AT202056B

AT202056B - Verfahren zum Verbinden keramischer Gegenstände meteinander oder mit Metallgegenständen

Info

Publication number: AT202056B
Application number: AT264154A
Authority: AT
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1953-05-12
Filing date: 1954-05-10
Publication date: 1959-02-10

Description


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  Verfahren zum Verbinden keramischer Gegenstände miteinander oder mit Metallge- genständen 
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden keramischer Gegenstände miteinander oder mit Metallgegenständen. 



   Zu diesem Zweck wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen, bei denen die keramischen Gegenstände mit einer Metallschicht, meist einer durch Aufbrennen einer Suspension oder einer Lösung einer Silberverbindung erzielten Silberschicht, versehen wurden und darauf die Verbindung durch Löten hergestellt wurde. Ein Nachteil dieser Verfahren ist der, dass beim Löten besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen, damit die aufgebrachten Metallschichten nicht zu sehr im Lot gelöst werden. Ein weiterer Nachteil ist der, dass, soferne nicht hochschmelzende Metalle, beispielsweise Eisen, für die Zwischenschicht Verwendung finden, für das Herstellen der Verbindung nur sogenanntes Weichlot, beispielsweise ein Blei-Zinngemisch, in Frage kommt und infolgedessen die mechanische Stärke und die Wärmebeständigkeit der Verbindung für viele Anwendungen zu gering sind.

   Die Verwendung eines hochschmelzenden Metalls, beispielsweise Eisen, für die Zwischenschicht, macht es zwar möglich, Hartlot zu verwenden und auf diese Weise die Wärmebeständigkeit und die mechanische Stärke zu verbessern, aber in diesem Falle stellt die notwendige Verwendung einer reduzierenden Gasatmosphäre eine zusätzliche Schwierigkeit beim Ausüben des Verfahrens dar. 



   Anderseits sind auch Verfahren bekannt, bei denen die keramischen Gegenstände nicht zuvor mit einer Metallzwischenschicht versehen werden, sondern die Verbindung unmittelbar durch Zwischenschaltung einer schmelzbaren Schicht hergestellt wird. Von diesen Verfahren ist insbesondere dasjenige, bei dem Titanhydrid oder Zirkonhydrid zum Verbinden Verwendung finden, bekannt geworden, weil sich hiebei sehr starke, vakuumdichte Verbindungen ergeben, die verhältnismässig hohe Temperaturen vertragen. Ein Nachteil ist jedoch, dass die erforderliche Erhitzung in einer nichtoxydierenden Atmosphäre, beispielsweise in Wasserstoff, oder im Vakuum bei Temperaturen zwischen 8000 und   1200 C   durchgeführt werden muss. 



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von keramischen Gegenständen miteinan- der oder mit Metallgegenständen durch unmittelbar mit der Keramikoberfläche abbindende Metallschmelzflüsse, wobei die zu verbindenden Teile hohen Temperaturen ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus einerseits fein verteiltem Silberoxyd und/oder Silber und anderseits fein verteiltem Kupferoxyd und/oder Kupfer zwischen die Gegenstände gebracht und in einer nicht reduzierenden Atmosphäre, die im Falle der Verwendung von Kupfer in metallischer Form oxydierend sein muss, über   9450 erhitzt   wird. 



   Das Verfahren kann bei keramischen Gegenständen stark unterschiedlicher Zusammensetzung durchgeführt werden, beispielsweise Porzellan, Steatit, Forsterit und Materialien auf Titanoxydoder Zirkonoxydgrundlage, auch in Form von Titanaten und Zirkonaten. Auch kann das Verfahren bei Gegenständen Verwendung finden, die aus halbleitenden Stoffen bestehen, wie Siliziumcarbid und gesinterten Widerstandsmaterialien, beispielsweise auf Grundlage von   FeOg   mit einem Gehalt von wenigen Prozenten Ti02 und weiter bei Gegenständen aus magnetischen Ferriten, beispielsweise Zinnferrit und Eisenverbindungen mit hexagonaler Struktur, beispielsweise BaO. 6   Fie203.   



  Eine Bedingung ist nur, dass die keramischen Materialien die erwähnten hohen Temperaturen in einer nicht reduzierenden Atmosphäre vertragen können. 



   Des weiteren können gemäss der Erfindung stark unterschiedliche Metalle mit keramischem Material verbunden werden, beispielsweise Silber, Kupfer, Nickel und Chromnickel-, Chromeisenund Nickeleisenlegierungen. 



   Gemäss der Erfindung lassen sich sehr feste, vakuumdichte Verbindungen erreichen, die mit denjenigen, die mit Hydriden von Titan und Zirkon erzielt werden, gleichwertig sind. Die hohe Güte der erzielten Verbindungen scheint vorwiegend eine Folge der starken Netzwirkung des Kupferoxyds bzw. der sich ergebenden   Ag-CugO-LegIe-   rungen auf keramische Materialien und Metalle zu sein. Bei der Erfindung macht es wenig aus, ob das Silber in Form von Metall oder von Oxyd Verwendung findet, weil Silberoxyd bei Erhitzung stets in Metall und Kupfer bei oxydierender Erhitzung in Oxyd umgewandelt wird. 

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   Der   CuO-GehaIt   des Gemisches hat einigen Einfluss auf das Ergebnis. Wenn dieser Gehalt niedrig ist, ist die Benetzung und somit die Haftfähigkeit geringer. Bereits bei einem Gewichtsverhältnis der Bestandteile berechnet auf   AgO : Cu O   = 100 : 1 lässt sich eine ausreichende Verbindung erreichen. Die besten Ergebnisse werden erzielt bei Verwendung von Gemischen mit einem Gewichtsverhältnis   AgO : Cu O   zwischen   20 : 1   und 10 : 1. 
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 Eutektikum bildet, wird bei Verwendung eines hohen   CuO-Gehaltes   die mechanische Stärke infolge des Vorhandenseins von vielem freien Cu2O in der Verbindungsschicht verringert. Gemische, bei denen das Verhältnis   Ag20 : CU20   geringer ist als 2 : 1, liefern für die Praxis zu schwache Verbindungen. 



   Das feinverteilte Gemisch der Bestandteile kann beispielsweise mit Hilfe einer Nitrozelluloselösung in einem Gemisch von Butylazetat und   Xthylaze-   tat zu einer Paste verarbeitet werden. Auch ist es möglich, das Pulver einfach mit Wasser gemischt zu verarbeiten. Die Paste, die beispielsweise auf 100 Teile   Ag20 10   Teile   CU20   enthält, wird dann zwischen die zu verbindenden Gegenstände gebracht. Nach Erhitzen auf eine Temperatur von beispielsweise   950-1000 C,   beispielsweise in Luft, fliesst die gebildete   Ag-Cu20-Legierung   und ergibt nach dem Abkühlen eine Verbindung hoher Güte.

   Die Erhitzung kann auch im Vakuum, in Stickstoff oder einer andern nicht reduzierenden Atmosphäre durchgeführt werden, die jedoch in den Fällen, in denen das Kupfer in metallischer Form im Gemisch vorhanden ist, stets hinreichend oxydierend sein muss, um das Kupfer in Cu2O umzuwandeln. 



   Soll eine metallene Stromzuleitung, beispielsweise ein Kupferstab, mit einem   Halbleiterwider-   stand verbunden werden, dei dadurch erreicht ist, dass ein Gemisch aus Fe20 und etwa   I'Vo TiO ; ;   während einer Stunde in Luft auf eine Temperatur von   1220 C   erhitzt ist, so kann wie folgt verfahren werden. Eine geringe Menge einer auf 100 Teile   Ag20   5 Teile Cu2O enthaltenden Paste wird auf dem Metallstab gerade zum Schmelzen gebracht. Der Widerstand, der an der Stelle, an der die Stromzuleitung angebracht werden muss, erhitzt ist, wird darauf mit der Schmelze in Berührung versetzt. Nach dem Abkühlen ergibt sich dann eine feste, gut leitende Verbindung.

   Andere Gemische, mit denen verwendungsfähige Verbindungen erzielt werden, enthalten, auf die Oxyde berechnet, auf je 100 Gewichtsteile   AglO   beispielsweise 1, 3,7, 20 und 30 Gewichtsteile   Cru, 0.   



   Vollständigkeitshalber sei darauf hingewiesen, dass bereits vorgeschlagen wurde, Metallschichten auf keramischen Gegenständen anzubringen, dadurch, dass die Gegenstände mit einem Gemisch aus Silberoxyd und bzw. oder Silber und Kupferoxyd und bzw. oder Kupfer überzogen wurden und dann in einer nichtreduzierenden Atmosphäre erhitzt wurden.

   Angesichts der Tatsache, dass die üblichen Metallisierungsmassen zum Herstellen unmittelbarer Schweissverbindungen, also ohne Verwendung von Lot, nicht geeignet sind, war jedoch nicht zu erwarten, dass die vorstehend vorgeschlagene Metallisierungsmasse hiezu wohl geeignet sein würde, und dass auf diese Weise Verbindungen besonderer Güte zwischen keramischen Gegenständen oder zwischen keramischen und Metallgegenständen erzielt werden könnten.
Weiterhin war es schon bekannt, dass eine unmittelbare Verbindung an Keramikteilen mittels Kupferlegierungen oder Silberlegierungen die als Bestandteil Si, Mn, B, Sn, Li oder P enthalten, wobei in einer oxydierenden Atmosphäre gearbeitet wird, hergestellt werden kann. Es bilden sich dabei in Metall und Keramik lösliche Verbindungen wie Mangansilikat, die eine Benetzung der Verbindungsstelle herbeiführen.

   Bei der Erfindung wird jedoch von der   Netzwirkung   von Kupfer oxyd Gebrauch gemacht. Auch war es schon bekannt, eine unmittelbare Verbindung unter Anwendung von Kupfer-Silberlegierungen zu erzielen. Auch dort wird wie bei der Erfindung feinverteiltes Pulver an der Lötstelle vorgesehen. Abgesehen davon, dass dabei eine inerte oder reduzierende Atmosphäre verwendet wird, damit keine Oxydation eintritt, ist auch die Bildung von   Kano-   feroxyd in diesem Fall sehr unwahrscheinlich, weil die verwendeten Kupfer-Silber-Legierungen auch in feinverteilter Form viel schwieriger oxydiert werden als das bei der Erfindung im Gemisch mit Silber oder Silberoxyd zu verwendende Kupferpulver. 



   PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Verbinden von keramischen Gegenständen miteinander oder mit Metallgegenständen durch unmittelbar mit der Keramikoberfläche abbindende Metallschmelzflüsse, wobei die zu verbindenden Teile hohen Temperaturen ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus einerseits fein verteiltem Silberoxyd und/oder Silber und anderseits fein verteiltem Kupferoxyd und/oder Kupfer zwischen die Gegenstände gebracht und in einer nicht reduzierenden Atmosphäre, die im Falle der Verwendung von Kupfer in metallischer Form oxydierend sein muss, über   9450 erhitzt   wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch mit einem Gewichtsverhältnis der Bestandteile berechnet auf AgO : Cu O zwischen 20 : 1 und 10 : 1 Verwendung findet.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung in Luft durchgeführt wird.