DE1118893B

DE1118893B - Vacuum-tight connection in an electron tube between a tubular ceramic part and a disc-shaped metal part

Info

Publication number: DE1118893B
Application number: DEE12662A
Authority: DE
Inventors: James L Hall; Donald H Preist; Paul D Williams
Original assignee: Eitel Mccullough Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1955-11-10
Filing date: 1956-07-12
Publication date: 1961-12-07

Description

Vakuumdichte Verbindung bei einer Elektronenröhre zwischen einem rohrförmigen Keramikteil und einem scheibenförmig ausgebildeten Metallteil Die Erfindung bezieht sich auf eine vakuumdichte Verbindung bei einer Elektronenröhre zwischen einem rohrförmigen Keramikteil und einem scheibenförmig ausgebildeten, senkrecht zur Längsachse der Röhre angeordneten Metallteil, die einen Teil der Röhrenwandung bilden, bei der der Keramik- und der Metallteil vakuumdicht mit dem Rand je eines Ringflansches verbunden ist, während die anderen Ränder der Ringflansche außerhalb der Röhrenwand ebenfalls vakuumdicht miteinander verbunden sind.Vacuum-tight connection in an electron tube between a tubular Ceramic part and a disc-shaped metal part The invention relates relies on a vacuum-tight connection in the case of an electron tube between a tubular Ceramic part and a disk-shaped, perpendicular to the longitudinal axis of the Tube arranged metal part, which form part of the tube wall, in the the ceramic and metal parts are vacuum-tight with the edge of an annular flange each is connected, while the other edges of the annular flanges outside the pipe wall are also connected to one another in a vacuum-tight manner.

Es sind bereits Verfahren zur vakuumdichten Verbindung solcher Teile bekannt. Auf diese Verfahren und ihre Nachteile wird weiter unten im Zusammenhang mit der ausführlichen Erläuterung der Erfindung an Hand der Figuren noch näher eingegangen werden.There are already processes for the vacuum-tight connection of such parts known. These methods and their disadvantages are related below with the detailed explanation of the invention on the basis of the figures will be discussed in more detail will.

Die dort beschriebenen Nachteile werden bei einer vakuumdichten Verbindung mit den im ersten Absatz gekennzeichneten Merkmalen nach der Erfindung dadurch vermieden, daß die Verbindung des einen Randes des Ringflansches an der dem Metallteil gegenüberliegenden Stirnseite des Keramikteiles erfolgt ist und daß an dieser Stelle zwischen dem Keramik- und dem Metallteil ein Keramikabstützring mit dem Ringflansch fest verbunden ist, welcher nach endgültiger Verbindung der Teile miteinander auf dem Metallteil frei gleitend aufliegt.The disadvantages described there are in a vacuum-tight connection with the features identified in the first paragraph according to the invention thereby avoided, that the connection of one edge of the annular flange to the opposite of the metal part Face of the ceramic part is done and that at this point between the ceramic and the metal part has a ceramic support ring firmly connected to the ring flange, which after the final connection of the parts to each other on the metal part free slides on.

Durch diese Maßnahme wird ein Bruch des Keramikteiles, der durch die verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten hervorgerufen werden kann, verhindert.This measure causes a break in the ceramic part, which is caused by the different expansion coefficients can be caused.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar ist Fig. 1 ein. Axialschnitt durch ein Klystron mit drei Hohlraumresonatoren, deren Keramik- und Metallteile 'gemäß der Erfindung miteinander verbunden. sind; Fig. 2 ist eine im vergrößerten Maßstab gezeichnete Schnittansicht eines Teiles der Fig. 1 und veranschaulicht Einzelheiten der Verbindung.In the drawings, one embodiment of the invention is for example shown, namely Fig. 1 is a. Axial section through a klystron with three cavity resonators, their ceramic and metal parts' connected together according to the invention. are; Fig. 2 is a sectional view of a part drawn on an enlarged scale of Fig. 1 and illustrates details of the connection.

Das in Fig. 1 dargestellte Klystron weist eine längliche, im allgemeinen zylindrische und luftleer gemachte Hülle auf, welche an dem einen Ende einen Strahlerzeuger 2 und an dem anderen Ende eine Auffangelektrode hat. Der von dem Strahlerzeuger zu der Auffangelektrode gehende Elektronenstrahl geht durch einen Triftröhrenteil hindurch, welcher aus den Abschnitten 4, 6, 7 und 8 aus einem Metall, wie beispielsweise Kupfer, besteht, die sich in axialer Richtung der Hülle erstrecken und deren Zwischenräume mit 9 bezeichnet sind. Diese Zwischenräume werden durch Hohlraumresonatoren 11 überbrückt.The klystron shown in Fig. 1 has an elongated, generally cylindrical and evacuated shell, which at one end has a jet generator 2 and has a collecting electrode at the other end. The one from the jet generator Electron beam going to the collecting electrode passes through a drift tube part through which of the sections 4, 6, 7 and 8 made of a metal, such as Copper, which extend in the axial direction of the shell and the spaces between them are denoted by 9. These spaces are bridged by cavity resonators 11.

Der Strahlerzeuger 2 weist eine Kathode 12 auf, die in einer becherartig gestalteten Anode 13 vorzugsweise aus Kupfer, sitzt. Die Anode 13 ist an dem Triftröhrenteil 4 an der Lötstelle 14 befestigt und hat vor der Kathode eine Öffnung 15,. welche in dem Triftröhrenteil mündet.The beam generator 2 has a cathode 12 which is seated in a cup-like anode 13, preferably made of copper. The anode 13 is attached to the drift tube part 4 at the soldering point 14 and has an opening 15 in front of the cathode. which opens into the drift tube part.

Die von der Kathode kommenden Elektronen werden über die Anodenöffnung durch eine Bündelungselektrode 16 gebündelt. Die ganze Strahlerzeugereinrichtung sitzt in einem Teil 17 an dem Ende der Hülle;. dieses Teil kann von der üblichen Bauart aus Glas und Metall sein und geeignete Anschlußstellen für die Kathode und die Bündelungselektrode aufweisen.The electrons coming from the cathode are passed through the anode opening bundled by a bundling electrode 16. The whole beam generator seated in part 17 at the end of the sheath; this part may be different from the usual Be made of glass and metal and suitable connection points for the cathode and have the bundling electrode.

Die Auffangelektrode 3 an dem anderen Ende der Hülle wird vorzugsweise aus Kupfer hergestellt und, ist mit dem Triftröhrenteil 8 an der Lötstelle 20 verbunden. Die Auffangelektrode kann mit einem metallenen Auslaßröhrchen 21 versehen sein, welches nach dem Luftleermachen der Hülle bei 22 verschlossen wird.The collecting electrode 3 at the other end of the sheath is preferred made of copper and is connected to the drift tube part 8 at the soldering point 20. The collecting electrode can be provided with a metal outlet tube 21, which is closed at 22 after evacuating the envelope.

Auf den Triftröhrenteilen 4, 6, 7 und 8 sind Hohlraumresonatoren 11 gelagert. Diese Resonatoren haben alle die gleiche Bauart, und ein jeder von ihnen weist ein Paar metallener Endwandungen oder Scheiben 25 auf, welche durch eine zylindrische isolierende Wand 26 verbunden sind. Die Wandungen 25; die gewöhnlich aus Kupfer bestehen, sind mit Öffnungen zur Aufnahme der Triftröhrenteile versehen und an diesen an den Lötstellen 27 befestigt. Die Resonatoren sind vorzugsweise mit Abstimmteilen außerhalb der Hülle versehen.On the drift tube parts 4, 6, 7 and 8 there are cavity resonators 11 stored. These resonators are all of the same design, and each of them has a pair of metal end walls or washers 25 on which connected by a cylindrical insulating wall 26. The walls 25; the usually made of copper, with openings to accommodate the drift tube parts provided and attached to these at the solder points 27. The resonators are preferred provided with tuning parts outside the envelope.

Die zylindrischen, isolierenden Wandungen 26 werden vorzugsweise aus Aluminiumoxydkeramik hergestellt, um der Hitze und der Elektronenbombardierung zu widerstehen und um eine angemessene Unterstützung für die schweren metallenen Teile der Röhre vorzusehen. Die keramischen Abschnitte 26 werden mit den -metallenen Abschnitten 25 mittels einer vakuumdichten Verbindung verbunden, die aus Fig. 2 hervorgeht. Diese Verbindung weist außer den keramischen und metallenen Hüllenabschnitten zwei Teile auf, die miteinander zu verbinden sind. Der erste Teil ist ein Verschlußflansch 28, der vorzugsweise aus einem inneren Ring 29 und einem äußeren Ring 30 besteht. Der zweite Teil ist ein Stützglied 31, das die Form eines Ringes hat, welcher im wesentlichen denselben inneren und äußeren Durchmesser wie der zylindrische keramische Abschnitt 26 hat und imVergleich zu dem Verschlußring 29 verhältnismäßig dick ausgebildet ist.The cylindrical, insulating walls 26 are preferably made of Alumina ceramic made to withstand the heat and electron bombardment resist and provide adequate support for the heavy metal parts the tube to be provided. The ceramic sections 26 are with the metal sections 25 connected by means of a vacuum-tight connection, which can be seen from FIG. In addition to the ceramic and metal shell sections, this connection has two Parts that are to be connected to each other. The first part is a locking flange 28, which preferably consists of an inner ring 29 and an outer ring 30. The second part is a support member 31, which has the shape of a ring, which in the essentially the same inner and outer diameter as the cylindrical ceramic Section 26 has and compared to the locking ring 29 is relatively thick is.

Der keramische Abschnitt 26 (Fig. 2) ist an seinem dem metallenen Abschnitt 25 zugekehrten Ende metallisiert, und der innere Abschlußring 29 hat einen nach innen umgebogenen Flansch, welcher das metallisierte Ende des keramischen Abschnittes überlappt. Der Stützring wird gleichfalls aus Keramik hergestellt und ist an der Stirnseite metallisiert, welche mit dem überlappenden Teil des Ringes 29 in Berührung kommt; die metallisierten Teile der beiden keramischen Glieder sind bei 33 angedeutet. Für das Metallisieren des keramischen Abschnittes 26 und des Unterstützungsteiles 31 kann jedes geeignete Verfahren benutzt werden. So können beispielsweise die zu metallisierenden keramischen Flächen mit einer 80:20a/oigen Mischung von pulverförmigem Molybdän und Mangan in einem geeigneten Flüssigkeitsträger bedeckt und dann bei reduzierender Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 1500° C gebrannt werden. Um den überlappenden Teil des Ringes 29 mit den metallisierten Flächen des keramischen Abschnittes 26 und des Stützringes 31 zu verbinden, werden diese drei Teile in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise vereinigt und alsdann mit einer Lötmasse, wie beispielsweise einem leichtschmelzenden Kupfer-Silber-Stoff, bei einer Temperatur von etwa 850° C hart verlötet. Der Verschlußring 30 wird an der Endwand 25 gesondert angelötet, und die Gesamtanordnung wird durch Zusammenschweißen der in Übereinstimmung liegenden Kanten der Ringe 29 und 30 hergestellt, wie dies bei 34 angedeutet ist. Wenn auch der Ring 30 als besonderer Teil dargestellt ist, kann er auch aus einem Stück mit der Endwand 25 bestehen.The ceramic portion 26 (FIG. 2) is metallized at its end facing the metal portion 25, and the inner end ring 29 has an inwardly bent flange which overlaps the metallized end of the ceramic portion. The support ring is also made of ceramic and is metallized on the end face which comes into contact with the overlapping part of the ring 29; the metallized parts of the two ceramic members are indicated at 33. Any suitable method can be used to metallize the ceramic portion 26 and the support member 31. For example, the ceramic surfaces to be metallized can be covered with an 80: 20% mixture of powdered molybdenum and manganese in a suitable liquid carrier and then fired at a temperature of about 1500 ° C. in a reducing atmosphere. In order to connect the overlapping part of the ring 29 with the metallized surfaces of the ceramic section 26 and the support ring 31, these three parts are combined in the manner shown in FIG , brazed at a temperature of around 850 ° C. The locking ring 30 is separately soldered to the end wall 25 and the overall assembly is made by welding the mating edges of the rings 29 and 30 together, as indicated at 34 . Although the ring 30 is shown as a separate part, it can also be made in one piece with the end wall 25.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kommt eine Verschlußringanordnung zur Verwendung, bei der der keramische Abschnitt 26 durch einen Unterstützungsteil 31 verstärkt ist, welcher auf dem metallenen Abschnitt 25 gleitend aufliegt. Die beiden Ringe 29 und 30 des Flansches 28 sind aus verhältnismäßig dünnem Metall hergestellt, so daß er sich leicht biegen wird und nicht die Bewegung der Endwand 25 auf den sich überlappenden Teil des Ringes 29 überträgt. Es ist bekannt, die Endwand 25 durch direkte Berührung mit dem sich überlappenden Teil des Ringes 29 ohne die Benutzung eines Stützringes abzustützen. Diese Einrichtung war aber nicht zufriedenstellend, da gewisse Wirkungen auftraten, die nunmehr beschrieben werden sollen. Die Verschlußringe 29 und 30 werden aus Metall hergestellt, welches, wie beispielsweise für die Endwand 25, gewöhnlich Kupfer ist. An Stelle von Kupfer wird für den Ring 29 manchmal auch Nickel benutzt. Die Ausdehnungskoeffizienten von Kupfer und Nickel sind etwa 19,6 - 10-e bzw. 16,8 - 10-s, während der Ausdehnungskoeffizient des keramischen Zylinders 26 etwa 7,9 - 10-s beträgt. Es ist einleuchtend, daß, wenn der Zylinder 26 und der Ring 29 sich auf Raumtemperatur abkühlen, nachdem sie auf die Löttemperatur von etwa 850° C erhitzt worden sind, der Kupferring 29 die Neigung haben wird, sich im wesentlichen mehr zusammenzuziehen als die Keramik. Der überlappende Teil des Ringes 29 wird somit die Neigung haben, sich über das Ende des Zylinders 26 hinaus zu bewegen versuchen, wobei die Keramik zerbrochen wird.As can be seen from the above description, a locking ring arrangement is used in which the ceramic section 26 is reinforced by a support part 31 which rests on the metal section 25 in a sliding manner. The two rings 29 and 30 of the flange 28 are made of relatively thin metal so that it will bend easily and will not transmit the movement of the end wall 25 to the overlapping part of the ring 29. It is known to support the end wall 25 by direct contact with the overlapping portion of the ring 29 without the use of a support ring. However, this arrangement was unsatisfactory because certain effects occurred, which will now be described. The locking rings 29 and 30 are made of metal which, such as for the end wall 25, is usually copper. Instead of copper, nickel is sometimes used for the ring 29. The expansion coefficients of copper and nickel are about 19.6-10-e and 16.8-10-s, respectively, while the expansion coefficient of the ceramic cylinder 26 is about 7.9-10-s. It is evident that when the cylinder 26 and ring 29 cool to room temperature after being heated to the brazing temperature of about 850 ° C, the copper ring 29 will tend to contract substantially more than the ceramic. The overlapping part of the ring 29 will thus have a tendency to try to move past the end of the cylinder 26, breaking the ceramic.

Bei der bisher üblichen Anordnung wird die zusammenziehende und sich ausdehnende Bewegung der großen aus Kupfer bestehenden Endwand 25 infolge der direkten Berührung zwischen derWand25 und dem überlappenden Teil des Verschlußringes 29 unmittelbar auf den keramischen Abschnitt 26 übertragen. Die Endwand und der überlappende Teil des Ringes 29 werden daher durch die Kraft des Atmosphärendruckes zusammengepreßt, so daß die Gefahr einer kalten Verschweißung dieser Teile miteinander besteht. Es ist wahrscheinlich eine geringere Verschweißung vorhanden, wenn der Ring 29 aus Nickel hergestellt wird, als wenn er aus Kupfer gemacht werden würde; aber auch bei der Herstellung aus Nickel folgt der dünne Nickelteil den Bewegungen der dicken Endwand 25. Bei der bisherigen Anordnung wird also die Spannung in dem keramischen Abschnitt 26 sowohl durch den überlappenden Teil des Ringes 29 als auch durch die Endwand 25 verursacht. Die Verwendung des Stützringes 31 korrigiert die beiden oben beschriebenen, zerstörenden Wirkungen bei den bisherigen Verschlußanordnungen. Betrachtet man zunächst die zerstörende Wirkung des Verschlußringes 29 an sich, so hat die Hinzufügung des Stützringes 31 den Effekt, diese Wirkung auf annähernd die Hälfte herabzusetzen. Da der Stützring aus Keramik besteht, hat er denselben Ausdehnungskoeffizienten wie der Zylinder 26, so daß der radialen Bewegung des überlappenden Teiles des Ringes 29 ungefähr zur Hälfte durch den keramischen Abschnitt 26 und etwa zur Hälfte durch den keramischen Stützring 31 entgegengewirkt wird. Die Benutzung des Stützringes 31 beseitigt auch die zerstörende Wirkung der Endwand 25, da zwischen dieser und dem keramischen Stützring keine kalte Verschweißung möglich ist. Die Stirnseite des Stützringes 31, welche in Berührung mit der Endwand 25 steht, ist nicht metallisiert und ermöglicht daher eine freie Gleitbewegung zwischen Ring und Endwand.In the previously usual arrangement, the contracting and expanding movement of the large copper end wall 25 due to the direct Contact between the wall 25 and the overlapping part of the locking ring 29 directly transferred to the ceramic section 26. The end wall and the overlapping part of the ring 29 are therefore pressed together by the force of atmospheric pressure, so that there is a risk of these parts being cold welded together. It there is likely to be a lesser weld when the ring 29 is off Nickel is made as if it were made of copper; but also When made from nickel, the thin nickel part follows the movements of the thick ones End wall 25. With the previous arrangement, the stress in the ceramic Section 26 through both the overlapping part of the ring 29 and through the End wall 25 caused. Use of the support ring 31 corrects the two above described, destructive effects in the previous closure arrangements. Considered if you first see the destructive effect of the locking ring 29 per se, then the Addition of the support ring 31 the effect, this effect to approximately half to belittle. Since the support ring is made of ceramic, it has the same coefficient of expansion as the cylinder 26 so that the radial movement of the overlapping part of the ring 29 approximately halfway through the ceramic section 26 and approximately halfway through the ceramic support ring 31 is counteracted. The use of the support ring 31 also eliminates the destructive effect of the end wall 25, since between this and cold welding is not possible with the ceramic support ring. The front side of the support ring 31, which is in contact with the end wall 25, is not metallized and therefore allows free sliding movement between the ring and the end wall.

Aus der obigen Beschreibung geht somit hervor, daß die Erfindung eine verbesserte Verschlußeinrichtung zwischen den isolierenden und metallenen Abschnitten einer Röhrenhülle durch die Verwendung eines Stützringes ergibt. Wenn oben bestimmte Stoffe für die verschiedenen Teile genannt wurden, so gilt allgemein, daß - wenn der Expansionskoeffizient des isolierenden Zylinders 26 verschieden von dem des Abschlußringes 29 ist - die Expansionskoeffizienten von Zylinder 26 und Abstützring 31 beide in derselben Richtung verschieden von dem Expansionskoeffizienten des Verschlußringes 29 sein müssen, so daß der Abstützring dem Zylinder helfen wird, der radialen Bewegung des überlappenden Teiles des Verschlußringes zu widerstehen. Wenn also der Expansionskoeffizient des Zylinders 26 kleiner als der des Verschlußringes 29 ist, so muß auch der Expansionskoeffizient des Abstützringes 31 ebenfalls kleiner als der des Verschlußringes 29 sein, und wenn der Expansionskoeffizient des Zylinders 26 größer als der des Ringes 29 ist, so muß auch der Expansionskoeffizient des Abstützringes 31 gleichfalls größer als der des Ringes 29 sein.From the above description it will thus be seen that the invention provides an improved closure means between the insulating and metal sections of a tubular casing through the use of a support ring. If certain substances were mentioned above for the various parts, it generally applies that - if the expansion coefficient of the insulating cylinder 26 is different from that of the locking ring 29 - the expansion coefficients of cylinder 26 and support ring 31 both differ in the same direction from the expansion coefficient of the locking ring Must be 29 so that the support ring will help the cylinder withstand radial movement of the overlapping portion of the locking ring. So if the expansion coefficient of the cylinder 26 is smaller than that of the locking ring 29, the expansion coefficient of the support ring 31 must also be smaller than that of the locking ring 29, and if the expansion coefficient of the cylinder 26 is greater than that of the ring 29, so must the expansion coefficient of the support ring 31 can also be greater than that of the ring 29.

Claims

PATENT CLAIM. Vacuum-tight connection in an electron tube between a tubular ceramic part and a disc-shaped, Metal part arranged perpendicular to the longitudinal axis of the tube, which forms part of the tube wall form, in which the ceramic and the metal part are vacuum-tight with the edge each one Ring flange is connected, while the other edges of the ring flanges outside the tube wall are also connected to one another in a vacuum-tight manner, characterized in that that the connection of one edge of the annular flange (29) to the metal part (25) opposite end face of the ceramic part (26) has taken place and that on at this point between the ceramic and the metal part a ceramic support ring (31) is firmly connected to the annular flange (29), which after the final connection of the Parts with one another on the metal part (25) rests freely sliding. Considered Publications: German Patent Nos. 826 038, 829 634, 873 873, 899 238; U.S. Patent Nos. 2,619,611, 2,650,683; »Precision engineering«, 57th year, 1953, pp. 309 to 319.