzungen hergestellt werden kann. Vor allem ist die Temperatur, bei welcher diese Hartlötung durchgeführt wird, von wesentlicher Bedeutung, das es unmöglich ist, ein sicheres Haften eines anderen Metalls auf Beryllium ohne vorübergehende Verflüssigung desselben zu erreichen. Überdies hat das Beryllium auf seiner Oberfläche eine dünne Oxydschicht, welche sehr fest haftet und gegen das Abschleifen sowie gegen die Erhitzung auf hohe Temperaturen sehr widerstandsfähig ist. Wenn daher das Hartlöten nicht bei einer Temperatur von mindestens 700°C vorgenommen wird, netzen flüssige Metalle das Beryllium nicht, d.h. sie vermögen dessen Oberflächen-Oxydschicht nicht zu durchdringen. Es zeigte sich deshalb auch, dass die üblichen Verfahren des Lötens und Schweißens bei Beryllium nicht anwendbar sind, welche bei anderen ähnlich reagierenden Metallen, wie Magnesium mit Hilfe von Lötpaste oder durch vorheriges Abschleifen angewendet werden.In the attempts to implement the inventive concept, it was found that a vacuum-tight and long-term heating to temperatures of about 600 ° C withstanding connection between beryllium and the base metal can be produced by brazing under certain conditions. Above all, the temperature at which this brazing is carried out is of essential importance, since it is impossible to achieve a secure adhesion of another metal to beryllium without temporarily liquefying the same. In addition, the beryllium has a thin oxide layer on its surface, which adheres very firmly and is very resistant to grinding and heating to high temperatures. Therefore, if the brazing is not carried out at a temperature of at least 700 ° C, liquid metals will not wet the beryllium, i.e. they will not be able to penetrate its surface oxide layer. It was therefore also shown that the usual methods of soldering and welding cannot be used with beryllium, which are used with other metals with a similar reaction, such as magnesium with the help of soldering paste or by grinding off beforehand.

Ein weiterer wichtiger Grundsatz bei der Herstellung der erfindungsgemässen Einrichtung mit den beschriebenen Eigenschaften ist die gleichzeitige Verwendung eines geeigneten Unterlagsmetalls und eines geeigneten Hartlots. Die üblichen Lötmetalle, wie Zinn, Blei, Cadmium, Zink sowie Bleizinn- und Silberlote in Verbindung mit den entsprechenden Lötpasten netzen Beryllium nicht. So vermögen Zinn und Alu- minium unter Vakuum das Berylliummetall nicht zu netzen, auch wenn die Teile sehr hoch erhitzt werden, während Eisen und Nickel unter Vakuum poröse, aschenähnliche Lötfugen ergeben. Gold, im Vakuum angewendet, liefert in mancher Hinsicht gute Ergebnisse; das an der Verbindungsstelle entstehende Beryllium-Gold-Eutektikum hat aber einen zu niedrigen Schmelzpunkt, um die Verbindung gegen längere Erhitzung auf Temperaturen widerstandsfähig zu machen, welche bei dem Endbearbeitungsprozess von Vakuumgeräten entstehen.Another important principle in the production of the device according to the invention with the properties described is the simultaneous use of a suitable base metal and a suitable hard solder. The usual soldering metals such as tin, lead, cadmium, zinc as well as lead tin and silver solders in connection with the corresponding solder pastes do not wetting beryllium. Tin and aluminum can minium not to wet the beryllium metal under vacuum, even if the parts are heated very high, while iron and nickel under vacuum result in porous, ash-like soldering joints. Gold, applied in a vacuum, gives good results in some ways; However, the beryllium-gold eutectic produced at the connection point has a melting point that is too low to make the connection resistant to prolonged heating to temperatures which arise during the finishing process of vacuum devices.

Es gibt verschiedene Hartlote, die zwar das Beryllium mit den gewählten Unterlagsmetallen fest zu verbinden vermögen, aber eine längere Wiedererhitzung nicht aushalten. So kann man Kupfer verwenden, um Beryllium sowohl auf der im Handel unter der Bezeichnung "Kovar" bekannten Legierung als auch auf Stahl zu befestigen; aber die so hergestellten Lötfugen halten einer längeren Erhitzung auf Temperaturen von etwa 600°C nicht stand, und sind deshalb für die Herstellung von Vakuumröhren nicht ausreichend. Es wurde festgestellt, dass beim Löten von Beryllium und einem Unterlagsmetall das Hartlot mit dem Beryllium und dem Unterlagsmetall eine flüssige Metallegierung bildet, dass aber bei dieser Reaktion ausserordentlich spröde und wenig widerstandsfähige chemische Verbindungen entstehen. Diese Verbindungen können sich als zusammenhängende Schichten auf dem Unterlagsmetall oder auf dem Beryllium niederschlagen, und wenn dann nach dem Erstarren des Hartlots eine solche durchgehende Schicht auf dem Metall zurückbleibt, besteht die Gefahr, dass die Lötstelle nicht widerstandsfähig gegen eine Wiedererhitzung ist und dabei möglicherweise Risse bildet. Die geringe Widerstandsfähig- keit einer solchen Lötstelle rührt nicht nur von der Sprödigkeit der Niederschlagsschicht her, sondern auch von dem geringen Haftvermögen dieser Schicht auf dem Metall, weil die kristalline Struktur und die Ausdehnungskoeffizienten von Unterlagsmetall und Niederschlagsschicht verschieden sind. Bei richtiger Wahl von Unterlagsmetall und Hartlot kann aber eine Verbindung hergestellt werden, ohne dass eine spröde Niederschlagsschicht auf dem Unterlagsmetall entsteht. Derartige Verbindungsstellen können vakuumdicht hergestellt werden und halten eine wiederholte Erhitzung ohne Schaden aus, sodass sie für die Herstellung von Vakuumröhren geeignet sind. Als besonders vorteilhaft für die Verwendung als Teil einer Vakuumröhre oder Röntgenröhre hat sich als Unterlagsmetall für ein Berylliumfenster Nickel oder eine Nickel-Kupferlegierung und als Hartlot Kupfer erwiesen. Vorzugsweise soll gemäss der Erfindung das als Nickel-Kupferlegierung mit einem Nickelgehalt von etwa 66% bekannte Monelmetall als Unterlage benutzt werden. Auch Kupfer-Nickellegierungen mit einem Nickelgehalt von 20 - 30% können angewendet werden, obwohl deren Ausdehnungskoeffizient nicht so günstig liegt wie derjenige des Monelmetalls.There are different types of hard solders that can bond the beryllium to the selected base metal, but cannot withstand prolonged reheating. For example, copper can be used to attach beryllium to both the alloy known in the trade as "Kovar" and to steel; But the soldered joints produced in this way do not withstand prolonged heating to temperatures of around 600 ° C. and are therefore not sufficient for the production of vacuum tubes. It was found that when soldering beryllium and a base metal, the hard solder forms a liquid metal alloy with the beryllium and the base metal, but this reaction creates extremely brittle and less resistant chemical compounds. These connections can be deposited as coherent layers on the base metal or on the beryllium, and if such a continuous layer is then left on the metal after the hard solder has solidified, there is a risk that the solder joint will not be resistant to reheating and possibly cracks forms. The low resistance The ability of such a solder joint is not only due to the brittleness of the deposit layer, but also to the poor adhesion of this layer to the metal, because the crystalline structure and the expansion coefficients of the base metal and deposit layer are different. With the right choice of base metal and hard solder, however, a connection can be made without a brittle deposit layer forming on the base metal. Such connection points can be made vacuum-tight and withstand repeated heating without damage, so that they are suitable for the production of vacuum tubes. Nickel or a nickel-copper alloy has proven to be particularly advantageous for use as part of a vacuum tube or X-ray tube as a base metal for a beryllium window and copper as a hard solder. Preferably, according to the invention, the Monel metal known as a nickel-copper alloy with a nickel content of about 66% should be used as a base. Copper-nickel alloys with a nickel content of 20-30% can also be used, although their coefficient of expansion is not as favorable as that of the monel metal.

Als weiterer ausschlaggebender Faktor für den Erfolg der Hartlötung kommen noch die atmosphärischen Bedingungen hinzu, unter denen der Lötvorgang durchgeführt wird. Es wurde festgestellt, dass dabei das Vorhandensein von Sauerstoff äusserst schädlich ist, sodass die Hartlötung erfindungsgemäss unter Vakuum oder unter einem Schutzgas, wie z.B. Wasserstoff von grösster Reinheit erfolgen soll.Another decisive factor for the success of brazing are the atmospheric conditions under which the brazing process is carried out. It was found that the presence of oxygen is extremely harmful, so that the brazing according to the invention under vacuum or under a protective gas, such as hydrogen from the greatest possible purity.

Zur Erläuterung des Erfindungsgegenstandes soll die Zeichnung dienen, und zwar zeigt:The drawing is intended to explain the subject matter of the invention, and specifically shows:

Figur 1 einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemäss angebrachtes Berylliumfenster,FIG. 1 shows a partial cross-section through a beryllium window attached according to the invention,

Figur 2 eine Draufsicht auf den Gegenstand von Figur 1,Figure 2 is a plan view of the object of Figure 1,

Figur 3 - 7 einschl., Querschnitte durch verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes.FIGS. 3 - 7 including, cross sections through different embodiments of the subject matter of the invention.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel umfasst ein als Träger für das Fenster dienendes Metallstück (10), welches vorzugsweise aus Monelmetall, aber auch aus anderen Nickel-Kupferlegierungen oder aus Nickel hergestellt werden kann. Die dargestellte tragende Unterlage ist im allgemeinen röhrenförmig und kann als Schnitt durch die Hülle einer Röntgenröhre aufgefasst werden. Die Fensteröffnung (11) ist durch eine Scheibe (12) aus Beryllium oder einer Berylliumlegierung mit geringem Titan- oder Zirkoniumgehalt abgeschlossen, welche mittels Hartlötung auf der Unterlage befestigt ist. Das Röntgenstrahlenbündel tritt durch die Öffnung in der Hüllte bzw. durch das Berylliumfenster nach aussen.The exemplary embodiment shown in FIG. 1 comprises a metal piece (10) which serves as a support for the window and which can preferably be made from Monel metal, but also from other nickel-copper alloys or from nickel. The supporting base shown is generally tubular and can be viewed as a section through the envelope of an X-ray tube. The window opening (11) is closed by a disk (12) made of beryllium or a beryllium alloy with a low titanium or zirconium content, which is fixed to the base by means of brazing. The X-ray beam emerges through the opening in the envelope or through the beryllium window to the outside.

Zur Herstellung der Ausführung nach Fig. 1 ist in der Wandung (10) der Röntgenröhre rings um die Öffnung (11) eine Versenkung (13) vorgesehen; in diese wird eine dünne ringförmige Kupferscheibe (14) und darauf die Berylliumscheibe (12) gelegt. Wichtig sind dabei die Größenverhältnisse zwischen Berylliumscheibe, Unterlegscheibe und Fensteröffnung; die Unterlegscheibe soll nämlich einen grösseren Aussendurchmesser als die Berylliumscheibe und einen kleinere Innendurchmesser als die Fensteröffnung haben. Bei einer Fensteröffnung von beispielsweise 3/16 Zoll (= 4,762 mm) soll der Durchmesser der Berylliumscheibe mindestens 7/16 Zoll (= 11,113 mm) und derjenige der Versenkung mindestens 1/2 Zoll (= 12,70 mm) betragen. Die Unterlegscheibe wird am besten 0,003 Zoll (= 0,076 mm) stark gewählt und soll so gross sein, dass die Fensteröffnung von einem 1/8 Zoll (= 3,175 mm) breiten Hartlotrand umgeben ist; dieses Mass genügt, um Ungenauigkeiten beim Aufeinanderlegen und kleinere Fehler an der Lötstelle auszugleichen. Wenn die Teile in der beschriebenen Weise zusammengefügt sind, müssen sie während der Hartlötung fest zusammengehalten werden. Zu diesem Zweck wird ein geschlitzter Alundamzylinder von 7/16 Zoll (= 11,113 mm) Durchmesser und 1/4 Zoll (= 6,35 mm) Höhe auf die Berylliumscheibe aufgesetzt; dann werden zwei Molybdändrähte um die ganze Vorrichtung gewunden und zusammengedreht, um die Teile fest in ihrer Lage zu halten. Das Ganze wird dann in einer Kammer so aufgehängt, dass die Berylliumscheibe in horizontaler Lage ist. Darauf wird die Kammer luftleer gepumpt, bis ein Vakuum von etwa 10 Mikron erreicht ist. Nun wird eine Hochfrequenzspule um die Kammer gelegt, und die ganze Vorrichtung mittels Induktionsstrom bis auf eine Temperatur von mindestens 700°C erhitzt, bis das Hartlot geschmolzen ist. Die Erhitzung soll nur so lange dauern, bis das Hartlot vollständig geschmolzen ist, da eine längere Erhitzung die Ursache von porösen Lötstellen werden kann. Die erforderliche Dauer der Erhitzung kann durch Beobachtung festgestellt werden, indem die Erhitzung in dem Augenblick abgebrochen werden muss, wo sich ein Streifen flüssigen Metalls rings um die Berylliumscheibe zeigt. Eine zu kurze Erhitzung kann fehlerhafte Lötstellen infolge unvollständigen Schmelzvorganges ergeben, während eine Überhitzung nicht nur poröse Lötstellen, sondern auch ein Schmelzen des Berylliums zur Folge haben kann. In letzterem Falle kann auch durch eine zu weitgehende Verflüssigung des Hartlots eine teilweise Verschliessung der Fensteröffnung eintreten. Nach Abschluss des Erhitzungsvorganges lässt man die ganze Anordnung auskühlen; obwohl dabei die Spannung der Drähte nachlässt, wird die Berylliumscheibe doch durch die Oberflächenspannung des geschmolzenen Hartlots auf der Unterlage festgehalten. Anstelle der Drähte können auch Federklammern verwendet werden, um die einzelnen Teile während der Hartlötung unter Druck zusammenzuhalten.To produce the embodiment according to FIG. 1, a countersink (13) is provided in the wall (10) of the X-ray tube around the opening (11); a thin ring-shaped copper washer (14) is placed in this, followed by the beryllium washer (12). The size relationships between the beryllium disc, washer and window opening are important; the washer should namely have a larger outside diameter than the beryllium disk and a smaller inside diameter than the window opening. With a window opening of for example 3/16 inch (= 4.762 mm) the diameter of the beryllium disc should be at least 7/16 inch (= 11.113 mm) and that of the countersunk should be at least 1/2 inch (= 12.70 mm). The washer is best chosen 0.003 inches (= 0.076 mm) thick and should be large enough that the window opening is surrounded by a 1/8 inch (= 3.175 mm) wide brazed edge; this dimension is sufficient to compensate for inaccuracies when laying one on top of the other and minor errors at the soldering point. When the parts are assembled in the manner described, they must be held firmly together during brazing. For this purpose, a slotted Alundam cylinder 7/16 inch (= 11.113 mm) in diameter and 1/4 inch (= 6.35 mm) high is placed on the beryllium disc; then two molybdenum wires are wound around the entire device and twisted together to hold the parts firmly in place. The whole thing is then hung in a chamber so that the beryllium disc is in a horizontal position. The chamber is then evacuated until a vacuum of approximately 10 microns is achieved. A high-frequency coil is now placed around the chamber and the entire device is heated by means of induction current to a temperature of at least 700 ° C until the braze has melted. The heating should only last until the brazing alloy has completely melted, as prolonged heating can cause porous solder joints. The required duration of the heating can be determined by observation, in that the heating must be stopped at the moment when a streak of liquid metal appears around the beryllium disc. Too short heating can lead to defective soldering points as a result of incomplete melting, while overheating can result not only in porous solder joints, but also in melting of the beryllium. In the latter case, too much liquefaction of the hard solder can result in partial closure of the window opening. After the heating process has been completed, the entire arrangement is allowed to cool down; although the tension in the wires is released, the beryllium disc is held in place on the substrate by the surface tension of the molten braze. Spring clips can also be used in place of the wires to hold the individual parts together under pressure during brazing.

In der fertigen Lötstelle sind ausser dem geschmolzenen Hartlot auch noch Partikel der beiden zusammengelöteten Metallstücke enthalten. Wenn Kupfer als Hartlot und Monelmetall als Unterlage verwendet wird, wird auch eine kleine Menge Beryllium, nämlich etwa 2%, im Kupfer aufgelöst, sodass zwei oder mehr Legierungen entstehen, welche aus einer stark kupferhaltigen festen Verbindung mit Teilchen einer chemischen Verbindung aus Beryllium und Kupfer bestehen; es bildet sich aber keine zusammenhängende Schicht einer spröden chemischen Verbindung der schon erwähnten Art auf der Unterlage. Der geringe Anteil der Beryllium-Kupferlegierung beeinträchtigt die Widerstandsfähigkeit der Lötstelle gegen eine Wiedererhitzung nicht, weil die widerstandsfähige Nickel-Kupferlegierung eine mit dem Unterlagsmetall übereinstimmende kristalline Struktur und einen annähernd gleichen Ausdehnungskoeffizienten besitzt. Infolgedessen ist die so hergestellte Lötverbindung genügen widerstandsfähig gegen eine lang dauernde Erhitzung auf 600°C. Eine im wesentlichen gleich günstige Wirkung ergibt sich auch bei der Verwendung von Nickel oder anderen Nickel-Kupferlegierungen statt Monelmetall für die Unterlage und von Kupfer als Hartlot. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren zusammengefügte Einrichtung kann als vakuumdichter Einbauteil einer Röntgenröhre verwendet werden und besitzt genügend Widerstandsfähigkeit, um eine kurzzeitige Erhitzung auf 800°C während der Hartlötung anderer Teile der Röntgenröhre ohne Schaden auszuhalten.In addition to the melted hard solder, the finished solder joint also contains particles from the two pieces of metal soldered together. If copper is used as hard solder and Monel metal as a base, a small amount of beryllium, namely about 2%, is also dissolved in the copper, so that two or more alloys are formed, which are made up of a strong copper-containing solid compound with particles of a chemical compound of beryllium and copper exist; however, no cohesive layer of a brittle chemical compound of the type already mentioned forms on the substrate. The small proportion of beryllium-copper alloy does not impair the resistance of the solder joint to reheating, because the resistant nickel-copper alloy has a crystalline structure that matches that of the base metal and an approximately equal expansion coefficient. As a result, the soldered connection produced in this way is sufficiently resistant against long-term heating to 600 ° C. An essentially equally beneficial effect is also obtained when using nickel or other nickel-copper alloys instead of Monel metal for the base and copper as hard solder. The device assembled according to the method according to the invention can be used as a vacuum-tight built-in part of an X-ray tube and has sufficient resistance to withstand brief heating to 800 ° C. during the brazing of other parts of the X-ray tube without damage.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes nach Fig. 3 entspricht im allgemeinen der Ausführung nach Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, dass die Berylliumscheibe (12) in einer Versenkung der Innenwandung der Hülle (10) untergebracht ist, wobei die Scheibe durch eine Hartlot-Unterlegscheibe (14) auf der Unterlage befestigt wird. Die als Röntgenstrahlenfenster dienende Berylliumscheibe ist bei dieser Anordnung besser gegen Beschädigungen geschützt.Another embodiment of the subject matter of the invention according to FIG. 3 corresponds in general to the embodiment according to FIG. Washer (14) is attached to the base. The beryllium disk serving as an X-ray window is better protected against damage in this arrangement.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführung ist die gewölbte Aussenfläche der Hülle (10) bei (15) plangefräst, anstatt mit einer Eindrehung versehen zu sein. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 zeigt eine ebene Unterlage, sodass weder eine Eindrehung noch ein Abfräsen zur Beseitigung des Berylliumfensters (12) erforderlich ist.In the embodiment shown in FIG. 4, the curved outer surface of the casing (10) is milled flat at (15) instead of being provided with a recess. The embodiment according to FIG. 5 shows a flat base, so that neither turning nor milling is required to remove the beryllium window (12).

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann die Berylliumscheibe (17) sowie die Unterlegscheibe (18) auch der Wölbung der Unterlage (16) angepasst werden. Eine derartige gewölbte Scheibe lässt sich vorzugsweise aus einer Berylliumlegierung mit einem geringen Zusatz von Titan oder Zirkonium ohne Schwierigkeiten herstellen. Bei der Ausführung nach Fig. 7 hat schliesslich der Träger (19) für das Berylliumfenster die Form eines Rohrstutzens. In diesem Falle hat die zwischen die Berylliumscheibe (20) und das Rohrende eingelegte Unterlegscheibe (21) aus Hartlot einen etwas kleineren Innendurchmesser als das Rohr, während die Aussendurchmesser von Rohr und Berylliumscheibe annähernd gleich sind.As shown in FIG. 6, the beryllium disc (17) and the washer (18) can also be adapted to the curvature of the base (16). Such a curved disk can preferably be made of a beryllium alloy with a small addition of titanium or zirconium without difficulty produce. In the embodiment according to FIG. 7, the support (19) for the beryllium window finally has the shape of a pipe socket. In this case, the braze washer (21) inserted between the beryllium disc (20) and the end of the pipe has a slightly smaller inner diameter than the pipe, while the outer diameter of the pipe and beryllium disc are approximately the same.

Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind nur Beispiele für die Anwendung der Konstruktion und des Verfahrens entsprechend dem jeweiligen besonderen Zweck. In allen Fällen müssen die durch die Erfindung offenbarten Regeln Anwendung finden, d.h. die Hartlötung muss bei einer Temperatur von etwa 700°C sowie in einer sauerstoffreien Atmosphäre ausgeführt werden, und das Unterlagsmetall muss mit dem Hartlot so zusammenpassen, dass an der Lötstelle keine durchgehende Niederschlagsschicht einer spröden chemischen Verbindung auf dem Unterlagsmetall entstehen kann.The embodiments of the subject matter of the invention shown in the drawing are only examples for the application of the construction and the method according to the particular purpose. In all cases, the rules disclosed by the invention must be applied, i.e. the brazing must be carried out at a temperature of around 700 ° C and in an oxygen-free atmosphere, and the base metal must match the brazing so that there is no continuous deposit layer at the soldering point a brittle chemical compound can form on the base metal.

Claims

1.) Window made of beryllium for vacuum tubes, in particular as a closure for the passage opening of X-ray tubes, and a method for its production, characterized in that a metal piece made of beryllium or a beryllium alloy with a low titanium or zirconium content on a nickel-copper alloy with Underlay metal with a nickel content of 20-30% using a ring-shaped intermediate layer of copper as hard solder at a temperature of at least 700 ° C in an oxygen-free atmosphere under vacuum or in very pure hydrogen in such a way that a short-term heating to around 800 ° C and when continuously heated to around 600 ° C, a resistant, vacuum-tight connection is created between the beryllium window and the underlying metal.

2.) window made of beryllium and method for its production, according to claim 1, characterized in that the base metal is preferably made of Monel metal with a nickel content of preferably 66%.

3.) window made of beryllium and method for its production, according to claim 1 and 2, characterized in that the annular intermediate layer made of copper has a slightly larger outer diameter than the circular beryllium disc, so that by the copper melting during the soldering process between beryllium and the underlying metal both on The ring surfaces lying on top of one another as well as on the outer edges create vacuum-tight soldering joints.