Brevet FR2559477A1 — publié le 19850816

DISPOSITIF DE LIAISON ENTRE UNE PIECE MINCE EN CERAMIQUE ET UNE PIECE METALLIQUE EPAISSE ET PROCEDE D'ASSEMBLAGE UTILISANT UN TEL DISPOSITIF La présente invention concerne un dispositif de liaison entre une pièce mince en céramique et une pièce métallique épaisse présentant un coefficient de dilatation élevé. Elle concerne plus particulièrement mais non exclusivement un dispositif de liaison utilisé dans les tubes électroniques tels que triodes, tétrodes, pentodes ou similaires, permettant d'assembler de manière étanche l'anode métallique sur une enceinte mince en céramique. Dans ce type de tubes, I'anode est généralement réalisée en cuivre ou éventuellement en aluminium. Or ces deux métaux présentent des coefficients de dilatation fortement différents de ceux de la céramique. En conséquence, il est très difficile, voire impossible d'assembler directement l'anode sur enceinte en céramique par brasure ou similaire. En effet, il se pose alors des problèmes de tensions thermiques élevées lors du refroidissement après brasure ainsi que pendant la montée en température du tube en fonctionnement ou la descente en température du tube à l'arrêt, problèmes qui peuvent conduire à une rupture au niveau de la brasure. Différents moyens ont été utilisés pour remédier à'cet inconvénient. Ainsi au début de la fabrication des tubes électroniques, lorsque l'enceinte était réalisée en verre et non en céramique, on amincissait l'extrémité de l'anode en cuivre massif sur une hauteur assez grande de manière à utiliser la plasticité du cuivre pour absorber les différences de dilatation. Toutefois, ce procédé donnait des ensembles très fragiles. En effet le collet en cuivre était peu solide et pouvait être détérioré par un choc, une rayure ou similaire. Pour remédier à cet inconvénient, on a utilisé un collet embouti ou repoussé, réalisé en un alliage fer-nickel-cobalt qui présente un coefficient de dilatation proche de celui du verre. Ce collet qui est brasé sur l'anode en cuivre massif et soudé à l'enceinte en verre, présente une hauteur relativement importante pour absor ber par déformation les différences de dilatation entre le cuivre et le verre. Actuellement l'enceinte en verre est remplacée par une enceinte en céramique qui est plus solide que le verre et peut supporter des charges thermiques plus élevées. Toutefois, I'on utilise toujours un collet en alliage de fer-nickel-cobalt pour relier l'anode en cuivre massif à l'enceinte en céramique. Ce collet présente un certain nombre d'inconvénients, notamment lorsqu'il est utilisé dans des tubes électroniques devant fonctionner à des fréquences élevées. En effet, les collets en alliage de fer-nickel-cobalt sont mauvais conducteurs et, du fait de leur hauteur, allongent inutilement le trajet de la haute fréquence, ce qui limite les performances du tube électronique. La présente invention a donc pour but de remédier à ces inconvénients. En conséquence, la présente invention a pour objet un dispositif de liaison entre une pièce mince en céramique et une pièce métallique épaisse présentant un coefficient de dilatation élevé, caractérisé en ce qu'il est constitué par une bague mince réalisée dans un métal à coefficient de dilatation élevé encastrée dans un élément massif réalisé en un métal ou un alliage métallique présentant un coeficient de dilatation proche de celui de la céramique, la bague mince se fixant sur la pièce en céramique et l'élément massif sur la pièce métallique. En général, la pièce métallique épaisse est constituée par l'anode d'un tube électronique de puissance. De ce fait, elle est réalisée en cuivre ou éventuellement en aluminium. Selon un mode de réalisation préférentiel, la bague mince est réalisée dans le même métal que la pièce métallique épaisse et ltélément massif est réalisé en molybdène ou en un alliage de fernickel-cobalt. Pour ne pas allonger inutilement le trajet de la haute fréquence dans les tubes électroniques fonctionnant à des fréquences élevées, la hauteur de la bague mince est comprise de préférence entre une ou deux fois l'épaisseur de la pièce en céramique. D'autre part, les dimensions de l'élément massif, et notamment son épaisseur, sont choisies pour arréter ati moins localement la dilatation de la pièce métallique massive. De plus, pour permettre une meilleure déformation plastique de la bague mince et ainsi avoir moins d'efforts au niveau de la brasure avec la pièce en céramique, la bague mince présente une section en coupe en forme de L, de T, de I, de C ou similaire avec une épaisseur maximale égale à l'épaisseur de la pièce mince en ceramique. La présente invention concerne aussi un procédé d'assemblage étanche entre une pièce mince en ceramique et une pièce métallique epaisse présentant un coefficient de dilatation élevé. Conformément au procédé, on insère, entre la pièce mince en céramique dont la tranche a été métallisée et la pièce métallique épaisse, un dispositif de liaison tel que décrit ci-dessus avec, intercalée entre les différentes pièces, une rondelle de brasure et on. brase l'ensemble en une seule fois. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description de divers modes de réalisation, faite ci-après avec référence au dessin ci-annexé dans lequel - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un dispositif de l'art antérieur - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un dispositif conforme à la présente invention; - les figures 3 à 5 sont des vues schématiques en coupe de plusieurs variantes de réalisation du dispositif de la figure 2. Dans les figures, les références identiques désignent les mêmes éléments. D'autre part, la présente invention est décrite en se référant à un tube électronique tel qu'une triode, une tétrode ou une pentode. Toutefois, il est évident pour l'homme de l'art que la présente invention peut être utilisée pour réaliser un assemblage étanche entre n'importe quelle pièce métallique massive à coefficient de dilatation élevé et une pièce en céramique rnince de manière à absorber les différences de dilatation. Sur la figure 1 qui concerne un dispositif de liaison de l'art antérieur utilisé dans un tube électronique de puissance, la référence 1 désigne la pièce métallique massive, à savoir l'anode réalisée de préférence en cuivre ou éventuellement en aluminium. La référence 2 désigne l'enceinte mince en céramique qui doit être fixée de manière étanche à l'anode en cuivre. Cette enceinte est, dans le mode de réalisation représenté, de forme cylindrique. La référence 3 désigne le collet servant de dispositif de liaison absorbant les différences de dilatation entre l'anode en cuivre et l'enceinte en céramique. Ce collet obtenu par repoussage ou emboutissage à une forme de cuvette se terminant en son milieu par une jupe 3' délimitant une ouverture cylindrique. Le collet 3 est réalisé, de préférence, en un alliage de fer-nickel-cobalt ou en un alliage similaire présentant un coefficient de dilatation proche de celui de la céramique. La jupe du collet 3 est insérée dans une gorge 1' réalisée dans la surface externe de l'anode et est fixée dans cette gorge par brasure 4.D'autre part, la tranche 2' de l'enceinte en céramique après avoir été métallisée de manière connue, est brasée sur le fond 3" de la partie en forme de cuvette du collet 3. Dans ce cas, comme représenté en tiretés sur la figure 1, le trajet 6 de la haute fréquence est important, ce qui limite les performances du tube électronique, car les collets en alliage fer-nickel-cobalt sont mauvais conducteurs. Comme représenté sur la figure 2, dans la présente invention on remplace le collet 3 par un dispositif de liaison~absorbant les différences de dilatation constitué d'une bague mince 7 en un métal présentant un coefficient de dilatation élevé identique ou proche de celui de l'anode 1 et par un élément massif 8 réalisé en un métal ou un alliage métallique présentant un coefficient de dilatation proche de celui de la céramique. Dans le mode de réalisation représenté, I'élément massif est constitué par un anneau cylindrique venant se fixer contre l'extrémité 1" amincie de l'anode 1.L'anneau 8 est réalisé, de préférence, en molybdène ou en un alliage fer-nickelcobalt. II présente de plus une gorge circulaire 8' destinée à recevoir une des extrémités de la bague mince 7 qui, dans le mode de réalisation représenté, est réalisée en cuivre et a une forme cylindrique. Comme représenté sur les figures 3 à 5, la bague mince 7 peut présenter diverses sections en coupe. Ainsi, elle peut être en forme de C, de L ou de T ce qui permet une meilleure déformation plastique de la bague et limite l'effort au niveau de la brasure avec l'élément en céramique. Toutefois, dans tous les cas, son épaisseur maximale est égale à l'épaisseur e de l'enceinte cylindrique 2. D'autre part, pour notamment limiter la longueur du trajet 6' des hautes fréquences, la hauteur de la bague 7 est limitée, de préférence, à une dimension comprise entre une et deux fois l'épaisseur e. De plus les dimensions de l'anneau 8, notamment la largeur 1 et sa hauteur h sont calculées pour pouvoir retenir sans se déformer la dilatation de l'anode en cuivre que l'on veut assembler avec la pièce mince en ceramique. On décrira maintenant le procédé utilisé pour assembler les différentes pièces entre elles. On réalise tout d'abord la métallisation de l'extremité 2' de l'élément en céramique 2 en utilisant par exemple une peinture de type connu telle qu'une peinture à base de poudre de molybdène et de manganèse. Ensuite, on insère entre l'enceinte en céramique 2 et l'anode 1, le dispositif de liaison constitué par la bague en cuivre 7 encastrée dans l'anneau 8. On intercale entre chaque élément, à savoir l'enceinte 2, la bague 7, l'anneau 8 et l'anode 1 une rondelle de brasure 9 constituée, par exemple, par un eutectique argent-cuivre. Puis l'on brase l'ensemble dans un four à environ 800" sous vide ou sous atmosphère d'hydrogène. Une fois la brasure réalisée, pendant le refroidissement, L'anneau 8 rnaintient en position à la fois l'anode 1 en cuivre et la bague mince 7. D'autre part, la bague rnince étant brasée d'un c8té à l'anneau 8 en alliage fer-nickel-cobalt et de l'autre à l'enceinte 2 en céramique se déforme plastiquement. L'effort de cisaillement dû aux différences de dilatation de l'assemblage cuivre-céramique est considérablement réduit par l'encastrement et la brasure de la bague mince 7 en cuivre dans l'anneau massif 8 en alliage fer-nickelcobalt. On obtient donc entre l'enceinte en céramique et l'anode en cuivre une liaison étanche absorbant parfaitement les différences de dilatation et présentant de plus un trajet pour les hautes fréquences relativement court. PVENDICATIONS 1. Dispositif de liaison entre une pièce rnince (2) en céramique et une pièce métallique épaisse (1) présentant un coefficient de dilatation élevé caractérisé en ce qu'il est constitué par une bague mince (7) réalisée dans un métal à coefficient de dilatation élevé encastrée dans un élément massif (8) réalisé dans un métal ou un alliage métallique présentant un coefficient de dilatation proche de celui de la céramique, la bague mince se fixant sur la pièce en céramique et l'élément massif sur la pièce métallique. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la pièce métallique (1) et la bague mince (7) sont réalisées en cuivre ou en aluminium. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que l'élément massif (8) est réalisé en molybdène ou en un alliage fer-nicleel-cobalt. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à caractérisé en ce que l'épaisseur maximale de la bague (7) est égale à l'épaisseur (e) de la pièce (2) en céramique. 5. Dispositif selon laune quelconque des revendications I à 4 caractérisé en ce que la hauteur de la bague (7) est comprise entre une et deux fois l'épaisseur (ej de la pièce (2) en céramique. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 5 caractérisé en ce que les dimensions de l'élément massif (s) sont choisies pour arrêter la dilatation de la pièce métallique épaisse (I). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 6 caractérisé en ce que la bague mince (7) présente une section en coupe en forme de L, de C, de I ou de T. 8. Procédé d'assemblage étanche entre une pièce en céramique et une pièce métallique épaisse présentant un coefficient de du la tation élevé caractérisé en ce que l'on insère entre la pièce (2) en céramique et la pièce métallique 1, un dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et en ce que l'on fixe de manière étanche les différentes pièces entre elles. 9. Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que, pour réaliser la fixation étanche des différentes pièces, on intercale entre les pièces, une rondelle (9) de brasure et on brase l'ensemble en une seule fois.