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Verfahren zum Überziehen von Glaskörpern mit Schichten aus hochschmelzendem
Metall Für die Herstellung vakuumdichter Stromeinführungen in Entladungsgefäße aus
Glas, insbesondere aus Quarzglas oder anderen hochschmelzenden Gläsern, werden mit
einem Metallüberzug versehene Glasstäbe verwendet., die in die Gefäßwand so eingeschmolzen
sind, daß der leitende Überzug am einen Ende von außen, am anderen Ende von innen
zugänglich ist. Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung von Stromeinführungen
dieser Art wird der einzuschmelzende Glasstab mittels der in der Keramik üblichen
Einbrennverfahren oder durch Kathodenzerstäubung oder durch Kondensation von Metalldämpfen
.im Vakuum mit dem Metallüberzug versehen. Die auf diese Weise erzeugten metallisierten
Glasstäbe ergeben jedoch nicht mit absoluter Sicherheit vakuumdichte Stromeinführungen.
Die aufgebrachte Schicht haftet nämlich weder in allen Teilen absolut fest an der
Unterlage, noch hängt sie in sich überall fest zusammen. Esi ist daher möglich,
sie teilweise abzuwischen oder die aufgebrachte Schicht zu beschädii@gen. Die auf
diese Weise hergestellten metallisierten Glasstäbe bedürfen daher, wenn sie als
vakuumdichte Stromeinführungen Verwendung finden sollen, einer besonders sorgfältigen
Behandlung und sind selbst, wenn größte Sorgfalt angewandt wird, nicht absolut zuverlässig
vakuumdicht, da ;stie beim Einschmelzen einer hohen Temperatur
ausgesetzt.
werden müsisen, . die leicht zu einer Ablösung der ohnehin nicht gut haftenden Schicht
von der Unterlage führt und auch eine Lockerung des Gefüges der Schicht selbst zur
Folge hat.
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Diese Nachteile werden bei dem Verfahren nach der Erfindung dadurch
vermieden, daß der zu überziehende Glaskörper während des Aufb:ringens des Metalls,
dessen Schmelzpunkt höher liegt als der Erweichungspunkt des Glaskörpers, lieh zum
mindesten an seiner zu überziehenden Oberfläche auf einer in der Nähe seines Erweichungspunktes
liegenden Temperatur befindet. Als hochschmelzendes Metall wird vorteilhaft Wolfram,-
Molybdän oder Tautal verwendet, wenn es sich um das Überziehen von Quarzglas oder
anderen hochschmelzenden Gläsern handelt. Das Metall wird in feinverteilter Form,
vorteilhaft mittels Kathodenzerstäubung oder durch Niederschlagen von Metalldampf,-auf
den zu überziehenden Glaskörper gebracht.
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Es hab sich gezeigt, daß es am vorteilhaftesten ist, den Glaskörper
vor Beginn des Aufbringens des Metalls auf eine in der Nähe seines Erweichungspunktesi
liegende Temperatur zu bringen, daß jedoch auch noch zuverlässige Einschmelzungen
erzielt werden können, wenn die Oberfläche des Glaskörpers erst während des Aufbringens
der Schicht auf die genannte hohe Temperatur gebracht wird.. Die hohe Temperatur
muß jedoch erreicht werden, bevor sich ein, zusammenhängender Metallbelag bildet,
da andernfalls die Hafbfes:tigkeit des Überzuges an der Unterlage geringer ist.
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Der Überzug wird entweder im Hochvakuum oder in einer das Metall nicht
angreifenden Gas-oder Dampfatmosphäre, vorzugsweise bei einem niedrigen Druck von
o, i bis 5 mmHg, beispielsweise verdünnter Luft, aufgebracht. Letzteres, Verfahren
empfiehlt sich besonders dann, wenn der Metalldampf durch Erhitzen eines verhältnismäB:ig
kleinen Metallkörpers, beispielsweise einer den Glaskörper umgebenden Wendel, erzeugt
Wird. Bei einer ,solchen Anordnung besteht nämlich die Gefahr, daß die Bedampfüng
ungleichmäßig erfolgt, wenn slie im Hochvakuum vorgenommen wird, während durch die
Gas- oder Dampfatmosphäre von vorzugsweise niedrigem Druck durch die Streuung des
Dampfstroms eine größere Gleichmäßigkeit bewirkt wird. Zum Ausgleichen solcher,
durch die Ausbildung der Verdampfungsvorrichtung oder der Einrichtung zur Kathodenzerstäu=
bung bedingten Ungleichmäßigkeiten können diese Vorrichtungen gegenüber der zu überziehenden
Oberfläche während des Überziehens bewegt werden.
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Der Abstand zwischen dem Metallvorrat und der zu überziehenden Oberfläche
wird während des Aufbringens des Metallüberzuges zweckmäßig kleiner als 5 mm, vorzugsweise
kleiner als 2 mm, gewählt.
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Die zur Erhitzung der zu überziehenden Oberfläche dienende Wärmequelle
kann zugleich zur Verdampfung des Metallvorrats herangezogen werden oder diese unterstützen.
Es kann, auch durch eine besondere Heizvorrichtung die zu überziehende Oberfläche
vor Beginn des Überziehens auf eine in der Nähe des Erweichungspunktes des Glaskörpers
liegende Temperatur vorgeheizt werden.
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Es ist oft wünschenswert, die Dicke des Metallüberzuges örtlich verschieden
zu wählen. So ist beispielsweise bei den erwähnten Stromeinführungen eine Verstärkung
des Überzuges an den beiden Enden, beispielsweise zum Anschluß von Stromleitern
oder Elektroden, erwünscht. Eine solche örtliche Verstärkung kann, durch eine entsprechende
Erhöhung der Bedampfungs- bzw. Bestäub.ungsintensität oder durch Verlängerung der
Expositionszeit an diesen Stellen bewirkt werden.
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In manchen Fällen ist es wünschenswert, auf ein und denselben Glaskörper
mehrere miteinander nicht leitend zusammenhängende Schichten aufzubringen. Zu diesem
Zweck wird entweder die Bedampfung oder Bestäubung entsprechend begrenzt und beispielsweise
die nicht zu überziehenden Zwischenräume während der Bedampfung abgedeckt, oder
es werden na-eh der Herstellung eines zusammenhängenden Überzuges größerer Abmessung
durch mechanische oder chemische Mittel Teile desselben derart entfernt, daß die
gewünschten, miteinander nicht leitend zusammenhängenden Schichten gebildet werden.
Wenn der Glaskörper, beispielsweise ein Quarzstab, auf einer sehr großen Fläche
mit einem Metallüberzug versehen werden soll, bereitet die Herstellung eines entsprechend
großen Ofens zur Erhitzung der Oberfläche des Glaskörpers und zur Zerstäubung bzw.
Verdampfung des hochschmelzenden Metalls Schwierigkeiten, die dadurch vermieden
werden können, daß das Überziehen der einzelnen Teile der Oberfläche des Glaskörpers
nicht auf einmal, sondern nacheinander vorgenommen wird. Zu diesem Zweck kann beispielsweise
der zu überziehende Glasstab mit konstanter Geschwindigkeit durch die Erhitzungs-
und Bedampfungs- bzw. Bestäubungsvorrichtung geschoben werden, so daß er nacheinander
auf seiner ganzen Länge mit einem Metallüberzug versehen wird. Der VorGschub kann
jedoch auch mit wechselnder Geschwindigkeit erfolgen, wenn entweder ein Überzug
ungleichförmiger Dicke erzeugt werden soll oder wenn. der Vorschub: jeweils um eine
Länge der Bedampfungs- bzw. Bes@täubungseinrichtung erfolgt, so daß die gleich dicken
Schichten, die nacheinander hergestellt werden, unmittelbar aneinander angrenzen.
Es ist auch möglich, bei dieser Einrichtung, d. h. bei konstanter oder wechselnder
Vorschubgeschwindigkeit, auch die Bestäubungs- bzw. Bedampfungsintensität beispielsweise
periodisch derart zu ändern, daß die Schicht längs der zu überziehenden Oberfläche
eine periodisch wechselnde Dicke besitzt. Aus, einem solchen langen Glaskörper können
im Bedarfsfalle kurze, beispielsweise zum Einschmelzen in Entladungsgefäße geeignete
Stücke, die als Stromeinführung dienen sollen, abgeschnitten werden. Bei entsprechender
Führung des Verfahrens zum überziehen und Abschneiden der einzelnen Teilstücke
kann
erreicht werden, däß diese Stücke an ihren zum Stromanschluß dienenden Enden eine
gegenüber dem eingeschmolzenen Teil verdickte Schicht aufweisen.
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Es ist auch möglich, dass Überziehen des langen Glaskörpers so zu
leiten, daß zwischen den einzelnen aufeinantderfolgenden Teilen des Überzuges von
Metall völlig freie Zwischenräume verbleiben. Dieses Verfahren würde zweckmäßig
dann angewandt, wenn die für den Gebrauch bestimmten metallisierten Glaskörper an
ihren Enden nicht überzogen sein sollen. Man könnte jedoch auch nachträglich diese
Enden durch chemische oder mechanische Mittel von ihrem Überzug befreien.
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Anstatt den Überzug an den Enden durch zusätzliche Bedampfung oder
Bestäubung zu verdicken, ist es auch möglich, zunächst den Glaskörper gleichmäßig
zu überziehen und nachträglich durch mechanische oder chemische Mittel die Schichtdicke
an einzelnen Stellen zu verringern. Wenn es .sich beispielsweise um die Herstellung
von Stromeinführungen handelt, könnte man einen zunächst mit einer dicken Schicht
versehenen Glaskörper durch Behandlung mit einem den Überzug auflösenden chemischen
Mittel derart schwächen, daß er an der einzuschmelzenden Stelle eine geringere,
zum Einschmelzen geeignetere Dicke besitzt als an seinen zum Anschluß der äußeren
Stromleiter bzw. Elektroden dienenden Enden.
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Sowohl bei der Herstellung von Metallüberzügen mit konstanter als
auch mit ungleichförmiger Vorschubgeschwindigkeit können zur Verkürzung der Bedampfung:s#-
bzw. Bestäubungsdauer die Glaskörper vor dem Einbringen in bzw. vor dem Einwirken
der Besitäubungs- bzw. Verdampfungsvorrichtung vorgeheizt werden.
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Werden nur verhältnismäßig kleine Glaskörper überzogen, so würde die
Beschickung der Vorrichtung verhältnismäßig viel Zeit in Anspruch nehmen. Es empfiehlt
sich daher in einem solchen Fall, an der Vorrichtung einen Stapel von nacheinander
zu überziehenden Glaskörpern unterzubringen und sie nacheinander, vorzugsweise selbsttätig
der Bestäubung bzw. Bedampfung auszusetzen und nach dem Überziehen vorzugsweise
selbsttätig aus der Vorrichtung zu entfernen und die fertig überzogenen Glaskörper
erneut zu stapeln. Es, können dabei Vorkehrungen getroffen werden, die es, gestatten,
die Stapel der noch nicht überzogenen und die Stapel der überzogenen Glaskörper
während des Betriebes der Bestäubungs- bzw. Verdampfungs,-vorrichtung einzuführen
b:zw. zu entfernen.
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Wenn zum Bedampfen eine Drahtwendel oder ein Metallband verwendet
wird, das den zu bedampfenden Körper umgibt, dann wird nur höchstens die Hälfte
des gebildeten Dampfes die zu überziehende Oberfläche erreichen, während der Rest
sich an anderen Teilen der Einrichtung niederschlägt. Dieser Verlust an hochschmelzendem
Metall ist an sich unerwünscht. Er kann vermieden werden, wenn die Glaskörper relativ
zu dem verdampfenden Körper derart geführt werden, daß der Dampf sich nur auf dem
Glaskörper niederschlagen kann. Man kann beispielsweise ein ebenesi Band bis auf
die Verdampfungstemperatur heizen und zu beiden Seiten Glasstäbe unter gleichzeitiger
Drehung um ihre Längsachse vorbeiführen, so daß sie rundherum gleichmäßig bedampft
werden. Bei dieser Anordnung wird das von beiden Seiten des Bandes abdampfende Metall
bei entsprechend dichter Aufeinanderfolge der zu bedampfenden Glasstäbe nur auf
deren Oberfläche niederschlagen.
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Das zu verdampfende Metall kann jedoch auch in einem Tiegel oder in
einem Hohlkörper aus noch höher schmelzendem Werkstoff untergebracht werden. Auch
bei einer solchen Anordnung kann das Metall nur von der freien Oberfläche abdampfen;
wenn man also vor dieser den zu bedampfenden Körper anbringt, vermeidet man einen
Verlust durch unerwünschte Bedampfung nicht, zu überziehender Teile. Zur Verminderung
der zur Erhitzung der Glaskörperoberfläche und der zur Verdampfung des hochschmelzenden
Metalls. erforderlichen Wärmemenge können die Wärmeabstrahlung und -ableitung vermindernde
Mittel, beispielsweise mehrere hintereinandergestellte Strahlungslschutzkörper oder
Isolierkörper, benutzt werden.' In manchen Fällen ist es wünschenswert, die Glaskörper
gleichzeitig oder nacheinander mit verschiedenen hochschmelzenden Metallen oder
zunächst mit hochschmelzenden und nachträglich mit niedriger schmelzenden Metallen
zu überziehen. Zu diesem Zweck kann anschließend oder gleichzeitig mit dem erfindungsgemäßen
Aufdampfen eines hochschmelzenden Metalls ein weiteres hochschmelzendes oder gegebenenfalls
auch niedriger schmelzendes Metall aufgedampft b:zw. durch Kathodenzersüäubung aufgetragen
werden. Durch entsprechende Leitung des Bedampfungs- bzw. Bestäubungsverfahrens
kann die Zusammensetzung der auf diese Weise erzielten Schicht in weiten Grenzen
geändert werden. Es ist insbesondere möglich, den Glaskörper durch Verdampfung oder
Zersroäubung von reinen Metallen mit aus diesen zusammengesetzten Legierungen zu
überziehen. Die Anwendung dieses Verfahrens ist beispielsweise vorteilhaft, wenn
die beiden Legierungsbestandteile stark verschiedene Schmelzpunkte haben, so daß
bei der Erhitzung eines aus der Legierung bestehenden Körpers zunächst bevorzugt
das leichter schmelzende und erst später auch das höher schmelzende verdampfen würde.
Das. Verfahren bietet auch dann Vorteile, wenn die Herstellung der aufzudampfenden
Legierung Schwierigkeiten bereitet oder sie in der gewünschten Zusammensetzung schwerer
erhältlich ist.
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Werden die verschiedenen Metalle nicht gleichzeitig, sondern nacheinander,
gegebenenfalls mehrfach abwechselnd hintereinander, aufgebracht, so erhält man,
falls die Temperatur genügend hoch ist, Legierungen zwischen den einzelnen aufgebrachten
Metallen, während sich bei niedrigerer Temperatur während des Aufbringens und der
nachträglichen Verarbeitung häufig nur dünne
Schichten miteinander
nicht legierter Metalle aus-.bilden, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient m
it dem der entsprechenden Legierung nicht übereinzustimmen braucht.
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Für manche Zwecke, beispielsweise für die Herstellung einer Lötverbindung
zwischen dem Überzug aus hochschmelzendem Metall, beispielsweise Molybdän oder Wolfram,
der unmittelbar an die Oberfläche des Glaskörpers angrenzt,, und einen den Glaskörper
umgebenden Metallring ist es wünschenswert, auf das hochschmelzende Metall leichter
lötfähige Metalle aufzubringen. Es können beispielsweise auf Molybdän, Wolfram oder
Tantal Eisen, Nickel oder Invar aufgedampft werden. Diese Metn;lle lassen seich
leichter hart miteinander oder mit anderen Metallen verlöten, als dies bei den genannten
hochschmelzenden Metallen der Fall ist. Die Zusammensetzung der die Schicht hochschmelzenden
Metalls, das an die Oberfläche des Glaskörpers angrenzt, umgebenden Schicht aus
leichter lö@tfähi!gem Metall braucht nicht an sich homogen zu sein. Es bietet sogar
Vorteile, ihren Gehalt an hochschmelzendem Metall von der Oberfläche des Glaskörpers
aus nach außen hin, vorzugsweise monoton, abnehmen zu lassen, wenn das hochschmelzende
Metall einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von dem des
Glaskörpers nur wenig- unterscheidet,, während das lötfähige Metall einen davon
abweichenden Ausdehnungskoeffizienten besitzt. Man erzielt auf diese Weise einen
allmählichen Übergang und. vermindert die Gefahr einer Ablösung dest Metallüberzuges
von der Oberfläche des Glaskörpers..
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Erhitzung der zu überziehenden
Oberfläche des Glaskörpers auch durch diesen hindurch erfolgen oder unterstützt
werden. Zu diesem Zweck kann, beispielsweise wenn. es sich um die Erhitzung der
Außenseite eines hohl ausgebildeten Glaskörpers handelt, eine im: seiner Höhlung
angeordnete Heizvorrichtung, vorzugsweise ein Glühdraht oder eine Glühwendel, verwendet
werden.
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Das Ein- und Ausschalten der Heiz-, Be-. dampfungs- bzw. Bestäubungsvorrvchtung
sowie gegebenenfalls der Bewegungsvorrichtung für den Glaskörper und für die Bedampfungs-
bzw. Bestäubungsvorrichtung kann selbsttätig erfolgen. Zu diesem Zweck werden vorzugsweise
Zeitrelais, oder von der Temperatur der zu überziehenden Oberfläche abhängige Relais
oder eine Kombination beider Relaisarten verwendet. DieTemperatur der Glaskörperoberfläche
wird an der zu überziehenden Stelle oder an einer Stelle überwacht, deren Temperatur
ein bekannter Weise von der Temperatur der zu überziehenden Stelle abhängt. Die
Überwachung erfolgt vorzugsweise durch Thermoelemente oder Mikropyrometer.
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Da durch die Verdampfung der hoch erhitzten Heiz- bzw. Bedampfungswendel
eine Abnahme des Querschnihtts derselben im Laufe des Betriebes eintritt, die eine
Auswechslung notwendig macht, ist es zweckmäßig, die zur Erhitzung der Glaskörperoberfläche
dienende Heizvorrichtung so zu belasten, daß während ihres Betriebes zum überziehen
des Glaskörpers oder eines Glaskörperteiles keine merkliche Verdampfung eintritt.
Die Belastung und die Abmessungen der Heizvorrichtung werden zweckmäßig so gewählt,
daß die Glasoberfläche innerhalb von wenigen Sekunden die erforderliche Temperatur
erreicht. Bei diesem Verfahren wird nicht nur eine seltenere Auswechslung des Glühkörpers
der Heizvorrichtung erforderlich, sondern darüber hinaus, falls die Bedampfungswendel
und die Heizwendel aus. verschiedenen Werkstoffen bestehen, wird auch noch der Vorteil
erzielt, daß eine Bedampfung der Glaskörperoberfläche mit einem anderen Werkstoff
als dem der Bedampfungswendel vermieden wird. Man kann beispielsweise die Heizwendel
aus Wolfram herstellen und die Bedampfungswendel aus, Molybdän und beide so belasten,
daß sie während der Bedampfung oder Heizung etwa die gleiche Temperatur annehmen.
In diesem Fall wird sich auf der Glasoberfläche praktisch nur Molybdän niederschlagen,
da dieses einen sehr viel höheren Dampfdruck aufweist als Wolfram.
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Durch erforderlichenfalls bewegbare Abdeckvorrichtungen, die zwischen
der Oberfläche des Glaskörpers und dem verdampfenden Metallvorrat angebracht sind,
beispielsweise durch Blenden, kann erreicht werden, daß während des Erhitzens oder
Überziehens des Glaskörpers die jeweils nicht genügend erhitzten Teile der Glasoberfläche
gegen das Auftreffen von Metall geschützt werden, so daß die Glasoberfläche nur
dort überzogen wird, wo sie die erwünschte Temperatur besitzt.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch mehrere voneinander
isolierte, ineinandergeschachtelte oder hintereinander angeordnete, vorzugsweise
koaxiale, Metallüberzüge dadurch hergestellt werden, daß zunächst ein stab- oder
rohrförmiger Glaskörper mit einem äußeren Metallüberzug versehen wird und anschließend
dieser Metallüberzug vorzugsweise im Vakuum oder einer ihn nicht angreifenden Atmosphäre,
zum mindesten teilweise mit Glas, vorzugsweise einem Glasrohr, überzogen wird, das
seinerseits ebenfalls mindestens teilweise mit Metall überzogen wird. Dieses Verfahren
kann zur Erzeugung von mehr als zwei hintereinander angeordneten oder inednandergeschachtelten,
voneinander isolierten Metallüberzügen entsprechend oft wiederholt werden.
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Der dünne Metallüberzug wird, wenn er sich im Betrieb während längerer
Zeit auf hoher Temperatur befindet, leicht vollständig oxydieren, wenn er aus einem
oxydierbaren Metall besteht, das unmittelbar an Luft angrenzt: Zur Vermeidung dieses
Nachteils empfiehlt es sich, den hochschmelzenden, oxydierbaren Metallüberzug an
den mit der Luft in Berührung stehenden Stellen mit einem Schueüberzug aus hochschmelzendem,
nichtoxyd:ierbaren Metall, vorzugsweise Rhenium, Iridium oder Osmium, durch Bedampfen
oder Bestäuben vorzugsweise bei der für idie Herstellung des oxydierbaren Grundüberzuges
angewendeten hohen Temperatur zu versehen.
Die Figuren zeigen in
zum Teil schematischer Darstellung Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
@sowie Stromeinführungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind.
Es sind ferner einige Anwendungsbeispiele für die so hergestellten Stromeinführungen
zum Teil schematriis.ch wiedergegeben. Bei der Vorrichtung gemäß Fig. i sind auf
der Grundplatte i aus vakuumdichtem Isoliermaterial zwei Säulen 3 und 4 befestigt,
die vakuumdicht durch diese Platte hindurchgeführt sind und zu der Wendel 5 führen,
die durch den Strom:durchgang bis zur Glühtemperatur erhitzt wird. Als Abschluß
des Vakuumgefäßes dient die beispielsweise aus Glas bestehende Glocke 6. Die Evakuierung
sowie gegebenenfalls. das Einfüllen von Gas geschieht durch das Rohr 7. Der mit
einem metallischen Überzug zu versehende Glaskörper, bei dem Ausführungsbeispiel
ein Quarzstab 8, wird mittels des Halters 9 in die Glühwendel 5 eingeführt. Bei
diesemAusführungsbeispie 1 dient die Glühwendel 5 sowohl zum Erhitzen der Oberfläche
des Körpers bis auf eine in der Nähe seines Erweichungspunktes liegende Temperatur,
d. h. im vorliegenden Fall auf mindestens i2oo° C, vorzugsweise i5oo° C. Die hocherhitzte,
beispielsweise aus o,8 mm starkem Molybdändraht besitehendeWendel weist bei einer
Länge von etwa 2o mm und einer lichten Weite von 8 mm etwa zehn Windungen auf. Der
Stromdurchgang wird so hoch gesteigert, daß schließlich eine ausreichend starke
Verdampfung des Molybdäns eintritt, das sich zu einem großen Teil, beispielsweisse
etwa 4o '/o, auf der erhitzten Oberfläche des Quarzstabes 8 niederschlägt. Bei dieser
Vorrichtung ist also keine besondere Heizvorrichtung für die Erhitzung der Oberfläche
des Glaskörpers vorgesehen. Es dient vielmehr die zur Verdampfung des Metallvorrates
dienende Wendel zugleich zum Erhitzen der Glaskörperoberfläche. Nach erfolgter Bedampfung
und Abkühlung wird der überzogene Glaskörper 8 nach Einlassen von Luft ih die -
Glocke mittels des Schliffpaares io, ii entfernt. DieGlocke6 braucht dazu nicht
entfernt zu werden. An den durch das obere Ende des Halters 9 abgedeckten Teil 12
bleibt der Quarzkörper frei von einem Metallüberzug. In gleicher Weise kann auch
das obere Ende :2 des Stabes durch eine abnehmbare Abdeckkappe 13 gegen Bedampfung
geschützt werden, falls dies für den Anwendungszweck erwünscht ist. Die Glühwendel
mit den angegebenen Ab-
messungen wird mit etwa 8Qo bis iooo Watt belastet.
Dadurch wird bereits in etwa 2 bis 5 Sekunden nach dem Einschaltgen der Wendel die
Oberfläche des Quarzglases bis in die Nähe der Erweichungstemperatur erhitzt. Da
die Glühwendel helle Weißglut erreicht, tritt eine starke - Verdampfung ein. Nach
etwa 15 bis 30 Sekunden wird die für dieHerstellung einerStromeinführung
erforderliche Schichtdicke erreicht.
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Soll ein Körper aus Hartglas mit einer Er= weichuagstemperatur von
nur 8oo° C nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einem hochschmelzenden Metall,
beispielsweise Mölybdän, überzogen werden, so benötigt man eine geringere Temperatur
der Glaskörperoberfläche. Man muß also bei sonst gleichen Bedingungen die der Glühwendel
zugeführte Leistung in diesem Fall geringer wählen. Dadurch wird .in der Regel die
erforderliche Bedampfungszeit länger werden.
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Durch die thermische Ausdehnung der Glühwendel selbst und ihrer Zuleitungen
treten leicht im Laufe des Betriebes Verbiegungen ein, die eine ungleichmäßige Bedampfung
und Erhitzung des Glaskörpers zur Folge haben können. Es ist deshalb zweckmäßig,
die Zuleitungen zur Wendel, soweit sie sich nennenswert erhitzen und infolgedessen
ausdehnen, möglichst kurz zu wählen und so anzuordnen, daß keine starken Deformationen
der Glühwendel eintreten. Diese Störung wird in besonders wirkungsvoller Weise dadurch
vermindert, daß dieGlühwendel bifilar gewickeltwird. Bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel
könnte eine in Fig. 2 dargestellte, bifilar gewickelte Glühwendel Verwendung finden,
deren Zuleitungen möglichst bis im. die unmittelbare Nähe derWendel so stark gewählt
bzw. in guter Berührung mit wärmeableitenden, wenn möglich sich an der Stromzuleitung
beteiligenden Körpern geführt werden, daß sie praktisch kalt bleiben. Zur Erleichterung
des Auswechselas der Glühwendeln werden -bei dieser Anordnung die beiden Säulen
3 und 4 nebeneinander so angeordnet, daß die beiden Zuleitungen 14, 15 parallel
zueinander geführt in Bohrungen .der Haltevorrichtung nach Fig. 2 eingeführt werden
können. Zur besseren Darstellung sind in Fig. 2 die beiden Haltevorrichtungen sowie
die Zuleitungen 1q., 15 der Glühwendel, abweichend von dieser geeigneten Anordnung,
so dargestellt, als ob :die beiden Zuleitungen in entgegengesetzter Richtung zueinander
verliefen.
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Die Erhitzung der Glaskörperoberfläche kann auch durch :ihn .selbst
hindurch, beispielsweise durch eine in seinem Innern angeordnete Glühwendel 17,
bewirkt oder unterstützt werden, wenn der Glaskörper, wie Fig. 3 zeigt, eine entsprechende
Bohrung 16 aufweist. Bei dieser Anordnung erfolgt :die Bedampfung in derselben Weise
wie. bei der Erläuterung der Fig. i auseinandergesetzt ist durch die Glühwendel
5, deren Temperatur jedoch entsprechend niedriger gewählt werden kann, wenn eine
Abkürzung der Bedampfungs.zeit nicht erwünscht ist. Ein Vorteil dieser Anordnung
ist, daß es mit ihr möglich ist, die äußere Oberfläche des Glaskörpers bereits zu
Beginn der Bedampfung auf eine genügend hohe Temperatur zu erhitzen. Auf diese Weise
können selbstverständlich auch Rohre, und nicht nur einseitig verschlossene Hohlkörper
aus Glas bedampft werden.. Durch entsprechende Bemessung der Länge und des Querschnittes
des Drahtes der Wendeln 5 und 17 sowie durch entsprechende Auswahl ihres Werkstoffes
hat man es in der Hand, die zu ihrem Betrieb erforderliche Spannung auf beispielsweise
gleiche Werte zu bringen, so däß sie in Parallelschaltung betrieben werden können.
Dabei kann die Temperatur
derWendel i7 so niedrig gehaltenwerden,
daß ihr Material praktisch nicht verdampft und daher auf der Innenseite des, Rohres
keinenNiederschlag erzeugt. Es kann jedoch auf diese Weise auch gleichzeitig eine
erfindungsgemäße Bedampfung der Innenseite &es Glaskörpers durchgeführt werden.
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Fig. q. zeigt' ein weiteres Ausführungsbeispiiel, bei dem die Erhitzung
der Gliaskörperoberfläche durch die Wendel 1q. erfolgt, die bereits vor der Einschaltung
der zur Bedampfung dienenden Glühwendel 5 in Betrieb genommen werden kann. Auch
bei dieser Anordnung kann durch die Vorheizung die Glaskörperoberfläche bereits
vor dem Auftreffen des Metalldampfes bis auf eine in der Nähe des Erweichungspunktes
liegende Temperatur erhitzt werden. Dabei braucht das Material dieser Wendel nicht
zu verdampfen. Durch dieInbetriebnahme der Glühwendel 5, die auf eine so
hohe Temperatur erhitzt wird, daß sie merklich verdampft, wird eine weitere Erhitzung
der Glaskörperoberfläche erreicht und gleichzeitig die Bildung des Überzuges bewirkt.
Um -eine unzulässig hohe Steigerung der Temperatur der Oberfläche des Glaskörpers
zu verhindern, ist es unter Umständen notwendig, nach dem Einschalten der Glühwendeln
bzw. nach der Steigerung ihrer Temperatur auf hohe Werte, die Erhitzung der Heizwendel
1q. herabzusetzen oder diese ganz außer Betrieb zu nehmen.
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Für manche Anwendungszwecke ist es wünschenswert, einen ungleichmäßigen
Metallüberzug auf dem Glasikörper zu erzielen. Die Figuren 5 bis 7 zeigen einfache
Vorrichtungen, die geeignet sind, den Glasüberzug an den beiden Enden des Glaskörpers
in größerer Dicke als in seiner Mitte zu erzeugen. Bei der Vorrichtung nach Fig.
5 ist die Glühwendel 18 an ihren beiden Enden mit geringerer Steigerung gewickelt
als in der Mitte. Dies hat zur Folge, daß diese Stellen der Glaskörperoberfläche
stärker bedampft werden. Sie werden auch stärker erhitzt als die mittleren Teile
der Glaskörperoberfläche, so daß es, unter Umständen zweckmäßig ist, zur Ausgleichung
dieses Temperaturunterschiedes eine zusätzliche Heizwendel i9 vorzusehen, .die,
ohne selbst merklich zu verdampfen, nur die Erhitzung der Gl:askörperoberfläche
bewirken soll.
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Bei der Anordnung nach @Fig. 6 wird eine Glühwendel 2o gleichmäßiger
Steigung verwendet. Durch eine. zweite Glühwendel 21, die nur die beiden Enden des
Glaskörpers umschließt; ist für eine zusätzliche Bedampfung dieser Enden Sorge getragen.
Die Glühwendel 2i kann dabei entweder selbst verdampfen oder nur die Verdampfung
der Glühwendel2o durch die Steigerung der Temperatur derselben an ihren Enden durch
die benachbarte Glühwendel 21 erhöhen. Auch bei dieser Anordnung kann zur Ausgleichung
der ungleichmäßigen Erhitzung der Glaskörperoberfläche eine weitere, selbst nicht
merklich verdampfende Glühwendel i9 in der Nähe des mittleren Teiles des Glaskörpers
vorgesehen werden. Falls die Glühwendel2i aus einem anderen Werkstoff .als die Glühwendel
2o hergestellt und ihre Temperatur bis zur Verdampfung ihres Materials gesteigert
wird, können die Enden des Glaskörpers mit einem ganz oder bevorzugt aus dem Material
der Wendelei bestehenden überzug versehen werden. Es ist auch möglich, mit der dargestellten
Anordnung zunächst den ganzen Stab mit einer gleichmäßigen Schicht aus dem Werkstoff
der Wendel 2o zu versehen und anschließend mit Hilfe der Wendel ei die Enden mit
dem gleichen oder einem anderen Werkstoff zu überziehen. Verwendet man für die Wendel2o
beispielsweise Molybdän, Wolfram oder Tantal, so bietet es Vorteile, die Enden mit
einem in der Luft nicht oxydierbaren Metall, bei,spielsweiseRhenium,Iridium oder
Osmium zu überziehen- und zu diesem Zweck die Wendel ei aus einem dieser Werkstoffe
herzustellen. Werden die Wendeln 2o und 21 gleichzeitig in Betrieb gehalten, so
entsteht ein aus beiden Metallen gemischter Überzug, während andernfalls die äußere
Schicht nur aus dem Metall der Wendel besteht, die zuletzt in Betrieb war. Wird
die Temperatur derTeile, auf die gleichzeitig oder abwechselnd nacheinander verschiedene
Metalle aufgedampft werden, genügend lange hoch gehalten, oder erfolgt das Aufdampfen
-selbst bereits bei genügend hoher Temperatur, so tritt zwischen . den beiden Metallen
eine Legierungsbildung ein.
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Bei dem AusEührungsbeispiel nach Fig. 7 besteht die Glühwendel aus
Teilen verschiedenen Querschnitts. Der mittlere Teil 22 weist einen größeren Querschnitt
auf als die beiden die Enden des Glaskörpers umgebenden Teile 23. Letztere erhitzen
sich infolgedessen stärker als der mittlere Teil, so daß die Enden mit einer dickeren
Metallschicht überzogen werden. Solche Wendeln mit abgestuftem Querschnitt können
beispielsweise durch Abätzen der beiden Enden einer Wendel gleichmäßigen Querschnitts
hergestellt werden.
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Auch die Wendeln 16 bis 2:3 können zur Vermeidung von Deformationen
durch die Erwärmung entsprechend der Fig. 2 bifilar ausgeführt werden.
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Falls nur ein Ende des Glaskörpers mit einer dickeren Schicht versehen
werden soll, wird nur dieses mit einer Vorrichtung zur Verstärkung der Schicht entsprechend
dem oberen oder unteren Ende gemäß den Fig. 5 bis 7 umgeben.
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Fig. 8 zeigt eine Vorrichtung zurr Überziehen von. Glaskörpern mit
Metlall gemäß der Erfindung, bei der im Gegensatz zu der Anordnung nach Fig. i nicht
nach Beendigung des Überziehens des Glaskörpers in die Bedampfungsvorrichtung Luft
eingelassen zu werden braucht. Es ist vielmehr dafür Sorge getragen, daß die Glaskörper
nach dem Überziehen im Innern eines an den Bedampfungsraum angeschlossenen Vakuumraumes
untergebracht werden können, und daß jeweils ein weiterer Glaskörper einem im Innern
des Vakuumraumes angeordneten Stapel entnommen werden kann. Fig. 8 stellt diese
Vorrichtung nur echematisch in ihren für das Verständnis wesentlichen
Teilen
dar. Die Bedampfungsvorrichtung selbst besteht aus der den Glaskörper 8 umgebenden,
bifilar gewickelten Glühwendel 5 sowie gegebenenfalls einer zusätzlichen Heizwendel
14.
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Die Heiz- und Bedampfungsvorrichtung kann selbstverständlich im Bedarfsfalle
auch anders ausgebildet sein, beispielsweise entsprechenddenFig. r bis 7. Nach beendeter
Bedampfung wird durch Drehen des Handgriffes 24 die Vorrichtung zur Auswechslung
des Glaskörpers betätigt. Diese Vorrichtung ist durch das gegen Drehung nachgiebige
Wellrohr 25, die drehbare Welle 26 sowie die beiden Absperrschieber 27 und
218 symbolisch dargestellt. Die beiden Absperrschieber 27 und 28 sind so ausgebildet,
daß bei einer Drehung der Achse 26 zunächst der bedampfte Glaskörper 8 aus der Bedampfungsvorrichtung
heraus in das Sammelgefäß 29 fällt. Die erforderlichen Führungseinrichtungen für
das Heruntergleiten der Glaskörper sind in der Figur nicht dargestellt. Der obere
Absperrschieber 28 ist so ausgebildet, daß er erst nach dem Entfernen des Glaskörpers
aus(der Heizvorrichtung einen anderen Glaskörper aus dem einen Stapel von noch nicht
überzogenen Glaskörpern 30 enthaltenden Magazin 3 r herausgleiten läßt, nachdem
vorher der untere Absperrschieber 27 die untere Öffnung der Bedampfungsvorrichtung
wieder verschlossen hat. Die für den Vorschub der Glaskörper 3o dienende Vorrichtung
ist in der Fig. 8 symbolisch durch eine Feder 32 dargestellt, die auf den Stapel
von Glaskörpern 30 einen Druck ausübt. Zum Herausdrücken des jeweils vordersten
Glaskörpers aus dem Magazin dient eine weitere selbsttätige Vorrichtung, die in
der Figur symbolisch durch die Feder 33 dargestellt ist: Auch bei diesem Teil der
Vorrichtung sind die erforderlichen Führungseinrichtungen nicht dargestellt.
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Die Abschlußglocke 34 braucht nur entfernet zu werden, wenn das Magazin
neu gefüllt werden muß. Für die Entnahme der metallisierten Glaskörper aus dem Raum
29 ist eine Unterbrechung der Bedampfung sowie das Einlassen von Luft in den Bedampfungsraum
nicht erforderlich. Dieser Raum kann nämlich durch die Hähne 35 bis 37 von der übrigen
Einrichtung getrennt werden. Zur Entnahme wird der Verschlußdecke13i8 entfernt.
Zum Auspumpen des Raumes 29 wird zunächst der Hahn 36 geöffnet, während die Hähne
35 und 37 noch geschlossen sind, und die Luft be'i 7 abgepumpt. Nach Erreichung
des gewünschten Vakuums werden die Hähne 35 und 37 ebenfalls geöffnet, so daß erneut
aus der Bedampfungsvorrichtung metallisierte Glaskörper in den Sammelraum 29 eingeführt
werden können.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel geschieht die Vorheizung
bzw. zusätzliche Heizung des Glaskörpers durch die Wendel 14- Unter Umständen ist
es jedoch vorteilhafter, zur Erhöhung der Geschwindigkeit, mit der die ganze Vorrichtung
arbeitet, die Vorheizung der Glaskörper bereits im Magazin 32 oder auf dem Wege
von diesem zur Bedampfungsvorrichtung vorzunehmen oder zum mindesten bereits an
dieser Stelle eine gewisse Vorheizung durchzuführen. Es kann beispielsweise das
ganze Magazin als Ofen ausgebildet werden.
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Während bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel nur Glaskörper
bedampft werden können, deren metallisierteOberfläehekeinegrößere Länge aufweist
als die Bedampfungswendel, wird bei der Vorrichtung nach Fig. 9 die Bedampfung von
größeren Oberflächen ermöglicht. Die Bedampfung geschieht bei dieser ebenfalls schematisch
dargestellten Vorrichtung durch die symbolisch dargestellte Bedampfungsvorrichtung
39, die entsprechend den Fig. z und 2 oder 4 bis 7 ausgebildet sein kann, in die
der Glaskörper 40 eingeführt ist. Bei dieser Vorrichtung erfolgt die Bedampfung
also zunächst nur auf einem kleinen Teil der Oberfläche des Glaskörpers;; die Anordnung
ist jedoch so getroffen, daß der Glaskörper vorgeschoben werden kann. Es kommen
dann andere Teile seiner Oberfläche in die Bed;ampfungsvorrichtung. Die Heizung
der Glaskörperoberfläche kann entweder mittels der auch zur Bedampfung dienernden
Glühwendel 39 oder vorwiegend bzw. zusätzlich mittels einer besonderen Heizvorrichtung
41 durchgeführt werden. Bei der dargestellten Vorrichtung sind noch zwei Abdeckplatten
42 und 43 vorgesehen, die verhindern, daß sich auf nicht genügend erhitzten Teilen
der Glaskörperoberfläche Metall niederschlägt.
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Wird der Vorschub mit konstanter Geschwindigkeit, beispielsweise von
r mm/Sek. durchgeführt, so würde, wenn die Bedampfungsvorrichtung 39 2o mm lang
ist, jedes Element der Glaskörperoberfläche sich 2o Sekunden in der Bedampfungszone
befinden. Es würde also eine gleichmäßige, bei genügend intensiverBedampfung ausreichend
dicke Schicht erzeugt werden. Der Vorschub kann jedoch auch ruckweise vorgenommen
werden, so daß der Stab während der Bedampfung ruht. Bei dem soeben geschildertenBeispiel
derBedampfungswendel von 2o mm Länge und einer erforderlichen B-edampfungszeiü von
2o Sekunden müßte also der Glaskörper etwa 2o Sekunden in seiner Lage'verharren
und dann ruckweise so weit vorgeschoben werden, daß nunmehr die neu zu bedampfende
Oberfläche sich innerhalb der Bedampfungsvorr.ichtung 3,9 befindet. Wird bei dem
geschilderten Beispiel der Glaskörper 4o jeweils um 2o mm ruckweise vorgeschoben,
so reihen sich die nacheinander hergestellten Überzüge gleichmäßiger Dicke unmittelbar
aneinander an. Ist jedoch der jeweilige ruckweise Vorschub kleiner als die Länge
der Bedampfungsvorrichtung 39, so überlappen sich die Bedampfungszonen, und es entstehen
an den überlappten Stellen Schichten doppelter Dicke, die für gewisse Anwendungszwecke,
beispielsweise zur Herstellung von Stromeinführungen, erwünscht ist.
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Erfolgt jedoch der Vorschub jeweils um eine größere Länge als die
Bedampfungsvorrichtung 39, so - Sind zwischen den metallisierten Oberflächenteilen
des Glaskörpers 40 nichtmetallisierte Oberflächenteile vorhanden. Auch in dieser
Weise hergestellte
Glaskörper sind für manche Anwendungszwecke
geeignet. Nach der Metallisierung des ganzen Stabes 40 wird er aus der Vorrichtung
entfernt und in die für den Gebrauch bestimmten Ab-
schnitte geteilt.
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Der Vorschub kann auch mit ungleichförmiger Geschwindigkeit erfolgen,
wenn es- darauf ankommt, einzelne Teile der Glaskörperoberfläche stärker als andere
Teile mit Metall zu überziehen. Bei dem soeben geschilderten Beispiel mit ruckweisem
Vorschubwar nur die Möglichkeit gegeben, an den überlappten Teilen eine Schicht
doppelter Dicke zu erzeugen. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, jeweils einen.
Teil der Glaskörperoberfläche mit einer verhältnismäßig dünnen Metallschicht zu
überziehen, indem man diesen Teil nur kurze Zeit in der Bedampfungsvorrichtung 39
beläßt und anschließend den folgenden Teil sehr viel stärker zu bedampfen, indem
man diesen Teil entsprechend länger in der Bedampfungsvorrichtung läßt. Auf diese
Weise läßt sich das D:ickenverhältnis der Schichten an den verschiedenen Teilen
der Oberfläche in sehr weiten Grenzen ändern.
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Die Änderung der Schichtdicke kann auch- da,-durch erfolgen, daß man
bei der Bedampfung der verschiedenen Oberflächenteile die Bedampfungswendel 39 verschieden
stark heizt. Besitzt sie zudem nur eine geringe Länge, - so läßt sich die Schicht
in sehr kleinen Abständen längs der Glase körperoberfläche in verschiedener Dicke
erzeugen. Dabei kann der Vorschub mit konstanter Geschwindigkeit sowie mit wechselnder
Geschwindigkeit, beispielsweise auch ruckweise, erfolgen. Es ist unterUmständen
zweckmäßig, dieHeizvorrichtüng ebenfalls entsprechend zu steuern, damit die während
der Bedampfung sehr intensiv erhitzten Teile der Glaskörperoberfläche nichts unzulässig
heiß werden. -Wenn es sich um die Erzeugung periiodisch aufeinanderfolgender Abschnitte
gleicher Schichtdickenverteilung handelt, können der Vorschub sowie die Heiz- und'
Bedämpfungsvorrichtungen periodisch gesteuert werden.
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Der Vorschub wird bei dem dargestellten Ausführungsbenspiel mit Hilfe
eines auf den Glaskörper einwirkenden Eisenteils 44 bewirkt, der seinerseits unter
dem Einfluß eines verstellbaren Magneten 45 steht. Alle genannten Teile mit Ausnahme
des Magneten 4.5 befinden sich im Innern der vakuumdicht abgeschlossenen Vorrichtung.
Die Bewegung des Stabes erfolgt von rechts nachlinks. Sie kann auch mit Hilfe von,
vakuumdicht durch die Gefäßwand hindurchgeführten, - von außen bewegbaren Teilen
erfolgen.
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An Stelle der wendelförmig ausgebildeten Heizuni Bedampfungsvorrichtungen
können auch -den Glaskörper umgebende Rohre verwendet werden, die entweder in ihrer
Längsrichtung vom Strom durchflossen oder mittels Hochfrequenz erhitzt werden. Da
sich Rohre aus den jin Frage kommenden Werkstoffen verhältnismäßig schwer herstellen
lassen, können auch geschlitzte Rohre, vorzugsweise mit sich überlappenden Rändern,
aus ebenen Blechen gebogen werden oder eine Reihe von parallel zur Glaskörperoberfläche
ausgespannte Metallbänder benutzt werden.
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Bei der Anordnung nach Fig. 9 ist es nicht notwendig, die Beda_ mpfungswendel
sehr eng zu wickeln, falls die Bewegung des. Glaskörpers mit etwa konstanter Geschwindigkeit
erfolgt, da in diesem Fall trotiz der ungleichmäßigen Bedampfung im Ergebnis eine
gleichmäßige Schicht erzielt wird. Es ist aus diesem Grunde in diesem Fall bei:
der Vorrichtung nach Fig. 9 auch nicht immer notwendig, die Vorrichtung mit Gas
von niedrigem Drück zu füllen, um dadurch eine durch die Streuung bewirkte gleichmäßige
Verteilung des aufdampfenden Metalls zu erzielen. Man kann vielmehr auch in sehr
hohem Vakuum arbeiten.
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Nach 4,°m erfindungsgemäßen Verfahren können mit besonderem Vorteil
Stromeinführungen :durch Gefäßwände aus Glas, insbesondere aus Quarzglas und anderen
hochschmelzenden Gläsern, hergestellt werden. Zu diesem Zweck wird ein: vorzugsweise
zylindrischer Glaskörper m-it beispielsweise kreisförmigem Querschnitt mit einem
Metadlüber.zug, vorzugsweise von weniger .als 2o ,u Dicke und 5 bis 15 mm
Länge vakuumdicht in die Gefäßwand eingeschmolzen und,diebeiden Enden des Metallüberzuges
mit .den, Zuleitungen, bzw. Elektroden verbunden. Gerade bei diesem Anwendungsgebiet
empfiehlt es sich, von dem geschilderten Verfahren zur örtlichen. Verstärkung des
Metallüberzuges Gebrauch zu machen, da @-es wünschenswert :ist, die zum Anschluß
der Zuleitungen bzw. Elektroden dieneniden Enden. zu verstärken bzw. mit einem sie
gegen Oxydation an der Luft schützenden Überzug, beispielsweise aus Rhenium, Iridium
oder Osmium, zu versehen: Wenn .die Aufgabe vorliegt, mehrere Strom-,ei.nführüngen
dicht nebeneinander durch eine Gefäßwand aus Glas hindurchzuführen, können. nach
dem erfindungsgemäßeriVerfähnen auf ein. und:demsellben Glaskörper-mehrere@ beispielsweise
parallel angeordnete; miteinander nicht im Zusammenhang stehende metallische überziige
angebracht und der Glaskörper eingeschmolzen werden. Es können jedoch auch mehrere
ineinandergeschachtelte oder hintereinander angeordnete Metallschichten nach dem
erfindungsgemäßen- Verfahren dadurch hergestellt werdeny daß zunächst ein: Glaskörper
ioä (Fig. 24) mit einem Metallüberzug sog versehen, dann in ein ihn eng umschließendes
Glasrohr iio eingeschmolzen und .dieses Glasrohr nach denn erfindurigsgemäßen Verfahren
mit Metall i i i überzagen wird. Diese beiden koaxialen Leiterschichten können als
Stronneinführungen dienen; die so, hergestelltei Einheit wird gerade so, wie ein
nur mit einer einzigen Metallschicht überzogener Glaskörper in; .die Gefäßwand zig
eingeschmolzen. Zur Erleichterung des Artschlusses der Zuleitungen bzw. Elektroden:
:an ,den: Enden der Metallüberzüge ist es unter Umständen zweckmäßig, dafür Sorge
zu tragen; Uaß jeder Metallüberzug an seinen beiden Enden einen. nicht mit. Glas
überzogenen Teil aufiveist
"d. h. d'aß die Längen der einzelnen
Überzüge und zwischengeschalteten Glasschichten. entsprechend abgestuft sind.. Nach,dem
geschilderten Verfahren können auch mehr als zwei h,intereinan.-der angeordnete
bzw. ineinandergeschachtelte, zur Stromeinführung dienende Schichten herbestellt
werden.
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Als Anschluß für die Stromzuleitungen bzw. die Elektroden wird zweckmäßig
ein den Metallüberzug .des Glaskörpers: umgebender Metallteil, vorzugsweise eine
Schelle oder eine aufgeschraubte Wendel, vorgesehen,.
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Fig. io zeigt eine Ausführungsbeispiel für eine -solche: Abordnung.
Der Glaskörper q.6 ,ist .mit einem Metall:üiberzug 47 versehen, der an, seinen,
beiden Enden bei, 48 in der geschilderten Weise verstärkt ist. Bei dieser Darstellung
ist :der Deutlichkeit hglber die in der Regel weniger als 20 ,u starke 'Metallsch.icht
im Vergleich zu den übrigen Abmessungen außerordentlich stark vergrößert dargestellt.
Die beiden Enden des Metall.üb@erzug es sind von. einer Schelle: 49 b :zw. 5o umgeben,
andienen die Zuleitung 51 bzw. der Halter der Elektrode 52 angeschweißt ist. Das
Einschmelzen des mit .dem Metallüberzug und gegebenenfalls. bereits mit der Elektrode
und: der Zuleitung verbundenen Glaskörpers in die Glaswandung 53 wird zweckmäßig
.in d!er üblichen Weise im Vakuum vorgenommen.. Das ,dem Vakuumraum zugekehrte Ende
dies Metallüberzuges kann, soweit es nicht von :der Schelle bedeckt ist, gegen,
den Lichthogenangriff geschützt werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise die
Schelle mit einem schirmartigen Rand versehen sein oder die, Elektrode 52: so, ausgebildet
werden, ,daß sie praktisch .dien ganzen Ouerschni.tt dies Rohres 54 ausfüllt. Es
können auch zwischen der Elektrode und der zu schützenden. Metallschicht be-,sondere
Schirme untergebracht werden: Während bei diesem Ausführungsbeispiel der Elektrodenhalter
bzw. die Zuleitung mit :den Schellen verlötet oder verschweißt bzw. aus einem Stück
hergestellt war, wird bei, den Anordnungen nach Fig. i i bis 16 durch die Schelle
ein. großflächiger Kontakt mit der Metallschicht hergestellt. und: gleichzeitig
der Zuleitungsdraht bzw-. der Halteidraht oder -streifen der ELekrode von .ihr leitend
berührt und an den Überzug gepreßt. Der mit einem Metallüberzug nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren versehene Glaskörper 55 ist in die Gefäßwand 56 eingeschmolzen, nachdem
er an. seinen beiden Enden mit den Schellen 57 und 58 -umgeben, ist, die die Elektrodenhaltedrähte
59 und -den Zuleitungsdraht 60 gegen. die Schicht pressen. Dabei isst es nicht wichtig,
,daß die nur .als starker Strichdargestellte Metallschicht 61 in einem gut leitenden
Kontakt mit den Drähten 59 und 6o steht. Der leitende Übergang von diesen Drähten
zu der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachten Schicht findet nämlich
an den übrigen Stellen des Umfanges des Glaskörpers statt. Der Strom fließt also
vorzugsweise von. den genannten Drähten zunächst zu !der Schelle und von dieser
an der großflächigen: Kontaktstelle zur aufgebrachten Metallschicht. Die Fig. 13
und' 1q. neigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Schelle 6@2 finit
einer öffnung 63 und: einer Latsche 6@q. versehen ist. Die Lasche wird durch die
Öffnung hindurchgesteckt und' nach hem Strammziehen umgebogen, so daß sie die Drähte
59 stark gegen die Schicht 61 preßt und .dadurch, in der geschilderten Weise den
Stromübergang sicherstellt, den sie vorzugsweise dicht umgeben.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i5 ist eine nicht in sich, geschlossene
Lasche, sondern eine offene Lasche 6,5 vorgesehen. Bei dieser Anordnung muß der
Druck während des Einschmelzens beispielsweise durch den äußeren Überdruck auf die
Lasche ausgeübt. werden, um einen sicheren Kontakt herzustellen.. Diese Anordnung
eignet sich daher, falls nicht eine sehr s.teffe (dicke, breite und harte) Lasche
verwendet wird., vorzugsweise für Stromeinführungen, bei .denen die Eins chmelzung
in die Gefäßwandung, wie Fig. ii zeigt, so, erfolgt, daß auch die Lasche selbst
mit eingeschmolzen ist. Die anderen Anordnungen können ,auch in ähnlicher Weise
wie die in; Fig. io dargestellte, auf frei in den Entladungsraum bzw. in die Atmosphäre
hinaus ragende!n Teilendes Glaiskörpers mit großer Sicherheit angebracht werden.
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Fig. 16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem .die Schelle
66 die zur Elektrode führenden Drähte 67 gegen die Schicht, 61 des Glaskörpers 55
preßt, während der Draht 68, der die Elektrode 69 trägt, von dem Draht 67 in mehreren:
Windungen 70 umgeben: ist. Die Verbindungen: zwischen den Windungen; 70 und,
dem Haltedraht 6,8 kann, durch Klemmen, erfo,rd@er1ich@en.falls: jedoch auch durch
Schweißen, oder Löten: erfolgen.
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Wenn der die Enden dets. Metallüberzuges umgebende Metallteil, wie
in :den Fig. 17 und 18 dargestellt, als aufgeschraubte Wendieln 71, 72 ausgebildet
ist, empfiehlt es sich, diese in einen vorzugsweise zylindrischen Teil 73 bzw. 7¢
geringerem Durchmessers auslaufen zu lassen. Dieser Teil dient entweder zur Aufnahme
eines Körpers 75 aus Aktivicrun:gssto:ffen., oder ist mit solchen Stoffken, überzogen
oder umschließt einen die Elektrode 69 tragenden Stift 68, mit der sie entweder
durch Klemmen oder durch Löten o,d:er Schweißen verbunden ist. In entsprechender
Weise kann die Wendel 74 kleineren. Durchmessers mit der Stromzuleitung 76' verbunden
werden. Auch bei dieser Anordnung kann die Einschmelzung so, vorgenommen werden,
d@aß die aufge,schra"ubten Wendeln 71 bzw. 72 miteingeschmolzen: werden. In,diesem
Fall muß die Erwärmung .des den Glaskörper, die Metallschicht und die Wendeln umgebenden
Glasrohres 77 auf der ganzen: Länge erfolgen., so. .d:aß durch .dien bei der Erhitzung
herrschenden äußeren Überdruck die weiche Glasmasse: auch gegen die aufgeschrumpften
Wendeln. gepreßt wird. Eine vakuumdichte Verbindung entsteht allerdings nur auf
dem mittleren, von den aufgeschraubten Wendeln freien Teil des Metallüberzuges.
Der Einschmel.zvorgang kann jedoch durch Beschränkung der Erhitzung des Rohres 77
auf den .diesen mitt-
1e ren Teil des Glaskörpers 55 umgebendenTeil
auch so geleitet werden; daß die aufgeschraubten Wendel:n nach Beendigung des Ennschmelzvorganges
nicht in Berührung mit- der Innenseite der Wandung .des Rohres 77 stehen. Nach dem
Verschmelzen wird der untere Teil .des Rohres 77, etwa unterhalb von der Wendel
7:2, abgetrennt. Bei dem Ausführüngsb@ei:spiel nach .dien Fig. 11 und 17
ist, sofern die die Schicht umgebenden Metallteile an der dem Vakuumraum zugekehrtem
Seite nach dem Einschmelzen von, der Gefäßwand unmittelbar eng umschlossen werden;
das Anbringen besonderer Abdeckvorrirht urigen oder Schirme zum Schutz des Metallüberzuges
nicht erforderlich, andernfalls kann, wie Fig. 17 zeigt, ein. mit der Gefäßwand
in Verbindung stehender Ring 78 zur Verhinderung des Ansetzens der Entladung an
der nicht bedeckten Metallschicht- vorgesehen werden. Bei der Andrdnung nach Fig.
17 ist das freie Ende 79,der aufgeschraubten Wendel 71 auf eine Länge von einigen
Millimetern in Richtung ;der Lichtbogeniachse abgebogen. An diiesem Ende setzt sich
der Lichtbogen während des Betriebes am.
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Die Eig. 19. bi!s 22 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für Entlädungsgefäße
mit Stromeinführungen, ,die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind.
Auch bei diesen Anordnungen wird der Übergang zwischen der auf den Glaskörper 8o
aufgebrachten. Metallschicht und den Zuleiturngen 82, 8.3 zur Elektrode oder,dem
äußeren Stromkreis mittels den Metallüberzug umgebender Metallteile 84 bzw. 8:5
bewirkt. Die dargestellte Anordnung unterscheidet sich von .den bisher beschriebenen
dadurch, daß der Glaskörper an einem oder (Fig. 2o) an beiden Enden eine Vertiefung
aufweist, in die ein vorzugsweise stabförmi:ger Körper 86 eingeführt äst. Dieser
Stift wird zweckmäßig in. der Bohrung festgekeilt, so. d.aß die an ihm befestigten
Elektroden 87, die aus einer Reihe von über den Stab geschobenen Scheiben aus hochschmelzendem
Metall mit einem Überzug aus Aktivierungs:stoffen bestehen, durch Vermittlung des
Stabes 86 unmittelbar von dem Glaskörper 8o getragen wird. Die zur Verbindung des
Elektrodenhalters:86 dienenden Zuleitungsdrähte 83 sind also von .der Funktion des
Tragens völlig entlastet: Sie dienen, ausschließlich dem Stromtransport und sind
auf dem Stab festgpeklemmt oder mit ihm durch Löten oder Schweißen verbunden.. Bei
dem Ausfiihrungsbeispiel nach Fig. 2o ist das Verkeillen des Elektroden trägers
86 durch den .draht- oder bandförmigen Leiter 8,8 bewirkt, der in eine Bohrung des
Glaskörpers 8o neben dem Elektro,denträ:ger 86 eingeführt .ist. Da auch bei dieser
Anordnung ,die Elektrode von dem Glaskörper unmittelbar getragen wird, ist der verbindende
Leiter 88 von der Funktion -des Tragens völlig entlastet. Es empfiehlt sich auch,
wie in Fig.20 dargestellt ist, den äußeren Stromleiter 89 in derselben Weise mit
.dem Glaskörper so zu verbinden, daß seine Verbindung mit der mach dem erfindungsgemäßen
Verfahren aufgebrachten Schicht mechanisch nicht lreansprucbt wird. Fig.21 zeigt
ails weiteres Ausführungsbeispiel ein Entladungsgefäß, bei dem der nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren mit einer Metallschicht 9o überzogene Glaskörper 91 an dem äußeren Ende
in derselben Weise wie.die Elektrode in Fig. 11 mit der Metallschicht verbunden:
ist, während das dem Vakuumraum zugekehrte Ende .der Metallschicht mit dem Träger
92 der Elektrode 87 über den als beispnelsweüse 2 mm breites und 20 bis 50 ,u starkes
Molybdünb:and ausgebildeten Leiter 93 verbunden ist: Auch bei dieser Anordnung ist
der Stift 92 in der Bohrung des Glaskörpers g1 fest verkeilt. Die Verbindung zwischen
ihm und .dem Metallband 93 kann .beispielsweise durch auf den Träger aufgespi,eßteM.o.lybdänscheibcheng4
erfolgen, die unter Druck fest gegen das Moly!b,dänb@and 93 geschoben sind. Auf
diese Weise- wird ein sehr guter Stromübergang erzielt. Bei dem am anderen Ende
dargestellten Stromanschluß ist das Metallband 9;5 oder ein Draht, beispielsweise
aus Molybdän, von etwa 0,3 bis o,6 mm mit seinen beiden zweckmäßig zugespitzten
Enden. unter die auf .der metallischen Schicht 9o fest aufsitzende Schelle 96 geschoben-.
Die so@ zusammengebaute Einheit von Elektroden nebst Stromeinführung und äußerem
Stromanschluß wird, w'üe@ bereits bei der-Erläuterung der Fig. 17 auseinandiergesetzltd,
unter Vakuum mit der umgebenden Gefäßwand 97 verschmolzen.
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Mit den beschriebenen Stromeinführungenkönnen Ströme :bis zu 5.o Amp,
und mehr vakuumdicht in Entladungsgefäßen aus Glas eingeführt werden. Es ist jedoch
zur Vermeidung von thermischen Überbeanspruchungen, zu empfehlen, "beim Übergang
zu größeren Leistungen nach Möglichkeit nicht .die Schichtdicke, sorndern den Umfang
ider Schicht und damfit die für die Wärmeableitung maßgebende Oberfläche zu vergrößern.
Es hat sich gezeigt, daß besonders zuverlässige Einschnnelzungen erhalten wenden,
wenn der Wert i2 w1B2 D kleiner als 6 ist. In .dieser Formel bezeichnet
i den Strom in Ampere, w den; spezifischen Widerstand eines Kubikzentimeterwürfels
bei .der Betrie#bstempe:r.atur, B den Umfang bzw. die Breite der nach .dem erfindungsgemäßen
Verfahren. hergestellten. Schicht (in Zenrtimerber) und D die Dicke .der erfindungsgemäßen
Schicht (in Zentimeter). Die Temperatur der Schicht liegt ilm Betrieb etwa bei 4oo'".
Der Widerstand -einer Molybidänsch.icht von 4,u Dicke auf einem Quarzstab von ö,4
cm Durchmesser beträgt etwa o,03. Ohm bei einer Metallschicht von .-11 mm Länge.
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Beii der Anordnung nach Fig. 22 ist der Elektro,denträger 92, mit
der Schicht 9o über eine mit ihm fest verbundene, beispielsweise aufgepreßte oder
verschweißte Scheibe 9:8, deren. Durchmesser so !groß gewählt ist, daß die die Metallschicht
umgebende Schelle 9g, die auf dieser unter Preßsitz aufsitzt, an ihrem Außenrand
abei loo einen Druck ausübt. Die Scheibe 98 und die Schelle 99 können auch
warm auf den Elektrodenträger 92 bzw. die Schicht 9o .aufgezogen werden.
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Bei ,der in. Fig. 23,dargestellten Stromeinführung ist der Ansatz
1o1 aus Glas, insbesondere Quarzglas
des Gefäßes ioe nach Üem
erfindungsgemäßen Verfahren, mit einem Metallüberzug 103 versehen, der mit
der Kappe 104 bei 105 verlötet ist. An der Kappe ist der Stromleiter io6 angebracht,
und zwar vorzugsweise, wie dargestellt, durch eine Bohrung durch sie hindurchgeführt
und bei i o7 vakuumdicht mit ihr verlötet.
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Da sich die meisten hochschmelzendem Metalle, beispielsweise Molybdän,
Wolfram und Tantal, nur verhältnismäßig schwer löten lassen, empfiehlt es sich,
für den vorliegenden. Verwendungszweck auf eine, beispielsweise aus Molybdän bestehende
Grundschicht, die an, dem Glaskörper ioi fest haftet, ein weiteres Metall aufzudampfen,
das sich besser als die genannten Metalle verlöten, lassen. Es kann beispielsweise,
falls der Glaskörper aus Quarzglas besteht, (die Aufdampfung einer dünnen Schicht
aus Invarmet.all, d. h. einer Eisen.-Nickel-LPegierun:g mit 64% Eisen und 360/0
Nickel, besonders geeignet sein, weil dieses Metall sich in, dem Bereich zwischen.
o und. 2oo,aC nur außerordentlich wenig ausdehnt, so. daß sowohl das Quarzglas,
,als auch die Haftfesti:gkeiti der aufgedampften Molybdänsch:icht wegen der ebenfalls
geringen Ausdehnung des Quarzglases nur geringfügig beansprucht wird. In diesem
Fall wird auch die Kappe 104 mit Vorteil aus Invar hergestellt. Dabei, ist es zweckmäßig,
die Abmessungen so zu wählen, daß die Kappe mit sehr geringem Spiel über die Schicht
103 geschoben werden kann, da in @diesem Fall das Lot infolge der Kapillarwirkung
besonders gut ;in den feinen Spalt eindringt und eine sichere Lötung gewährleistet.
Die Löturig selbst wird: zweckmäßig im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre
vorgenommen, um eine Oxydation der Metallschicht 103 zu vermeiden.. Bei dieser
Anordnung kann auch von. der weiteren. Ausgestaltung (des erfindungsgemäßen Verfahrens,
nach welchem der Gehalt der auf dien Glaskörper aufgebrachten: Metallschicht sich
in seiner Zusammensetzung von der Glaskörperoberfläche nach .außen hin ändert, beispielswieise
monoton abnimmt, Gebrauch gemacht werden. Während beispielsweise die unterste Schicht
aus reinem Molybdän beisteht; weisen die äußeren Schichten einen zunehmend größeren
Gehalt an, besser lötbarem Metall, beispielsweise Invar, auf. Diese Ungleichförmigke,it
der Zusammensetzung der Schicht Toi kann durch gleichzeitiges zeitlich veränderliches
oder abwechselndes Aufdampfen der verschiedenen in Frage kommenden Metalle bewirkt
werden. Dabei kann. auch das Iniv armetall aus seinen. Bestandteilen unmittelbar
durch Aufdampfung erzeugt werden. Soll der Überzug durch Beidampfung aufgebracht
werden, ,so wird neben der Wendel aus Molybd.än eine Wendel aus Eisen. und eine
Wendel aus Nickel ' vorgesehen, die nacheinander bzw. ganz öder zeitweise gleichzeitig
erhitzt werden. Dias Invarmeta.ll kann auch in. einem Tiegel bis auf seine Verdampfungstemperatur
erhitzt werden. In diesem Fall ruß jedoch durch dauerndes Bewegendes zu überziehenden
Glaskörpers für eine gleichmäßige Bedampfung von allen, Seiten. Sorge getragen werden.
In entsprechender Weise kann bei der Verwendung anderer Legierungen oder anderer
abgestufter Schichten verfahren. werden.