DE2903836C2 - Elektronenröhre - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektronenröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Eine derartige Elektronenröhre ist aus der britischen Patentschrift 11 43 535 bekannt. Dabei handelt es sich um eine Elektronenröhre, deren Umhüllung einen ersten Teil mit einem metallenen Hohlzylinder mit einer V-förmigen Rille und einen zweiten Teil mit einem metallenen Hohlzylinder mit einem in diese Rille passenden V-förmigen Rand enthält. Die V-förmige Rille ist mit einem kalt verformbaren Metall wie Indium, Zinn oder Blei versehen. Die hermetische Verbindung dieser Teile erfolgt dadurch, daß der V-förmige Rand in die V-förmige Rille gedrückt wird. Gemessen in der Umfangsrichtung der Abdichtung ist dazu eine Kraft in der Größenordnung von 100 N/mm notwendig. Derartige große Kräfte sind aber nachteilig, wenn die Elektronenröhre gläserne Umhüllungsteile aufweist, weil diese unter dem Einfluß dieser Kräfte beschädigt werden. Zum Herstellen einer zuverlässigen hermetischen Verbindung ist es notwendig, die zu verbindenden Oberflächen zuvor gründlich zu reinigen. Das restlose Entfernen von Verunreinigungen aus einer V-förmigen Rille hat sich in der Praxis als sehr schwierig herausgestellt. Weiterhin ist diese Konstruktion aus praktischen Gründen auf kreisrunde Verbindungsoberflächen beschränkt.
• Aus der GB-PS 8 89 027 ist eine Elektronenröhre mit einer aus mindestens zwei Teilen bestehenden Umhüllung bekannt, die mit einander zugewandten Verbindungsoberflächen versehen und an diesen Flächen durch eine Druckabdichtung aus einem kalt verformbaren Metall hermetisch miteinander verbunden sind, wobei eine der Verbindungsoberflächen durch eine Stirnfläche eines hohlzylindrischen Umhüllungsteils und die dieser Stirnfläche zugewandte andere Verbindungsoberfläche im wesentlichen flach ist und über den Umfang der Stirnfläche eine größere Breite als die Breite der Stirnfläche aufweist. Diese Verbindung ist jedoch eine Glas-Metall-Glas-Verbindung und keine Metall-Metall-Metall-Verbindung und zudem benötigt diese bekannte Verbindung einen zusätzlichen hohlzylindrischen Umhüllungsteil, welcher die beiden zu verbindenden Teile umgibt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektronenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die für die Druckabdichtung erforderliche Druckkraft sehr gering wird.
• Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch eine Elektronenröhre der eingangs angegebenen Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung gelöst.
• Zum Herstellen einer Druckabdichtung ist nunmehr eine nur geringe Druckkraft von einigen N pro mm Länge gemessen entlang des Umfangs der Abdichtung notwendig. Dies ist von besonderem Vorteil bei der Herstellung von photoelektrischen Elektronenröhren, bei denen die Umhüllungsteile durch ein mit einer strahlungsempfindlichen Schicht versehenes Fensterteil und einen röhrenförmigen Umhüllungsteil gebildet werden. Wegen der Temperaturempfindlichkeit der strahlungsempfindlichen Schicht ist es dabei erwünscht, die Druckabdichtung bei einer niedrigen Temperatur, z. B. Raumtemperatur, herzustellen. Andererseits sollen die Druckkräfte zum Herstellen der Druckabdichtung möglichst gering sein, damit die Umhüllungsteile der Elektronenröhre nicht beschädigt werden.
• Geeignete Dichtungswerkstoffe sind z. B. Zinn, Indium, Blei oder eine Legierung wie Blei-Zinn, Indium-Zinn und Indium- Wismut.
• Nach einer Ausführungsform einer photoelektrischen Röhre nach der Erfindung sind der Fensterteil sowie der röhrenförmige Umhüllungsteil mit einem hohlzylinderförmigen Metallkörper versehen, deren einander zugewandte Stirnflächen durch eine Druckabdichtung miteinander verbunden sind, und der hohlzylinderförmige Metallkörper mit der schmalen Verbindungsoberfläche ist an dem Fensterteil angebracht. Die hohlzylinderförmigen Metallkörper bestehen vorzugsweise aus Legierungen aus Eisen, Nickel und Kobalt, deren Ausdehnungskoeffizient im wesentlichen gleich dem des Werkstoffes der z. B. gläsernen Umhüllungsteile der Elektronenröhre ist.
• Nach einer anderen Ausführungsform einer photoelektrischen Elektronenröhre nach der Erfindung ist der hohlzylinderförmige Metallkörper, dessen Verbindungsfläche eine Breite von höchsten 0,4 mm hat, an dem röhrenförmigen Umhüllungsteil angebracht und die derselben zugewandte Verbindungsoberfläche des Fensterteils besteht aus einer auf dem Fensterteil vorgesehenen Metallschicht.
• Die auf der Verbindungsoberfläche des Fensterteils vorgesehene Metallschicht ist als Haftschicht für den Abdichtungswerkstoff wirksam. Diese Haftschichten, die auch auf den Verbindungsoberflächen der hohlzylinderförmigen Metallkörper vorgesehen sein können, bestehen z. B. aus Nickel-Chrom, Nickel und Gold oder Kupfer bzw. Silber. Besteht der Fensterteil aus Magnesiumfluorid, Kalziumfluorid oder Lithiumfluorid, so besteht die Haftschicht vorzugsweise aus Tantaloxid, Nickelchrom, Nickel und Gold oder Kupfer bzw. Silber, und zwar in dieser Reihenfolge.
• Ausführungsbeispiele der Elektronenröhre nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
• Fig. 1 für ein erstes Ausführungsbeispiel die Schnitte A bis E zum Herstellen einer hermetischen Abdichtung zwischen einem Fensterteil und einem röhrenförmigen Umhüllungsteil einer photoelektrischen Elektronenröhre und
• Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel einer hermetischen Abdichtung.
• In Fig. 1 sind die Stufen zur Herstellung einer Kaltpreßschweißung nacheinander bei A, B, C, D und E dargestellt. In allen Schnittansichten A, B, C, D, E sind ein Umhüllungsteil einer Elektronenröhre und ein Fensterteil mit 11 bzw. 12 bezeichnet. Zur Herstellung einer Verbindung ist der rohrförmige Umhüllungsteil 11 auf seiner Schnittfläche am Umfang mit einem Metallteil 13 versehen, der eine ebene Oberfläche 14 aufweist. Seinerseits ist der ebene Fensterteil 12 mit einem dünnwandigen Metallhohlzylinder 15 versehen, der zu den Oberflächen des Fensterteils 12 senkrecht ist. Das außerhalb des Fensterteils 12 liegende Ende dieses Metallhohlzylinders ist mit 16 bezeichnet. Diese Metallteile 13, 15 sind in den Umhüllungsteil 11 bzw. in den Fensterteil 12 eingeschmolzen. Wenn angenommen wird, daß dieser Fensterteil und dieser Umhüllungsteil aus Industrieglas bestehen, sind diese Einschmelzungen z. B. beim Pressen dieses Umhüllungsteils und dieses Fensterteils erhalten, wobei das Glas auf eine dem Schmelzpunkt des Glases überschreitende Temperatur gebracht wird. Die Breite des Endes 16 des Metallhohlzylinders 15 ist gering in bezug auf die Breite der Oberfläche 14 des Metallteils 13. Beispielsweise beträgt diese Breite 0,2 mm, während die Breite der Oberfläche 14 1 bis 2 mm ist. Während der Stufe A werden das Ende 16 und die Oberfläche 14 einer Oberflächenbehandlung unterworfen, die aus einer Ätzung und einer Polierung besteht, um sie flach zu machen, wonach eine Reinigung und wieder eine Ätzung durchgeführt wird. Sie werden anschließend mit Metallschichten aus einem Metall überzogen, das leicht oberflächlich in die Metallteile 15 und 13 und später auch in das die Verbindung bildende Metall wandern können muß. Beispielsweise bestehen der Metallteil 13 und der Metallhohlzylinder 15 aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung, wie die unter der Bezeichnung "Dilver P" bekannten Legierung, das Dichtungsmaterial aus Indium und die Metallhaftschichten aus Gold. Die auf der Oberfläche 14 und dem Ende 16 abgelagerten Goldschichten sind mit 17 bzw. 18 bezeichnet. Der rohrförmige Umhüllungsteil 11 und der ebene Fensterteil 12 sind übereinander angeordnet, derart, daß das Ende 16 und die Oberfläche 14 in einander gegenüber liegenden waagerechten Ebenen liegen. Bei der Umgebungstemperatur wird auf der Goldschicht 17 ein Indiumring 19 angebracht. Während der Stufe B des Verbindungsverfahrens wird das Gebilde unter Vakuum auf eine die Schmelztemperatur des Indiums überschreitende Temperatur, z. B. 300°C, gebracht. Der Indiumring breitet sich über die Oberfläche 14 aus und nimmt dann die bei B angegebene Form an, wobei der Querschnitt des Indiumringes eine konvexe Form aufweist. Während der Stufe C nähert sich der Fensterteil 12 derart dicht dem Umhüllungsteil 11, daß das Ende 16 des Metallhohlzylinders 15, das mit der Goldschicht 18 versehen ist, mit dem geschmolzenen Indiumring 19 in Berührung gerät und mit Indium befeuchtet wird. Während der Stufe D werden der Fensterteil 12 und der Umhüllungsteil 11 voneinander entfernt. Wenn der Kontakt zwischen dem Indiumring 19 und dem Ende 16 unterbrochen wird, verbleibt auf dem Ende 16 eine Indiumschicht 20, die durch Kapillarkräfte festgehalten wird. Dann läßt man das Gebilde auf die Umgebungstemperatur abkühlen. Während der Stufe E werden der Fensterteil 12 und der Umhüllungsteil 11 wieder derart nahe zueinander gebracht, daß der Indiumring 19 und das Ende 16 mit der Indiumschicht 20 miteinander in Berührung sind. Während der Umhüllungsteil 11, z. B. mit Hilfe nicht dargestellter Haltemittel fixiert wird, wird ein Druck auf die Oberfläche 21 des Fensterteils 12 in Richtung der Pfeile, wie 22 , ausgeübt. Das Ende 16 des Metallhohlzylinders 15, das mit der Indiumschicht 20 versehen ist, kehrt wieder zu dem Indiumring 19 zurück, wodurch eine Kaltpreßschweißung erhalten wird. Der ausgeübte Druck ist wegen der geringen Dicke des Endes 16 gering und entspricht einer Kraft von weniger als 3 N pro Millimeter Länge der Verbindung.
• Bei diesem Ausführungsbeispiel einer Elektronenröhre bestehen die miteinander verbundenen Metallteile 13, 15 aus Eisen- Nickel-Kobalt-Legierungen (Fe-Ni-Co), wie die unter den Bezeichnungen "Dilver P", "Kovar", "Vacon" bekannten Legierungen, während das Dichtungsmaterial aus Indium besteht und die Haftschichten auf den Fe-Ni-Co-Teilen, die an Indium haften müssen, aus Gold bestehen. Es versteht sich, daß die Ausführung einer Elektronenröhre nach der Erfindung nicht auf eine Verbindung zwischen Teilen aus Fe-Ni-Co mit Hilfe von Indium mit zwischengefügten Goldschichten beschränkt ist.
• Es kann sehr gut eine Verbindung zwischen Teilen aus Fe-Ni-Co hergestellt werden, wobei die Einlage aus Indium, aber wobei die Haftschicht aus Kupfer oder Silber besteht. Im Falle der Verwendung von Teilen aus Fe-Ni-Co kann die Einlage aus Indium, Zinn, Blei oder einer Legierung, wie Zinn-Blei, Indium- Zinn oder Indium-Wismut, bestehen. Es können Teile aus einem von Fe-Ni-Co verschiedenen Metall verwendet werden und dann wird die Art der Haftschicht an die der die genannten Teile und die Einlage bildenden Metalle angepaßt. In allen Fällen können beim Preßvorgang verhältnismäßig einfache mechanische Mittel verwendet werden, weil die benötigte Druckkraft immer gering ist und in der Größenordnung eines Newtons pro Millimeter Länge der Verbindung liegt.
• Ferner kann einer der miteinander zu verbindenden Teile ein Fensterteil aus einem von Industrieglas verschiedenen Material, wie Siliziumoxidglas, Quarz, Aluminiumoxid, Korund oder Magnesiumfluorid (MgF₂), Calciumfluorid (CaF₂) oder Lithiumfluorid (LiF), sein. Es ist bekannt, daß es schwierig ist, an einem derartigen Fensterteil einen Metallring, insbesondere durch Pressen, anzubringen. Bei einem Ausführungsbeispiel der Elektronenröhre nach der Erfindung wird diese Schwierigkeit auf die nachstehend an Hand der Fig. 2 beschriebene Weise vermieden. In dieser Figur ist wieder der ebene Fensterteil 12 der Fig. 1 dargestellt, aber er besteht nun aus einem der oben angegebenen Materialien; des weiteren ist der rohrförmige Umhüllungskörper 11 dargestellt. Die gegenseitigen Lagen des Fensterteils 12 und des Umhüllungsteils 11 sind umgekehrt, indem sich der Fensterteil 12 unter dem Umhüllungsteil 11 befindet. In den Umhüllungsteil 11 aus Glas ist der Metallhohlzylinder 15, z. B. aus Fe-Ni-Co, eingeschmolzen, der ein Ende 16 aufweist, das nach einer geeigneten Oberflächenbehandlung mit einer Goldschicht 25 überzogen wird. Es versteht sich, daß dieses Ausführungsbeispiel auch im Falle eines Fensterteils 12 aus Industrieglas angewandt werden kann. Auf dem Fensterteil 12 wird am Umfang eine Indiumschicht 23 abgelagert. Vorher wird auf dem Fensterteil 12 eine Haftschicht 24 angebracht, deren Art von dem Material des Fensterteils 12 abhängig ist. Diese Schicht 24 besteht - in der nachstehenden Reihenfolge - aus NiCr, Ni und Au oder Cu oder Ag im Falle von Industrieglas, Siliziumoxidglas, Quarz, Aluminiumoxid und Korund, während im Falle eines Fensterteils 12 aus MgF₂, CaF₂, oder LiF den genannten Schichten eine Schicht aus Ta₂O₅ vorangeht. Die Stufen des Verfahrens zur Druckabdichtung sind dann gleich den Stufen B, C, D, E nach Fig. 1, wobei die Druckabdichtung durch einen auf den Umhüllungsteil 11 ausgeübten Druck erfolgt.
• Es sei bemerkt, daß in allen beschriebenen Ausführungsbeispielen der Querschnitt des hohlzylinderförmigen Metallteiles mit schmaler Oberfläche nicht notwendigerweise kreisförmig gestaltet ist, sondern ebenso gut jede andere Form, z. B. eine elliptische oder vieleckige Form, haben kann. Dies ist bei den bekannten Elektronenröhren aber nicht der Fall, bei denen die vakuumdichte Verbindung in der Praxis meistens dadurch hergestellt wird, daß während der Herstellung einer der miteinander zu verbindenden Teile eine Drehbewegung in bezug auf den anderen Teil vollführt, um die Dichtheit der Einlageverbindung zu verbessern, wodurch eine kreisförmige Gestalt der zu verbindenden Teile erforderlich ist.

Claims (5)

1. Elektronenröhre mit einer aus mindestens zwei Teilen (11, 12) bestehenden Umhüllung, die mit einander zugewandten Verbindungsoberflächen versehen und an diesen Verbindungsoberflächen durch eine Druckabdichtung aus einem kalt verformbaren Metall hermetisch miteinander verbunden sind, wobei wenigstens eine der Verbindungsoberflächen durch eine Stirnfläche eines mit einem der Umhüllungsteile (11, 12) verbundenen zylinderförmigen Metallkörpern (13, 15) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Stirnfläche gebildete Verbindungsoberfläche über ihren Umfang eine Breite von höchstens 0,4 mm aufweist und die der Stirnfläche zugewandte andere Verbindungsoberfläche im wesentlichen flach ist und über ihren Umfang eine Breite von mehr als 0,4 mm aufweist.

2. Elektronenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu ihrer Ausbildung als eine photoelektrische Elektronenröhre die Umhüllungsteile (11, 12) durch einen mit einer strahlungsempfindlichen Schicht (10) versehenen Fensterteil (12) und einen röhrenförmigen Umhüllungsteil (11) gebildet werden.

3. Elektronenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fensterteil (2) sowie der röhrenförmige Umhüllungsteil (11) mit einem hohlzylinderförmigen Metallkörper (13, 15 ) versehen sind, wobei die einander zugewandten Stirnflächen dieser hohlzylinderförmigen Metallkörper durch eine Druckabdichtung miteinander verbunden sind und der hohlzylinderförmige Metallkörper mit der schmalen Verbindungsoberfläche an dem Fensterteil (12) angebracht ist.

4. Elektronenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylinderförmige Metallkörper (13, 15 ), dessen Verbindungsoberfläche eine Breite von höchstens 0,4 mm hat, an dem röhrenförmigen Umhüllungsteil (11) angebracht ist und die derselben zugewandte Verbindungsoberfläche des Fensterteils (12) aus einer auf dem Fensterteil vorgesehenen Metallschicht (13) besteht.

5. Elektronenröhre nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der hohlzylinderförmige Metallkörper, dessen Verbindungsoberfläche eine Breite von höchstens 0,4 mm aufweist, im Querschnitt kreisrund, ellipsenförmig oder polygonal ist.