Brevet FR2610457A1 — publié le 19880805

TUBE A DECHARGE He-Ne La présente invention concerne un tube à déchar- ge He-Ne comportant un corps tubulaire cylindrique muni d'un cylindre de cathode interne et de parois terminales qui sont introduites dans les extrémités du corps tubu- laire et sont munies de perçages; des tubes capillaires en verre, qui sont introduits dans les perçages des parois terminales et sont ainsi maintenus dans les parois termi- nales; une tubulure de pompe qui est fixée de façon étan- che dans l'une des parois terminales; des fenêtres de Brewster à l'aide desquelles sont fermées les extrémités extérieures des tubes capillaires; et des anodes à pro- ximité des extrémités extérieures des tubes capillaires. Des tubes à décharge He-Ne trouvent une appli- cation particulière pour des dispositifs de mesure. Dans les tubes à décharge connus, les différentes parties sont réunies entre elles par fusion. Cette fabrication s'effec- tue généralement sur des machines automatiques. On utilise un verre dur qui possède un faible coefficient de dilata- tion et se prête bien à la fabrication sur des machines automatiques. Ces tubes à décharge présentent l'inconvé- nient que le verre dur utilisé n'est que partiellement étanche à l'hélium. Les tubes à décharge n'ont par consé- quent qu'une durée de vie limitée. Dans de tels tubes à décharge, il est connu de fixer de façon étanche les fe- nêtres de Brewster par une bague de soudure pour verre entourant la fenêtre de Brewster (DE-A-31 03 385, DE-A- 23 26 561, EP-A-119 408, DE-U-72 03 534). Pcur de nombreux cas d'application, par exemple lors de l'application en astronautique et lors d'appli- cations dans des gyroscopes à laser, des durabilités sensiblement plus longues sont exigées. L'objet de l'invention est de réaliser un tube à décharge He-Ne du type mentionné dans le préambule de sorte que les pertes d'hélium soient sensiblement plus faibles que dans le cas de tubes à décharge connus. Ce problème est, selon l'invention, résolu par le fait que le corps tubulaire, les parois terminales et les tubes capillaires sont en verre au silicate de chaux alcalin ou en verre au silicate de chaux et d'alumine, que le cylindre de cathode est muni d'une tige de con- nexion, qui est passée à travers un perçage dans l'une des parois terminales, que les parois terminales sont reliées de façon étanche au corps tubulaire, aux tubes capillaires, à la tubulure de pompe et à la tige de connexion de cathode, par soudure pour verre. Selon une autre caractéristique de l'invention, les tubes capillaires sont munis à leurs extrémités exté- rieures de tronçons de perçage avec un diamètre interne plus grand que les parties internes des tubes capillaires, les extrémités des tubes capillaires munies de tronçons de perçage sont chanfreinées selon l'angle de Brewster (cd), les fenêtres de Brewster sont fixées par une couche de soudure pour verre sur la surface oblique, et des tiges de connexion d'anode saillant à travers la paroi dans les tronçons de perçage sont prévues. Selon une autre caractéristique de l'invention, les parois terminales sont munies,à la périphérie externe et autour du perçage interne,de gradins constituant des joints de soudure. Selon une autre caractéristique de l'invention, lés tiges d'anode, la tige de connexion de la cathode ain- si que la tubulure de pompe sont soudées à l'aide de bagues de soudure. Selon une autre caractéristique de l'invention, la soudure pour verre est réalisée sous la forme d'un dis- que de soudure avec des perçages pour les tubes capillai- res, la tubulure de pompe et la tige de connexion de ca- thode, qui possède un diamètre extérieur correspondant sensiblement au diamètre extérieur des parois terminales. Selon encore une autre caractéristique de l'in- vention, le cylindre de cathode est réalisé à son extré- mité sous la forme de butée pour la paroi terminale adja- cente. Selon une autre caractéristique de l'invention, la soudure pour verre est disposée sur une paroi termi- nale sur la surface extérieure de celle-ci et sur l'autre paroi terminale sur la surface interne de celle-ci. L'invention est représentée sur les figures à titre d'exemple de réalisation et décrite ci-après en détail en regard des dessins annexés. La Fig.1 est une coupe longitudinale d'un tube à décharge He-Ne. La Fig.2 représente une vue éclatée d'une forme de réalisation préférée d'un tube à décharge He-Ne. La Fig.3 représente un dispositif en vue de la fabrication d'un tube selon la Fig.2. Le tube à décharge 2 représenté sur les figures comporte un corps tubulaire cylindrique 4. Dans les ex- trémités de ce corps tubulaire sont introduites des pa- rois terminales 6,8 en forme de disque. Les parois ter- minales 6 et 8 sont munies de perçages centraux 10,12, dans lesquels sont introduits les tubes capillaires 14, 2610 4 5 7 16, qui sont disposés de manière usuelle avec leurs extrémités internes à un espacement prédéterminé l'un de l'autre. Les dimensions pour les perçages et la périphé- rie externe des parois terminales 6 et 8 sont choisies de sorte qu'un jeu minimal mais suffisant est ménagé entre les parois terminales et le corps tubulaire 4 d'une part et les tubes capillaires d'autre part, ce qui est nécessaire afin qu'en tenant compte des tolérances un alignement exempt de tension des tubes capillaires soit possible lors du montage. Les disques terminaux 6 et 8 sont munis sur leur périphérie externe de gradins 18 et sur leur périphérie interne de gradins 20. Ces gradins forment,conjointement avec la paroi interne du tube ou la paroi externe des tubes capillaires, des joints de soudure en vue de la réception de soudure pour verre, qui sert en vue de la fixation étanche des tubes capil- laires dans les parois terminales et des parois termina- les dans le corps tubulaire. Dans l'exemple de réalisation représenté, les gradins 18,20 sont dirigés vers l'extérieur de façon op- posée sur les deux disques 6 et 8. Les gradins pourraient également être dirigés dans le même sens, c'est-à-dire être dirigés sur un côté vers l'intérieur du tube. Ils peuvent également être supprimés, ainsi qu'il sera décrit plus en détail ci-après. Le corps tubulaire 4 et les parois terminales 6,6 sont en verres au silicate de chaux alcalin ou au silicate de chaux et d'alumine. Des verres au silicate de chaux alcalin, qui appartiennent aux verres mous, pos- sèdent les constituants principaux suivants en % en poids: CaO (5-12), alcali (13-20),-le reste étant Si02. Des ver- res au silicate de cfaux et d'alumine, qui appartiennent aux verres midurs, possèdent une teneur caractéristique en % en poids de SiO2; Al203(3,5-10), CaO (6-12); Al- cali (8-23), le reste étant SiO2. D'autres constituants avec moins de 3% en poids peuvent être présents. (Espe, "Werkstoffkunde des Hochvakuumtechnik", Tome 2, Paoe 2; VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, Berlin 1962). On peut utiliser par exemple du verre au silica- te de chaux alcalin de qualité verre flotté usuelle, qui possèdent une composition de sensiblement environ 72% SiO2, 14% Na20 + K20, 9% CaO, 3-4% MgO et 1% A1203. Un tel ver- re possède une densité de 2,5 g/cm et une dilatation -6 thermique linéaire de 8,5-9,5.10 /K. Ce verre peut être utilisé pour le tube, les parois terminales et les tubes capillaires. Un verre au silicate de chaux et d'alumine très utilisable, qui est commercialisé par la firme alle- mande Schott Ruhrglas sous la dénomination "AR-Glas klar", possède sensiblement la composition chimique suivante (en % en poids) de: 69 SiO2, 1 B203, 4 A1203, 13 Na20, 3 K20, 2 BaO, 5 CaO et 3 MgO; le coefficient de dilatation liné- aire 20/300 s'élève à 9,0. 10 6/K; la température de transformation Tg s'élève à 520 C, la densité est de 2,52 g/cm. Des verres au silicate de chaux alcalin et au silicate de chaux et d'alumine possèdent une étanchéi- té élevée à l'hélium, qui est de deux ordres de grandeur plus grande que celle des verres durs, à partir desquels habituellement des lasers He-Ne sont fabriqués, de sorte que des durabilités sensiblement plus longues pour ces tubes à décharge sont espérées que dans le cas des tubes à décharge connus fabriqués par fusion à partir de verres durs. En tant que matériau de soudure, on utilise de préférence une soudure pour verre cristallisante. S'est avérée comme appropriée une soudure pour verre cristalli- sante "Glas Nr;8597" de la firme Schott Glaswerke. Cette soudure pour verre fond à 435 C et peut après soudage être à nouveau échauffée à 450 C, sans perdre sa solidité. 2610 4 5 7 Mais également des soudures pour verre stables, par exemple de types au borosilicate de plomb,peuvent être utilisées. La soudure pour verre peut être appliquée sous forme de bagues de soudure préfrittées séparées (largeur 1 à 2 mm et épaisseur 2 mm). Mias on peut également uti- liser des disques de soudure d'épaisseur appropriée, comme représenté sur la Fig.2. Les tubes capillaires sont munis à leurs extré- mités extérieures d'un tronçon 22,24 présentant un dia- mètre plus grand que le diamètre des capillaires. Dans l'espace ainsi créé, débordent dans les deux tubes capil- laires 14,16, des tiges d'anode 26,28. A leurs extrémités extérieures, les tubes capillaires sont chanfreinés selon un angle de Brewster d et sur ce chanfrein sont fixées avec de la soudure pour verre des fenêtres de Brewster 30. On utilise avantageusement à cet effet un disque mince de soudure pour verre, de manière à obtenir un soudage plat entre le chanfrein et la fenêtre de Brewster. Sur la Fig.1, dans la paroi terminale droite 6 est pratiqué un perçage 32, dans lequel est introduite une tubulure de pompe 34, qui est également fixée de façon étanche avec de la soudure pour verre 36. La fixa- tion et l'étanchéité des tiges d'anode 26 et 28 s'effec- tue également à l'aide de soudure pour verre. Le tube est encore muni de manière connue d'une cathode 37 sous la forme d'un cylindre d'aluminium à paroi mince introduit dans le tube 4, qui est fixé à une tige de connexion 39, qui est passée à travers une des parois terminales, ici la paroi terminale 8. Ce cylindre de cathode 37 et sa tige de connexion 39 sont représentés en pointillés sur la Fig.1. La tige de connexion 39 est également soudée dans la paroi terminale 8. La fabrication peut par exemple s'effectuer en soudant tout d'abord les fenêtres de Brewster sur les tubes capillaires et les tiges d'anode 26,28. Ensuite avec adjonction des bagues ou des disques de soudure, les parois terminales 6 et 8 sont introduites dans le corps tubulaire 4. Les surfaces terminales du cylindre de cathode peuvent être utilisées comme butées. Les tubes capillaires sont encore introduits et maintenus alignés dans les parois terminales. Les parties peuvent ensuite, comme mentionné ci-dessus, être soudées au cours d'une seule opération, si les joints de soudure sont de même orientation. Dans le tube à décharge représenté en vue écla- tée sur la Fig.2, les différents constituants correspon- dent sensiblement à ceux de la Fig.1. Les différents constituants de cette forme de réalisation sont repré- sentés montés sur la Fig.3. En ce qui concerne des par- ticularités qui correspondent à celles de la forme de réalisation selon la Fig.1, l'attention est attirée sur la description qui précède de la Fig.1. A la différence, les deux parois terminales 6 et 8 sont ici réalisées sous la forme de disques simples sans gradins. Pour le soudage sont prévus des disques de soudure 17 et 19, qui corres- pondent quant au diamètre extérieur au diamètre des per- çages 13, 21, respectivement, à ceux des parois termina- les. Les parois terminales et les disques de soudure as- sociés possèdent en outre d'une part des perçages identi- ques 15 pour la tubulure d'aspiration 34, ainsi que d'au- tre part des perçages 23 pour la tige de connexion de ca- thode 39. Les parois terminales 6 et 8 et les disques de soudure associés 17 et 19 peuvent être fabriqués avec les mêmes outils à partir dé plaques de verre ou de disques de soudure pour verre frittés par usinage par ultrasons. L'abandon de gradins sur les parois terminales est dans ce cas avantageux. Le tube à décharge est soudé avec son axe dis- posé verticalement. Dans ce cas, comme représenté sur la Fig.3, la paroi terminale 6 repose sur l'extrémité du cy- lindre de cathode 37, qui est dimensionné de sorte que le disque de soudure 17 se trouve sensiblement affleurant avec le bord supérieur du corps tubulaire 4. L'extrémité inférieure du cylindre de cathode 37 repose sur le disque de soudure 19, qui repose de son côté sur l'extrémité terminale 8, qui se trouve à son tour affleurant avec l'extrémité inférieure du corps tu- bulaire 4. En vue du maintien est prévu ici un disque d'appui 41, sur lequel reposent le corps tubulaire 4 et la paroi terminale 8. En vue de l'alignement des tubes capillaires, on utilise avantageusement un dispositif tel que repré- senté sur la Fig.3. Sur un appareil de serrage 40 muni d'une plaque d'assise 43, des supports de serrage 42 sont fixés, qui sont munis à leurs extrémités supérieu- res de rainures 44 en forme de cale alignées entre elles, dans lesquelles sont introduits le tube 2 préalablement monté de la manière décrite avec les extrémités des tubes capillaires 14 et 16 saillant vers l'extérieur. On effec- tue ensuite une déformation mécanique des tubes capillai- res à l'aide des moyens de serrage non représentés sur la figure dans les rainures 44. Dans la forme de réalisa- tion représentée sur la Fig.3, l'appareil de serrage 40 est fixé à l'aide d'une vis 45 à un support 46 en forme de L avec un socle 48. De cette manière, un alignement très précis des deux tubes capillaires dans leur sens axial et par rapport à la position des fenêtres de Brew- ster est possible, qui sont essentiels pour le fonction- nement et le rendement du tube à décharge. Le jeu d'ajus- tement entre les parois terminales et le corps tubulaire 4 d'une part ainsi que les tubes capillaires 14 et 16 d'autre part doit être choisi de sorte qu'un aligne- ment exempt de tension soit possible. Le tube à décharge ainsi monté sur le dispositif est ensuite introduit verticalement avec le dispositif dans un four, de sorte que la soudure des disques 14 et les joints de soudure à la périphérie interne et externe des parois terminales et dans les perçages 15 et 23 peut s'écouler, de façon à obtenir un mouillage complet des surfaees de liaison par gravité et par capillarité. La réalisation de la liaison par soudure doit s'effectuer avec une vitesse d'échauffement et de refroidissement d'environ 7 C/minute. Il est, bien entendu, également possible de sou- der les tubes capillaires préparés de la manière décrite ci-dessus éventuellement conjointement avec les tiges d'anode et éventuellement avec la tige de connexion 39 de la cathode 37 tout d'abord séparément avec les parois terminales et ensuite de sDuder les patois terminales ainsi confectionnées au corps tubulaire 4. Si on utilise la soudure pour verre cristallisante "8597" mentionnée ci-dessus, on peut utiliser pour des soudures successi- ves la même soudure pour verre. Sinon des soudures pour verre avec des température de soudage suffisamment dif- férentes peuvent être utilisées. 2610 4 5 7 R E V E N D I CA T I ON S 1. Tube à décharge He-Ne comportant: a) un corps tubulaire cylindrique (4) muni d'un cylindre de cathode interne (37) et de parois terminales (6,8), qui sont introduites dans les extrémités du corps tubulaire (4) et sont munies de perçages (10,12), b) des tubes capillaires (14,16) en verre, qui sont introduits dans les perçages (10,12) des parois terminales et sont ainsi maintenus 1D dans les parois terminales (6,8), c) une tubulure de pompe, qui est fixée de façon étanche dans l'une des parois terminales, d) des fenêtres de Brewster (30), à l'aide des- quelles sont fermées les extrémités extérieu- res des tubes capillaires, é) des anodes à proximité des extrémités exté- rieures des tubes capillaires, caractérisé en ce que: f) le corps tubulaire (4), les parois terminales (6) et les tubes capillaires (14,16) sont en verre au silicate de chaux alcalin ou en verre au silicate de chaux et d'alumine. g) le cylindre de cathode est muni d'une tige de connexion (39), qui est passée à travers un perçage (23) dans l'une des parois termi- nales (8), h) les parois terminales (6,8) sont reliées de façon étanche au corps tubulaire (4), aux tubes capillaires (14,16), à la tubuiure de pompe et à la tige ae connexion de cathode par soudure pour verre. 11. 2. Tube à déchaige He-Ne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes capillaires (14,16) sont munis à leurs extrémités extérieures de tronçons de per- çage (22,24) avec un diamètre interne plus grand que les parties internes des tubes capillaires (14,16), les ex- trémités des tubes capillaires (14,16) munies des tron- çons de perçage (22,24) sont chanfreinées selon l'angle de Brewster (o j, les fenêtres de Brewster (14,16) sont fixées par une couche de soudure pour verre sur la sur- face oblique, et des tiges de connexion d'anode (26,28) saillant à travers la paroi dans les tronçons de perçage sont prévues. 3. Tube à décharge He-Ne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois terminales (6,B) sont munies à la périphérie externe et autour du perçage in- terne de gradins (18,20) en tant que joints de soudure. 4. Tube à décharge He-Ne selon les revendications 1,2 et 3, caractérisé en ce que les tiges d'anode (26,28), la tige de connexion (39) de la cathode (37) ainsi que la tuoulure de pompe (34) sont soudées à l'aide d'anneaux de soudure. 5. Tube à décharge He-Ne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soudure pour verre est réalisée sous forme de disque de soudure (17,19) avec des perçages (13,15,21,23) pour les tubes capillaires (16), la tubulure de pompe (34) et la tige de connexion de cathode (39), qui possède un diamètre extérieur correspondant sensiblement au diamètre extérieur des parois terminales (6,8). 6. Tube à décharge He-Ne selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre de cathode (37) est réalisé à son extrémité sous la forme de butée pour la paroi terminale adjacente (6). 7. Tube à décharge He-Ne selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soudure pour verre (17,19) est disposée sur une paroi terminale (6) sur la surface ex- terne de celle-ci et sur l'autre paroi terminale (6) sur la surface interne de celle-ci.