FR1465858A

FR1465858A - Method of producing vacuum-tight, heatable bushings

Info

Publication number: FR1465858A
Application number: FR46466A
Authority: FR
Inventors: Ruediger Wilberg; Dieter Drobisch; Herbert Rolke
Original assignee: Hochvakuum Dresden VEB
Current assignee: Hochvakuum Dresden VEB
Priority date: 1966-01-19
Filing date: 1966-01-19
Publication date: 1967-01-13

Description

Procédé de production de traversées étanches au vide, pouvant être chauffées. La présente invention concerne un procédé de fa brication de traversées de courant .et de tension étan ches au vide pouvant être chauffées, par utilisation de soudures au verre, cristallisant par un traitement thermique. Process for producing vacuum-tight, heatable bushings The present invention relates to a process for the fabrication of heat-exchangeable vacuum current and voltage feedthroughs by use of glass solder crystallizing by heat treatment.

On connaît des traversées de courant et de ten sion étanches au vide pouvant être chauffées, qui sont produites de la façon suivante La plaque métallique à travers laquelle passent le courant ou la tension, présente un alésage de confi guration spéciale. La barre de traversée est enoas- trée dans le verre en vue de l'isoler vis-à-vis de la plaque métallique. Cette liaison verre-métal est éta blie en choisissant un métal ou un alliage dont le coefficient de dilatation thermique est réglé sur ce lui du verre. Heatspeakable current and vacuum crossings are known which are produced in the following manner. The metal plate through which the current or voltage passes has a special configuration bore. The busbar is embedded in the glass to insulate it from the metal plate. This glass-metal bond is established by choosing a metal or an alloy whose thermal expansion coefficient is set on it of the glass.

Il est en outre connu de choisir la section trans- versale de la matière métallique assez petite pour que des tensions critiques apparaissant dans le verre soient composées par l'élasticité plastique du métal ou que la liaison par fusion entre le verre et le métal s'effectue comme soudage sous pression. It is further known to choose the cross-section of the metallic material small enough that critical voltages appearing in the glass are composed by the plastic elasticity of the metal or the fusion bond between the glass and the metal performs as pressure welding.

Ii est également connu d'utiliser comme matière intermédiaire isolante une matière céramique. La barre de traversée est alors reliée à la matière cé ramique par du verre. Toutefois, le plus courant est d'effectuer la liaison entre la barre de traversée et une matière céramique, au moyen d'une soudure métallique. Ii est alors nécessaire que la matière cé ramique soit métallisée sur le joint de soudure. It is also known to use as an insulating intermediate material a ceramic material. The busbar is then connected to the ceramic material by glass. However, the most common is to make the connection between the busbar and a ceramic material, by means of a metal weld. It is then necessary for the ceramic material to be metallized on the solder joint.

Les procédés connus présentent les inconvénients suivants L'utilisation de verre comme matière intermé diaire implique une forte sensibilité aux détériora tions mécaniques. En outre, le coefficient de dilata tion du métal doit s'accorder à peu près à celui du verre, jusqu'au point de transformation. The known processes have the following disadvantages The use of glass as an intermediate material implies a high sensitivity to mechanical deterioration. In addition, the coefficient of expansion of the metal should be about that of the glass, up to the point of transformation.

Si l'on utilise comme matière intermédiaire une matière céramique, on rencontre les mêmes incon vénients que ceux qui se présentent lorsqu'on uti lise le verre. Lorsque la barre de traversée est reliée à la matière céramique par une soudure mé tallique, on obtient une constitution mécaniquement plus robuste et l'adaptation des coefficients de dila tation n'est plus aussi critique. Ce procédé présente de son côté comme inconvénients que la dépense en appareils est très grande et que lors de l'établisse ment de la liaison, l'atmosphère protectrice ou le vide, selon le procédé de fabrication utilisé doit être obligatoirement contrôlé avec précision. If a ceramic material is used as the intermediate material, the same disadvantages as those encountered when the glass is used are encountered. When the busbar is connected to the ceramic material by a metal weld, a mechanically more robust constitution is obtained and the adaptation of the expansion coefficients is no longer so critical. This method has the disadvantage that the expense in apparatus is very large and that during the establishment of the connection, the protective atmosphere or vacuum, depending on the manufacturing process used must be controlled accurately.

Le but de l'invention est de créer un procédé pour fabriquer sans grande dépense d'appareils des traversées de courant et de tension étanches au vide et pouvant être chauffées. Les différentes phases du procédé ne doivent pas être compliquées. The object of the invention is to create a method for producing, without major expenditure of apparatus, vacuum-tight, electrically leak-proof current and voltage bushings. The different phases of the process should not be complicated.

L'invention est basée sur le .problème .de suppri mer les inconvénients des procédés connus et de fa briquer des traversées de courant et de tension étanches au vide, pouvant être chauffées, en utili sant des soudures de verre cristallisant par traite ment thermique et possédant une grande résistance mécanique. The invention is based on the problem of eliminating the disadvantages of the known processes and of breaking up heat-resistant vacuum-tight current and voltage feedthroughs by using crystallizing glass welds by heat treatment and possessing high mechanical strength.

Le problème de la production de traversées con formes à l'invention, dans lesquelles les intervalles entre les conducteurs entourés < l'un tube céramique, le tube céramique lui-même et la plaque métallique, sont remplis d'une soudure de verre cristallisant par traitement thermique, est résolu par le fait que la soudure de verre est en suspension dans un solvant exempt de graisse et très volatil. L'allure de tem pérature du traitement thermique est commandée de manière que tout d'abord le solvant s'évapore tota lement, puis que la soudure de verre cristallisante, possédant la plus faible viscosité, remplisse totale ment les espaces libres et se cristallise lentement. La soudure de verre prend alors une structure céra mique et ensuite refroidit lentement. Après cette opé. ration, toute la traversée est encore une fois chauf fée pendant une courte durée à une température inférieure d'environ 20 au point de ramollissement de la soudure de verre cristallisée, puis refroidit à nouveau lentement. Les conséquences techniques et économiques de cette fabrication résident dans le fait qu'avec une faible dépense, on peut fabriquer des traversées de courant et de tension étanches au vide, pouvant être chauffées, qui ont une plus grande résistance que les liaisons verre-métal antérieures. Un autre avantage consiste en ce qu'on peut établir avec ce procédé sans surcroît de dépense particulier des tra versées multiples. The problem of producing bushings according to the invention, in which the gaps between the conductors surrounded by a ceramic tube, the ceramic tube itself and the metal plate, are filled with a crystallized glass weld by heat treatment, is solved by the fact that the glass solder is suspended in a solvent free of fat and very volatile. The tempera- ture rate of the heat treatment is controlled so that the solvent evaporates first, then the crystallizing glass weld with the lowest viscosity completely fills the free spaces and crystallizes slowly. . The glass solder then takes on a ceramic structure and then cools slowly. After this operation. Once again, the entire feedthrough is heated again for a short time to a temperature of about 20 below the softening point of the crystallized glass weld, and then slowly cooled again. The technical and economic consequences of this fabrication lie in the fact that, with a low cost, it is possible to manufacture vacuum-tight, heat-resistant current and voltage bushings, which have greater resistance than prior glass-metal bonds. . Another advantage is that it can be established with this method without additional expense of multiple tra versées.

Deux formes de réalisation de l'objet de l'inven tion sont représentées, à titre d'exemples non limi tatifs, aux dessins annexés. Two embodiments of the subject of the invention are shown by way of non-limiting examples in the accompanying drawings.

La figure 1 montre une traversée conforme à l'in vention. Figure 1 shows a crossing according to the invention.

La figure 2 rriontre une traversée de plus grande résistance à la tension. Figure 2 shows a crossing of greater resistance to voltage.

La figure 1 montre la constitution de la traver sée de courant et de tension. Un tube céramique 2 est engagé dans l'alésage de la plaque métallique 1. Depuis le côté extérieur, l'alésage augmente en dia mètre jusqu'à environ 2/3 de l'épaisseur de la pla que métallique 1. Le tube céramique 2 fait alors saillie jusqu'à la moitié environ de l'alésage agrandi. Le conducteur 3 dont le diamètre est égal au dia mètre intérieur du tube céramique 2, dépasse con formément à l'application ultérieure désirée. Figure 1 shows the constitution of the current and voltage crossing. A ceramic tube 2 is engaged in the bore of the metal plate 1. From the outside, the bore increases in diameter to about 2/3 of the thickness of the metal plate 1. The ceramic tube 2 then protrudes to about half of the enlarged bore. The conductor 3, whose diameter is equal to the inside diameter of the ceramic tube 2, exceeds the desired subsequent application.

On indique ci-après les opérations du procédé de formation de traversées de courant et de tension. The following describes the operations of the current and voltage bushing formation method.

Les espaces libres ménagés sur le côté extérieur de la plaque métallique, entre celle-ci, le tube céra mique 2 et le conducteur 3. sont remplis avec de la soudure de verre 4 finement broyée, cristallisant par traitement thermique, qui est .mise en suspen sion dans un solvant exempt de corps gras, et s'éva porant facilement. L'ensemble du dispositif est ajusté par des moyens appropriés pour empêcher un dépla cement des différentes parties. The free spaces on the outer side of the metal plate, between the latter, the ceramic tube 2 and the conductor 3 are filled with finely ground glass solder 4 crystallizing by heat treatment, which is. suspension in a solvent free of fatty substances, and evaporation easily. The entire device is adjusted by appropriate means to prevent displacement of the different parts.

Le choix des matières correspondantes de la pla que métallique 1, du tube céramique 2, du conduc teur 3 et de la soudure de verre 4 s'effectue d'après le coefficient de dilatation à l'échauffement. Les coef ficients de dilatation moyens des matières utilisées, entre la température ambiante et la température d'utilisation maximale qui doit être inférieure d'en viron 50 à la température de ramollissement de la soudure de verre 4 cristalline utilisée, doivent être é=galisés et des écarts de coefficients de dilatation thermique de _t 20 %o sont alors admissibles. Dans le choix des matières, on doit procéder de manière qu'il apparaisse de préférence des tensions de con trainte. La traversée ainsi préparée est soumise à un traitement thermique par gradients à l'aide d'un dispositif approprié. L'allure de température est ré gie de manière que tout d'abord l'agent de suspen- sion s'évapore totalement, qu'ensuite la soudure de verre cristallisante utilisée, prenne sa plus faible vis cosité et remplisse ainsi totalement les espaces li bres, puis qu'elle cristallise lentement et prenne une structure céramique. Après refroidissement, la tra versée de courant ou de tension est étanche au vide et peut être chauffée. En outre, cette traversée: pro duite suivant le procédé actuel, est chauffée encore une fois, brièvement, jusqu'à environ 20 en-dessous du point de ramollissement de la soudure de verre cristallisée, puis refroidit lentement, pour donner à la traversée une meilleure résistance mécanique et pour compenser les tensions produites. The choice of the corresponding materials of the metal plate 1, the ceramic tube 2, the conductor 3 and the glass solder 4 is performed according to the coefficient of expansion during heating. The average expansion coefficients of the materials used, between room temperature and the maximum use temperature, which must be about 50% lower than the softening temperature of the crystalline glass solder 4 used, must be equalized and deviations of coefficients of thermal expansion of _t 20% o are then admissible. In the choice of materials, it is necessary to proceed in such a way that stresses of tension appear preferably. The bushing thus prepared is subjected to a heat treatment by gradients using a suitable device. The temperature range is adjusted so that first of all the suspending agent evaporates completely, then the crystallizing glass solder used, takes its lowest cosity screw and thus completely fills the gaps. then crystallize slowly and take a ceramic structure. After cooling, the current or voltage draw is vacuum tight and can be heated. In addition, this crossing, produced according to the current process, is again heated briefly up to about 20 below the softening point of the crystallized glass weld and then cooled slowly to give the crossing better mechanical resistance and to compensate for the voltages produced.

Plusieurs,de ces traversées peuvent aussi être dis posées sur une plaque métallique 1 pour former une traversée multiple. Several of these vias can also be placed on a metal plate 1 to form a multiple crossing.

La plaque métallique 1 est réalisée de préférence comme bride. The metal plate 1 is preferably made as a flange.

Pour augmenter la résistance à la tension, on ef fectue dans l'alésage agrandi un fraisage cylindrique dans lequel on insère un autre tube céramique 5.To increase the tensile strength, a cylindrical milling is introduced into the enlarged bore into which another ceramic tube 5 is inserted.

Ce dernier évite dans une large mesure les décharges disruptives entre la plaque métallique 1 et le con ducteur 3, car le tube céramique 5, avec la soudure de verre 4 cristallisant par traitement à la chaleur sont réunis dans la plaque métallique 1, pendant ce traitement thermique. The latter avoids to a large extent the disruptive discharges between the metal plate 1 and the conductor 3, because the ceramic tube 5, with the glass solder 4 crystallizing by heat treatment are united in the metal plate 1, during this treatment thermal.

Claims

SUMMARY A method of manufacturing heat-tight vacuum-tight current and voltage bushings by use of heat-crystallizing glass weldings which fill the intermediate spaces of the conductors surrounded by a ceramic tube, the tube ceramic itself and the metal plate, characterized in that the glass solder is suspended in an easily evaporable grease-free solvent and in that the tempera- ture of the thermal treatment is controlled in such a way that first of all the solvent evaporates completely, the crystallizing glass solder completely fill the voids when it reaches its minimum viscosity. slowly crystallizes and takes up a ceramic structure and then cools, and then the whole passage is heated again for a short time at a temperature of about 20 to the point, softening of the crystallized glass weld, and cool again slowly.