Brevet FR2771849A1 — publié le 19990604

Dispositif de collet de solidarisation d'une pièce de verre et d'une pièce métallique. La présente invention concerne le domaine de la liaison métalverre, en particulier lorsque ces deux matériaux possèdent des coefficients de dilatation différents. Dans les appareils à rayonnement électromagnétique, notamment les tubes à rayons X, de telles liaisons sont utilisées afin de permettre le passage de conducteurs électriques à travers la paroi en verre d'un tube à rayons X afin de connecter la cathode et l'anode du tube à rayons X à une alimentation électrique. En effet, la cathode et l'anode sont disposées à l'intérieur d'une paroi en verre et sont maintenues sous vide. La jonction entre les conducteurs électriques et la paroi en verre doit donc être étanche. De façon connue, on peut utiliser un tube en verre, par exemple en verre fabriqué par la société SCHOTT sous les n" 8245 et 8250, scellé avec un collet en Kovar (alliage fer-nickel-cobalt) dont les coefficients de dilatation thermique sont voisins. Ces matériaux sont donc adaptés à une utilisation dans un tube à rayons X dont la température varie dans de larges proportions, de la température ambiante à environ 450"C. Néanmoins, le coût d'une tel tube en verre est très élevé. On peut également utiliser un tube en Pyrex (R) et un collet en Kovar. Le Pyrex et le Kovar possédant des coefficients de dilatation différents, une jonction progressive est réalisée au moyen d'une succession de verres de coefficients de dilatation qui varient de celui du Kovar à celui du Pyrex, par exemple des verres du type 8447, 8448, 8449 et 7740 de la société SCHOTT. Le tube en Pyrex est donc pourvu à son extrémité liée au collet en Kovar, d'une pluralité d'anneaux de ces différents types de verre. On comprend aisément que la fabrication d'un tel tube en Pyrex soit très onéreuse. La présente invention a pour objet de remédier aux inconvénients des dispositifs ci-dessus en proposant un dispositif de collet capable d'être lié à une pièce de verre de coefficient de dilatation différent. L'invention a également pour objet de proposer un collet prévu pour s'adapter à une pièce en Pyrex. Le dispositif de collet métallique, selon l'invention, est du type utilisé pour solidarisation d'une pièce de verre et d'une pièce métallique de coefficients de dilatation différents. Le collet est cylindrique et comprend une première portion destinée à être en contact avec la pièce métallique, une deuxième portion destinée à être en contact avec la pièce de verre, et une portion de liaison disposée entre lesdites première et deuxième portions. La deuxième portion est d'épaisseur inférieure à l'épaisseur de la première portion et de la portion de liaison, de façon à s'adapter à la dilatation de la pièce de verre en exerçant sur cette dernière des contraintes inférieures à la limite de résistance de ladite pièce de verre. On peut ainsi utiliser une pièce de verre bon marché sans risque de cassure lors de variations de la température. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'épaisseur de la deuxième portion est inférieure au dixième de l'épaisseur de la première portion et de la portion de liaison. La deuxième portion est ainsi considérablement plus souple que la première portion et la portion de liaison. Avantageusement, la deuxième portion est biseautée, l'extrémité libre de la deuxième portion étant d'épaisseur sensiblement égale à 10 microns. Dans un mode de réalisation de l'invention, la deuxième portion est d'épaisseur inférieure à 200 microns. Avantageusement, la deuxième portion possède un angle sensiblement égal à 1" par rapport à l'axe du collet. Le collet peut être réalisé en acier inoxydable, par exemple du type 304L. L'invention a également pour objet un appareil à rayonnement électromagnétique, par exemple un tube à rayons X, comprenant un tube en verre, une cathode et une anode, l'anode comprenant un conducteur électrique pourvu d'une liaison à l'extérieur du tube. L'appareil à rayonnement électromagnétique comprend un collet tel que décrit précédemment, disposé entre le tube en verre et la liaison. De préférence, le tube est réalisé en Pyrex. On parvient ainsi à une réduction du coût du tube équipé de son collet d'un facteur de l'ordre de 50% à 70%. L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un collet circulaire comprenant une première portion destinée à être en contact avec une pièce métallique, une deuxième portion destinée à être en contact avec une pièce en verre et une portion de liaison disposée entre lesdites première et deuxième portions. Le procédé comprend les étapes suivantes - formation par emboutissage des première et deuxième portions et de la portion de liaison du collet, - usinage de la deuxième portion pour lui conférer un biseau d'un angle de 1", et - polissage électrolytique de la deuxième portion. On prévoit une étape ultérieure d'oxydation de la surface de la deuxième portion du collet qui permet d'améliorer la solidarisation du collet et de la pièce en verre. Cette solidarisation s'effectue par des étapes de maintien de chauffage de la pièce en verre, puis d'enfoncement axial du collet dans une extrémité de la pièce en verre de même diamètre que ledit collet. La deuxième portion pénètre ainsi dans l'épaisseur du verre, ce qui assure l'étanchéité entre le collet et la pièce de verre. Le polissage électrolytique de la deuxième portion permet de réduire son épaisseur, ce qui réduit d'autant les contraintes exercées sur la pièce de verre par la deuxième portion lors de variations de température. Grâce à l'invention, on réduit considérablement les coûts de fabrication d'une pièce de verre en contact étanche avec une pièce métallique tout en garantissant une étanchéité et une solidité satisfaisantes dans une large gamme de températures. La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un tube à rayons X équipé d'un collet selon l'invention; et la figure 2 est une vue de détail de la figure 1. Comme on peut le voir sur les figures, la pièce 1 est de forme circulaire comprenant une première extrémité ouverte 2 et une deuxième extrémité ouverte 3. La première extrémité ouverte 2 est destinée à recevoir une anode tournante non représentée qui se présente sous la forme d'un plateau circulaire tournant entraîné en rotation par un moteur électrique dont le rotor est disposé dans une portion cylindrique la de la pièce 1 et dont le stator est disposé autour de ladite portion cylindrique la. La seconde extrémité ouverte 3 est prévue pour recevoir une cathode non représentée. L'extrémité ouverte 2 de la pièce 1 est solidarisée avec un collet 4 par un procédé qui sera décrit plus loin. Le collet 4 est réalisé en Inox, par exemple en Inox de type 304L. Le collet 4 comprend une première portion cylindrique 5, une deuxième portion 7 prévue pour être en contact avec la pièce 1 et une portion de liaison 6 disposée entre la première portion 5 et la deuxième portion 7. La première portion 5 est prévue pour être solidarisée de façon étanche, par exemple par soudage, avec un élément métallique, non représenté, assurant la liaison électrique entre l'anode et des moyens d'alimentation électrique de l'anode disposés en-dehors de la pièce en verre 1. Le diamètre de la première portion 5 du collet 4 est adapté à celui de l'élément de liaison. La solidarisation par soudage assure une étanchéité parfaite entre le collet 4 et l'élément de liaison, ce qui constitue un avantage important par rapport au collet réalisé en alliage Kovar, difficilement soudable. Le collet 4 est fabriqué à partir d'un tube en acier inoxydable qui est formé par emboutissage, ce qui lui confère sa forme générale. Puis, la deuxième portion 7 du collet 4 est usinée de façon à réduire son épaisseur et à lui conférer un biseau d'un angle d'environ 1". Enfin, la deuxième portion 7 est soumise à un polissage électrolytique dans un bain sulfophosphorique qui a pour effet de réduire encore l'épaisseur de ladite deuxième portion 7 et d'obtenir une extrémité libre 7a de ladite deuxième portion 7 extrêmement fine, de l'ordre de 10 microns. On obtient ainsi une deuxième portion 7 dont l'épaisseur maximale est inférieure au dixième de l'épaisseur de la première portion et de la portion de liaison, en d'autres termes, d'épaisseur inférieure à 200 microns. L'extrémité libre de la deuxième portion 7 est extrêmement fine, ce qui facilite son scellement ultérieur avec la pièce 1. Le collet est alors soumis à des opérations de traitements thermique et chimique, notamment à un traitement d'oxydation de la surface de la deuxième portion 7 qui améliore le scellement ultérieur du métal et du verre par accrochage des atomes d'oxygène dans les lacunes du verre. Le collet 4 ainsi obtenu est prêt pour son scellement avec l'extrémité ouverte 2 de la pièce 1. La pièce 1 est chauffée à haute température de façon à rendre le verre pâteux. Le collet 4 est présenté coaxialement à la pièce 1 avec sa deuxième portion 7 dirigée vers l'extrémité ouverte 2. Puis, par déplacement axial du collet 4, on enfonce la deuxième portion 7 dans le verre de l'extrémité ouverte 2 de la pièce 1, la deuxième portion 7 et l'extrémité ouverte 2 étant de même diamètre. Comme on le voit plus particulièrement sur la figure 2, l'enfoncement de la deuxième portion 7 dans le verre est effectué de façon qu'une épaisseur égale de verre se trouve de part et d'autre de ladite deuxième portion 7, pour assurer une solidité maximale de la pièce en verre 1. On refroidit ensuite la pièce en verre 1 équipée du collet 4 sans risque de cassure du verre en raison de la dilatation différente de l'Inox constituant le collet 4 et du Pyrex constituant la pièce 1, grâce à la capacité de la deuxième portion 7 de se déformer à cause de sa faible épaisseur, sans exercer de contrainte excessive sur la pièce 1. La cathode est scellée avec la pièce de verre 1 qui est ensuite mise sous vide pour une propagation satisfaisante des rayonnements électromagnétiques, en particulier des rayons X. Le scellement de l'anode et de la cathode doit donc être étanche et doit par ailleurs résister à de fortes variations de température. A l'arrêt, la pièce en verre 1 est à la température ambiante et, en fonctionnement, elle peut atteindre une température d'environ 450 . Le scellement de l'anode et de la cathode doit donc rester étanche dans cette plage de températures. Grâce à l'invention, on parvient à sceller ensemble un tube en Pyrex peu onéreux et un collet en Inox 4 facilement soudable sur un élément de liaison réalisé en alliage, par exemple en cuproaluminium, assurant un excellent refroidissement de l'anode mais très difficile à souder avec du Kovar. L'invention s'applique bien entendu à tous types de collets métalliques destinés à être scellés avec une pièce en verre de coefficient de dilatation différent. REVENDICATIONS 1. Dispositif de collet métallique (4) du type utilisé pour la solidarisation d'une pièce en verre (1) et d'une pièce métallique de coefficients de dilatation différents, le collet étant circulaire et comprenant une première portion (5) destinée à être en contact avec la pièce métallique, une deuxième portion (7) destinée à être en contact avec la pièce de verre, et une portion de liaison (6) disposée entre lesdites première et deuxième portions, caractérisé par le fait que la deuxième portion est d'épaisseur inférieure à l'épaisseur de la première portion et de la portion de liaison, de façon à s'adapter à la dilatation de la pièce de verre en exerçant sur cette dernière des contraintes inférieures à la limite de résistance de ladite pièce de verre. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'épaisseur de la deuxième portion est inférieure au dixième de l'épaisseur de la première portion et de la portion de liaison. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la deuxième portion est biseautée, l'extrémité libre de la deuxième portion étant d'épaisseur sensiblement égale à 10 microns. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la deuxième portion est d'épaissseur inférieure à 200 microns. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la deuxième portion possède un angle sensiblement égal à 1" par rapport à l'axe du collet. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le collet est réalisé en acier inoxydable. 7. Appareil à rayonnement électromagnétique comprenant un tube en verre, une cathode et une anode, l'anode comprenant un conducteur électrique pourvu d'une liaison à l'extérieur du tube, caractérisé par le fait qu'il comprend un collet selon l'une quelconque des revendications précédentes, disposé entre le tube en verre et la liaison. 8. Procédé de fabrication d'un collet circulaire comprenant une première portion destinée à être en contact avec une pièce métallique, une deuxième portion destinée à être en contact avec une pièce en verre et une portion de liaison disposée entre lesdites première et deuxième portions, caractérisé par les étapes suivantes - on forme par emboutissage des première et deuxième portions et la portion de liaison du collet, - on usine la deuxième portion pour lui conférer un biseau d'un angle de 1", et - on effectue un polissage électrolytique de la deuxième portion. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par une étape ultérieure d'oxydation de la surface de la deuxième portion du collet. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé par des étapes de maintien et de chauffage de la pièce en verre, et d'enfoncement axial du collet dans une extrémité de la pièce en verre de même diamètre que ledit collet.