Brevet FR2478869A1 — publié le 19810925

La pressente invention concerne une fenêtre coaxiale pour tube électronique hyperfréquense= Elle concerne également les tubes électroniques utilisant une telle fenêtre. De telles fenêtres sont constituées généralement par un con docteur extérieur ayant une forme tubulaire le plus souvent de révolutionX un conducteur intérieur et une entretoise2 généralement réalisée en matière céramiques assurant l'isolement et le centrage des deuzio conducteurs lgun par rapport à l'autre et auxquels elle est scellée de façon étanche au vide. Or il apparaît que le scellement du conducteur central a l'entretoise en céramique est particulièrement délicat à réaliser dès que le diamètre du conducteur intérieur dépasse quelques millimètres. En effet2 l'opération de scellement s'effectue presque toujours à des températures élevées9 supérieures à 750 CS et si les matériaux assemblés ne sont pas choisis pour que leurs dilatations thermiques soient bien accordées7 il apparaît des contraintes meca- niques suffisantes pour provoquer la rupture du scellement avec perte de l'étanchéité. Malheureusement, les métaux ou alliages utilisés comme conducteurs et possédant les propriétés de conductibilité électrique et thermique et d'absence de magnétisme, recherchées pour leur application dans les tubes électroniques hyperfréquences possèdent des dilatations thermiques trop éloignées de celles des céramiques pour limiter les contraintes mécaniques d'origine thermique mentionnées précédemment. II s'ensuit que les fenêtres coaxiales pour tube électronique hyperfréquence couramment utilisées dans l'art antérieur ont des structures telles qu'il paraisse difficile de concilier les deux types d'exigences citées précédemment à savoir de bonnes caractéristiques hyperfréquences d'une part et des contraintes mécaniques limitées d'autre part. La présente invention a pour objet une fenêtre coaxiale pour tube électronique hyperfréquence dont la configuration est favo rable quant aux caracteristiques hyperfréquences, et qui évite d'autre part les problèmes de contraintes mécaniques provoquant la rupture du scellement du conducteur central à l'entretoise. L'invention consiste à réaliser un conducteur central présentant un coefficient de dilatation thermique sensiblement égal a celui du matériau de l'entretoise, à la température de scellement. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante2 donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: Figures la, lb, Ic: schémas en coupe d'une fenêtre coaxiale pour tube électronique hyperfréquence, couramment utilisée dans l'art antérieur, suivant trois variantes dans les modes de réalisation, Figure 2 : schéma en coupe d'une fenêtre coaxiale pour tube électronique hyperfréquence, suivant l'invention. La figure la représente un schéma en coupe d'une fenêtre coaxiale pour tube électronique hyperfréquence, couramment utilisée dans l'art antérieur, suivant un mode de réalisation classique. Ure telle fenetre est constituée par un conducteur extérieur 1 ayant une forme tubulaire, le plus souvent de révolution, de diamètre voisin de quelques millimètres environ, un conducteur intérieur 2 de diamètre environ 10 fois plus petit que celui du conducteur extérieur, et une entretoise 3, d'épaisseur comprise entre 0,5 et 2 mm, assurant l'isolement et le centrage des deux conducteurs l'un par rapport à l'autre; cette entretoise est réalisée généralement en matière céramique à teneur en alumine ou en glucine allant de 93 à 99% environ.Les parties en traits gras correspondant à l'indice 4 représentent les scellements du conducteur extérieur à l'entretoise; ceux-ci ne présentent pas de difficultés de réalisation particulières puisque la céramique, lors de l'opération de scelle ment, se trouve alors en compression. Par contre les scellements du conducteur intérieur à l'entretoise correspondant à l'indice 5 sont très délicats à réaliser dès que le diamètre du conducteur intérieur dépasse le millimètre. En effet l'opération de scellement s'effectuant à une température supérieure à 750"C, pendant la phase de refroidis sement du conducteur, la, céramique se trouve alors en traction, et résiste difficilement aux contraintes mécaniques qui lui sont imposées, ce qui peut provoquer la rupture du scellement avec perte de l'étanchéité. Malheureusement, les métaux ou alliages utilisés comme conducteurs et ayant les propriétés nécessaires à une application dans les tubes électroniques, possèdent des coefficients de dilatation thermique trop éloignés de ceux des céramiques pour limiter les contraintes mécaniques d'origine thermique mentionnées précédemment. Citons en effet quelques valeurs de coefficients de dilatation moyens entre 200C et SOO0C de matériaux conducteurs utilisés. Molybdène 56.10-7 C- -I Kovar 94-1070C -1 Ces valeurs sont éloignées de celles correspondant au coefficient de dilatation thermique moyen des céramiques par exemple voisin de 80.10-70C -1. La figure lb représente un schéma en coupe d'une fenêtre coaxiale de l'art antérieur, suivant une première variante tendant à limiter les contraintes mécaniques au niveau du scellement du conducteur central à l'entretoise en- céramique, en réalisant un épanouissement 6 du conducteur central, Le scellement 5 se trouve perpendiculaire à l'axe du conducteur central. Une telle configuration tend à diminuer les forces de traction sur la céramique lors du refroidissement du conducteur central. On a ménagé un vide 7 pour éviter tout contact entre la céramique et le conducteur central. Malheureusement cette configuration n'est pas favorable à de bonnes performances hyperfréquences de ladite fenêtre, la bande passante s'en trouvant sensiblement limitée. La figure lc représente un schéma en coupe d'une fenêtre coaxiale de l'art antérieur, suivant une deuxième variante essayant de limiter les contraintes mécaniques au niveau du scellement du conducteur central à l'entretoise en céramique. Dans ce cas le conducteur central à la forme d'un cylindre creux, le matériau conducteur occupe la zone 8 et a une. épaisseur d'environ 0,2 à 0,4 mm; il a l'avantage d'être facilement déformable dans la zone de scellement mais la réalisation d'une telle structure reste néanmoins délicate du fait, en particulier, de la zone amincie 8 qui peut se fissurer facilement lors des opérations thermiques de. scellements. La figure 2 représente un schéma en coupe d'une fenêtre coaxiale pour tube électronique hyperfréquence, suivant l'invention. Une telle fenêtre comprend un conducteur central constitué par une âme d'un matériau quelconque étanche ou non aux gaz, conducteur ou non, mais ayant un coefficient de dilatation thermique bien accordé à celui de l'entretoise en céramique, cette âme étant revêtue d'un chemisage ou d'une peau métallique bons conducteurs de l'électricité et étanches aux gaz. A partir de ces considérations il apparaît plusieurs modes de réalisation différents. Un premier mode de réalisation consiste, par exemple, à revêtir une âme en céramique 9 d'une métallisation 10 d'épaisseur sensiblement voisine d'une vingtaine de microns permettant d'assurer le passage du- courant haute fréquence se propageant en surface du conducteur. Cette métallisation peut être obtenue par tout procédé connu utilisé pour braser une céramique à une pièce métallique. Cette même métallisation assure le scellement, par brasage étanche au vide, à l'entretoise en céramique. Un autre mode de réalisation consiste à chemiser avec une enveloppe métallique l'a me en céramique. Le chemisage peut être obtenu de différentes façons : par électroformage sur une âme en céramique préalablement métallisée, par étirage conventionnel d'un tube métallique sur l'âme en céramique, par shoopage d'un dépôt métallique sur l'âme en céramique. Un autre procédé d'obtention d'un conducteur à coefficient de dilatation accordé aux céramiques constituant l'entretoise consiste à élaborer un pseudo-alliage obtenu par frittage après compression d'un mélange de poudres de tungstène, de nickel et de cuivre dans proportions variables dépendant du coefficient de dilatation thermique souhaité Citons par exemple l'alliage nommé "Denal Ugine" composé comme suit o :66% Tungestène, 32% cuivre, 2%, Nickel De tels pseudo-alliages n'offrent pas en général une étanchéité suffisante;il est alors nécessaire de les c;lemiser de façon identique a celle décrite dans le paragraphe précédent. L'invention trouve ses applications dans les tubes électroniques pour hyperfréquences, fonctionnant par intéraction d'une onde électromagnétique et d'un faisceau d'électrons. REVENDICATIONS 1. Fenêtre coaxiale pour tube électronique hyperfréquence comprenant dans un conducteur extérieur un conducteur central traversant une entretoise isolante à laquelle il est scellé de façon étanche, caractérisée en ce que le conducteur central présente un coefficient de dilatation thermique sensiblement égal à celui du matériau de l'entretoise, à la température de scellement 2. Fenêtre coaxiale selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conducteur central est constitué par une tige du même matériau que celui de l'entretoise, revêtue d'une couche de métallisation. 3. Fenêtre coaxiale selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conducteur central est constitué d'un alliage constitué de tungstène, de cuivre et de nickel. 4. Tube électronique pour hyperfréquences, fonctionnant par intéraction d'une onde électromagnetique et d'un faisceau d'électrons, caractérisé en ce qu'il comprend une fenêtre de sortie notamment suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3.