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Verfahren zur Herstellung dichter und widerstandsfähiger Verbindungen zwischen keramischen
Körpern unter sieh oder zwischen keramischen und metallischen Körpern.
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beispielsweise in kolloidaler Form, suspendiert in Alkohol oder Wasser auf die Lötstelle aufstreieht und dann erst die aufzulötenden Metallteile über dem Aufstrich anbringt. Hiedurch braucht bei Erhitzung das Lot nicht erst einen grösseren Weg zurückzulegen, sondern befindet sich bereits an der Lötstelle, wodurch eine gleichmässige Verteilung des Lotes über der ganzen Lötfuge gewährleistet wird.
Als Lot hat man mit guten Erfolgen bei diesem Verfahren Kupferpulver, Kupfer-Zinn-und Kupfer-Zink-L ? gierungen verwendet. Gerade diese Kupfer-Zinn-und Kupfer-Zink-Legierungen haben sich als sehr vorteilhaft erwiesen, da wahrscheinlich durch frühzeitiges Herausdampfen der leichtflüchtigen Komponenten, z. B. Zink, die Lötfugen schon bei niedriger Temperatur durch Sublimation geschlossen werden.
Als weiteres Lötverfahren ist die Tauchlötung zu nennen, die sich besonders bei der Lötung von keramischen Teilen untereinander und mit Metallen bewährt hat.
Bei dieser Tauchlötung sind jedoch eine Reihe von Vorsichtsmassnahmen zu beachten, von denen das Gelingen der Lötung in starkem Masse abhängt. Bei den bisher beschriebenen Lötverfahren bestand die Gefahr der Lunkerbildung, d. h. das Bilden von Gasblasen im Lot. Um die durch das Gasen keramischer Baustoffe im Vakuum auftretende Lunkerbildung im Lötmetall zu verhindern, kann man auch durch Tauchen in flüssiges Metall an freier Atmosphäre keramische Teile metallisieren. Für die Tauchmetallisierung an freier Atmosphäre eignen sich ganz besonders naturgemäss die Edelmetalle, wie z. B. Gold, Silber u. dgl., die auch in flüssigem Zustande vollkommen blank bleiben.
Es ist aber nicht unbedingt erforderlich, Edelmetalle zur Lötung zu verwenden ; es können vielmehr auch unedle Metalle benutzt werden, sofern man nur dafür Sorge trägt, dass keine Oxydation eintritt. Die Oxydation kann beispielsweise dadurch verhindert werden, dass man beispielsweise in einer inerten Atmosphäre arbeitet oder aber das geschmolzene Metall mit einer Schutzschicht in bekannter Weise bedeckt.
Das Verfahren der Tauehlötung kann beispielsweise so vorgenommen werden, dass man zunächst den keramischen Körper erhitzt, u. zw. auf eine Temperatur, die über 3000 C beträgt. Der so erhitzte keramische Körper wird dann in das flüssige Lötmetall, also beispielsweise Silber, getaucht, u. zw. bis zu der Stelle, bis zu der er metallisiert werden soll. Bei diesem Tauchprozess dringt das Lötmetall in die Fugen ein, bei denen die Kapillarkräfte grösser sind als die Kohäsionskraft, bzw. die Oberflächenspannungen des Lotes. Von den andern Stellen tropft das Metall nach dem Herausziehen wieder ab.
Dieses Verfahren wendet man zweckmässig überall da an. wo es darauf ankommt, keramische Teile nur an bestimmten Stellen miteinander zu verbinden. Man kann bei dieser Methode bestimmte Öffnungen mit Metall ausfüllen ; so kann man beispielsweise Löcher von 1 bis 3 mm Durchmesser mit entsprechenden Metallen verschliessen oder sogar ganz ausfüllen. Gerade diese Methode ist für die
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durchführen und die Drähte nach dem Tauchverfahren einlöten. Dieses Tauchverfahren mit nichtbenetzenden Loten kommtalso überall da in Frage, wo man nur partielle Lotungen auf einem keramischen Körper vornehmen will.
Kommt es jedoch darauf an, die ganze Fläche des keramischen Stoffes mit einer dichten Metallschicht zu überziehen, so muss n'an Lote anwenden, welche den keramischen Stoff benetzen. Reines Silber beispielsweise hat im flüssigen Zustand gegenüber keramischen Baustoffen niehtbenetzenden Charakter. So steht beispielsweise Silber in einem keramischen Tiegel mit konvexer Oberfläche. Setzt man jedoch diesem Silber eine geringe Menge, z. B. 1-le Kupfer zu, so ist das flüssige Metall dann benetzend, was man dadurch erkennt, dass im Tiegel die Oberfläche nicht mehr konvex, sondern konkav ist. Taucht man jetzt in die benetzende Flüssigkeit einen vorgewärmten keramischen Körper ein, so wird der ganze Körper nach dem Herausziehen mit Metall bedeckt sein.
In den Fig. 2-4 sind Ausführungsbeispiele für Tauchlötungen dargestellt, u. zw. ist in der Fig. 2 eine Lötung mit einem nichtbenetzenden Lot und in den Fig. 3 und 4 Lötungen mit benetzendem Lot vorgenommen.
In der Fig. 2 stellt 7 ein keramisches Rohr dar, welches bei 8 einen Ansatz besitzt, in welches eine Platte 9 aus keramischem Stoff eingelassen ist. Die zwischen den beiden keramischen Teilen 8 und 9 vorhandene Fuge 10 hat beispielsweise eine Stärke von l/lOmm oder weniger. Taucht man diese Körper in ein nichtbenetzendes Lot, so wird sich nur infolge der Kapillarkräfte die Fuge 10 mit Lot füllen, während der übrige Teil des keramischen Körpers vom Lot frei bleibt. Nach dem Verfahren hat man dann eine vakuumdichte Verbindung zwischen den Teilen 8 und 9.
Bei dem Beispiel nach Fig. 3 ist auf ein keramisches Rohr 11 eine Metallkappe 12 aufgesetzt.
Taucht man nun die so vorbereiteten Teile bis zur Linie AB in ein benetzendes Lot, so bildet sich ein geschlossener Überzug. ?-3 sowohl über der Metallkappe als auch über dem keramischen Rohr 11.
Dieser Körper ist bezüglich seiner Dichtigkeit nur an der Verbindungsstelle 14, bei der die Metallkappe in das keramische Rohr übergeht, beansprucht.
Eine ähnliche Ausführungsform ist in der Fig. 4 gezeichnet. Hier ist ein keramisches Rohr 15 auf eine Metallkappe 16 aufgeschrumpft. Weiter ist ein Metallrohr 17 vorgesehen. Die Stossstellen der Metallkeramik sind durch eine Nickelspirale oder Nickel-Eisen-Spirale 18 bzw. 19 überdeckt,
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u. zw. in der Weise, dass die Hälfte der Spirale auf dem keramischen Körper, die andere Hälfte auf dem Metall aufliegt. Taucht man diesen Körper nunmehr in eine benetzende Flüssigkeit bis zur Linie 1B, so wird die gesamte Oberfläche sowohl des Metalles als auch der Keramik mit einem metallischen Überzug des Lotes versehen.
Die Aufgabe der Spirale ist die, die Dichtungsstelle, die bei Fig. 3 lediglich an der Stelle 14 vorhanden war, auf eine grössere Länge auszudehnen. da nunmehr das Lot einerseits die Metallkappe und die Spirale verlötet, anderseits aber auch Gelegenheit hat, zwischen den einzelnen Windungen der Spirale auf eine grosse Länge durchzudringen und die Spirale mit der Keramik zu verlöten. Im Falle der Verwendung von derartigen Spiralen lassen sich auch nichtbenetzende Lote verwenden, was den Vorteil bietet, dass die nicht zu metallisierenden Stellen 20 zwischen der Kappe und dem Ring vom Metallüberzug frei bleiben, während diese Stellen bei Verwendung eines benetzenden Lotes später durch Schleifen von Metall frei gemacht werden müssen.
Auf Grund dieser oben beschriebenen technischen Möglichkeiten ist man imstande, Vakuumgefässe aus metallischen und keramischen Einzelteilen vakuumdicht zusammenzusetzen.
In der Fig. Ï ist ein Teil eines Metallgleichrichters gezeichnet, bei welchem eine Anordnung - ähnlich der in Fig. 4 beschriebenen- Anwendung findet. Das Metallgefäss 21 enthält einen Deckel 22 mit einem Ring 23, welcher etwa dem Ring 17 der Fig. 4 entspricht. Im Innern dieses Ringes 2. 3 ist ein keramisches Rohr 24 angebracht, welches an seinen Enden eine Kappe 25 trägt. In diese Kappe 25 ist ein Metallstab 26 eingelassen, der als Stromzuleitung und Halterung für die Anode 27 dient. Die Lötung des keramischen Rohres 24 mit dem Ring 2. 3 einerseits und der Kappe 25 anderseits kann genau in der gleichen Weise erfolgen, wie es bei Fig. 3 bzw. 4 beschrieben ist.
Man kann diese Tauchlötung
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Fall ist die Lötung nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung so dauerhaft, dass weitere Hartlötungen an bereits keramisch gelöteten Teilen ausgeführt werden können.
Als weiteres Verfahren kann ein Spritzlötverfahren Verwendung finden, ähnlich dem bekannten
Schoopschen Verfahren. Wichtig ist hiebei jedoch nur, dass der keramische Körper sich auf einer hohen Temperatur befindet. Man hat wohl bisher schon versucht, auf kalten keramischen Stoffen nach dem
Schoopschen Verfahren metallische Überzüge herzustellen. Es gelingt auch tatsächlich, solche Überzüge zu erhalten, jedoch ist die Haftung nur gering, vor allen Dingen ist keine Vakuumdichtigkeit vorhanden. Um eine gute Haftung und Vakuumdichtigkeit zu bekommen, ist es notwendig, den keramischen Stoff während des Aufspritzens auf Schmelztemperatur zu halten. Das Spritzverfahren wird am besten in einer inerten Atmosphäre durchgeführt, damit keine Oxydation des Metallüberzugs erfolgt.
Das Spritzverfahren hat gegenüber den übrigen vorstehend beschriebenen Verfahren den Vorzug, dass ein Metallüberzug an beliebigen Stellen auch ausgedehnter Körper aufgebracht werden kann.
Als letztes Verfahren schliesslich kann man ein Aufstrichverfahren anwenden, bei dem auf dem erhitzten keramischen Körper das flüssige Lot mittels eines Metallpinsels aufgetragen wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung dichter und widerstandsfähiger Verbindungen zwischen keramischen Körpern unter sich oder zwischen keramischen und metallischen Körpern, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zu verbindenden Körper auf eine Temperatur über 3000 C gebracht und dann mit Hilfe eines Hartlotes miteinander verbunden werden.