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Vakuumdichte Verbindung zwischen Metall-und Keramikteilen.
Zur Herstellung vakuumdichter Verbindungen zwischen Metall-und Keramikteilen werden auf der Oberfläche des Keramikteiles gut haftende Metalle, beispielsweise Silber oder Hartlot, verwendet.
Zuverlässige Verbindungen dieser Art können durch gleichzeitige Erhitzung des Keramikteils und der mit ihm zu verbindenden Metallteile hergestellt werden, da in diesem Fall nur in geringem Masse die Gefahr besteht, dass der Keramikteil infolge von ungleichmässiger Erwärmung springt. Besonders zweckmässig ist es, die vakuumdichte Verbindung in einem elektrischen Ofen herzustellen. Dabei bereitet jedoch das Einbringen des Lötmittels Schwierigkeiten, die erfindungsgemäss dadurch umgangen werden, dass an der Stelle der Verbindung ein enger Spalt, der das Verbindungslot enthält, vorgesehen ist und an dessen oberen Ende ein erweiterter Spalt angeordnet ist, der lediglich zur Aufnahme des Lötmittelvorrates vor dem Verschmelzen dient, bei der fertigen Verbindung aber frei von Lot ist.
Es ist bereits bekannt, eine vakuumdichte Verbindung durch eine plankonvexe Lötstelle herzustellen. Eine derartige zum grossen Teil dicke Lötschicht bewirkt aber durch den grösseren thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Lotes gegenüber dem Ausdehnungskoeffizienten der in erster Linie in Frage kommenden keramischen Werkstoffe eine bedeutend grössere mechanische Beanspruchung des Keramikteiles nach dem Erkalten als eine dünne Schicht. Demgegenüber soll nach der Erfindung der obere erweiterte Spalt lediglich zur Aufnahme des Lötmittelvorrates vor dem Verschmelzen dienen, während die eigentliche Verbindung nur innerhalb des engen Spaltes hergestellt wird. Wenn der Lötmittelvorrat so bemessen wird, dass nur der enge Teil des Spaltes ausgefüllt ist, besteht praktisch keine Gefahr, dass durch die von dem Lötmittel ausgeübten Kräfte Keramikteile zerstört werden.
Die erfindungsgemässe vakuumdiehte Verbindung kann derart hergestellt werden, dass zunächst der Lötmittelvorrat in dem oberen erweiterten Teil des Spaltes, vorzugsweise in einer Aussparung des Metallteiles untergebracht wird. Dann werden die Teile zusammengesetzt und in der richtigen Lage derart erhitzt, dass das Lötmittel in den engen Teil fliesst.
Auf der dem Vakuum zugekehrten Seite der Lötstelle muss in manchen Fällen eine zusätzliche Dichtung vorgesehen werden, um das Lötmittel gegen den Gas-oder Dampfgehalt des Vakuumgefässes zu schützen. Es besteht beispielsweise bei Quecksilberdampfgleichrichtern die Gefahr, dass das Lötmittel durch Quecksilberdämpfe angegriffen wird. Zum Schutze gegen einen solchen Angriff können Dichtungsmittel, wie beispielsweise Asbest, in einer Vorlage untergebracht werden. Als besonders zweckmässig hat es sich erwiesen, zur Herstellung dieser Dichtung, an die wegen des geringen Druckunterschiedes nur verhältnismässig geringe Anforderungen gestellt werden müssen, einen Werkstoff zu wählen, der bei höherer Temperatur in einen glas-oder emailleähnlichen Zustand übergeht.
Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Gemisch von Talkum und Borax verwendet werden. Um eine Verunreinigung des Lötmittels durch diesen Werkstoff zu vermeiden, können sie oberhalb des Vorratraumes für das Lötmittel, beispielsweise in einer besonderen Rinne im Metall-oder Keramikteil untergebracht werden. Durch Erhitzen werden sie zum Schmelzen gebracht, so dass eine gegen Metalldampf dichte Verbindung zwischen dem Metall und dem Keramikteil entsteht.
Die Abbildung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in zum Teil schematischer Darstellung. Der beispielsweise aus dem keramischen Material Frequenta bestehende Isolator 1 ist mit
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dem Stromleiter 2 unter Zwischenfügung des mit ihm verschraubten Teiles 3 einerseits und mit der metallischen Gefässwand 4 anderseits durch die rohrförmigen Metallteile 5 und 6 verbunden. Zwischen den Teilen 1, 5 bzw. 6 ist ein weiter Spalt 7 und ein enger Spalt 8 vorgesehen. In dem Teil 7 wird, wie beschrieben, der Lötmittelvorrat, beispielsweise Silber, untergebracht. Dieser Spalt ist beispielsweise l ms : weit. Der darunterliegende enge Spalt 8 wird mit Vorteil etwa 0'2 mm weit gewählt.
Durch Erwärmen der Metallteile und des Isolators wird das Lötmittel zum Schmelzen gebracht, so dass es in den Spalt 8 fliesst und dort nach dem Erkalten erhärtet. Zum Schutze der Lötstelle gegen den Gasgehalt des Vakuumgefässes ist in den Rillen 9 bzw. 10 ein, beispielsweise aus Talkum und Borax bestehendes
Gemisch untergebracht, das bei der Erhitzung so weich wird, dass es eine gegen den Gasgehalt ausreichend dichtende Verbindung zwischen dem Keramikteil und dem Metallteil herstellt. Um eine Verunreinigung des Lötmittels zu vermeiden ist es im allgemeinen zweckmässig, vor dem Einbringen des Lötmittels diesen Schutzstoff durch Schmelzen in eine Form zu bringen, die an dem Metallteil haftet und nicht mehr staubt. An Stelle von Talkum und Borax können auch andere Emaille-oder Glasmassen verwendet werden.
Unter Umständen ist es zweckmässig, diesen Schutzstoff auch dann auf dem Keramikteil anzubringen, wenn die für die Aufnahme des Lötmittels bestimmte Vertiefung nicht im Keramikteil, sondern im Metallteil vorgesehen ist. Besonders bewährt hat es sich, die Oberfläche des Isolators und des Metallteils vor dem Zusammensetzen in der Umgebung der Rillen 9 und 10 mit einem glas-oder emaille- ähnlichen Überzug zu versehen, da in diesem Fall sehr leicht durch Erwärmen eine ausreichend dichtende Verbindung zwischen den beiden Teilen hergestellt wird, ohne dass sehr viel höhere Temperaturen erforderlich wären, als zum Schmelzen des Lotes angewandt werden müssen.
Da sich die Rohre 5 und 6 beim Erhitzen stärker ausdehnen als das Keramikrohr 1, vergrössert sieh im Ofen durch Erhitzen der Spalt 8. Es ist daher im allgemeinen nicht notwendig, die Abmessungen des Keramikteils und der Rohre so zu wählen, dass auch im kalten Zustand ein Spalt von etwa 0'2 mm vorhanden ist. Damit der Spalt nicht zu gross wird, so dass die Gefahr besteht, dass das gesamte Lötmittel unten aus dem engen Spalt herausläuft, empfiehlt es sich, die Rohre, statt aus Eisen, aus einer Eisen-Nickel-Legierung herzustellen, deren Ausdehnungskoeffizient von dem des keramischen Teils möglichst wenig abweicht.
Die Wandstärke des Metallrohres sollte möglichst gering gewählt werden, beispielsweise 0'5 bis 2 mm, damit die durch die Schrumpfwirkung auftretenden Kräfte nicht den Isolator zerstören können. Die Herstellung der Schweissverbindung zwischen den Teilen 3 und 5 bzw. 4 und 6 bei 11 und 12 bereitet keine Schwierigkeiten, wenn durch entsprechende Formgebung und durch Kühlung während des Sehweissens dafür Sorge getragen wird, dass nach dem Erstarren des Lötmittels die Metallteile keine so hohe Temperatur annehmen, dass die Dichtungsstellen bei 9 und 10 gefährdet werden.
Da das Verfahren gemäss der Erfindung im elektrischen Ofen, beispielsweise in einem Schutzgas ausgeübt werden kann, besteht zudem die Möglichkeit, die Sehweissstellen bei 11 und 12 vor der Herstellung der Lötverbindungen bei 8 und der Schutzdiehtungen 9 und 10 herzustellen, da die später mit dem Vakuumra. um in Verbindung stehenden Metallteile in diesem Fall blank und sauber bleiben.
Die vorherige Herstellung der Schweissverbindung 11 bietet den Vorteil, dass das Metallrohr 5 in der richtigen Lage gehalten wird. Die Abstützung kann entweder, wie in der Figur dargestellt, mit Hilfe der Scheibe 13 oder mit Hilfe einer Schulter am Rohr 5 vorgenommen werden. Am unteren Ende wird das Keramikrohr 1 mit Hilfe des Sprengringes 14 am Rohr 6 abgestützt. Eine ähnliche Anordnung kann auch für die Abstützung des oberen Rohres 5 benutzt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vakuumdichte Verbindung zwischen Metall-und Keramikteilen mittels eines vorzugsweise metallischen Lötmittels, wobei an der Stelle der Verbindung ein enger Spalt, der das Verbindungslot enthält, vorgesehen ist und an dessen oberem Ende ein erweiterter Spalt angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der erweiterte Spalt lediglich zur Aufnahme des Lötmittelvorrates vor dem Verschmelzen dient, bei der fertigen Verbindung aber frei von Lot ist.