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Verbundmaterial
Die Erfindung betrifft ein zusammengesetztes bzw. Verbundmaterial, insbesondere ein zusammengesetztes Material mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten, das zur Herstellung einer luftdichten Verbindung, insbesondere zwischen Metall und Glas, geeignet ist und auch bei hohen Temperaturen oxydationsbeständig ist, so dass das Material anschliessend mit andern Metallkomponenten kalt geschweisst werden kann.
Zur Herstellung von Verbindungen zwischen Glas und Metall sind bereits verschiedene nickelreiche Legierungen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten bekannt. Einige dieser Legierungen sind z. B. unter den Handelsbezeichnungen Invar, Kovar und Niron erhältlich. Invar ist eine allgemeine Typenbezeichnung für eine Legierung, die z. B. aus 0, 8 Gew.- Kohlenstoff, 0, 45 Gew.-% Mangan, 42, 2 Gel.-% Nickel, Rest Eisen, besteht. Niron ist eine Handelsmarke der Firma Wilbur B. Driver Co. und bezeichnet eine Nickel-Eisen-Legierung, speziell mit 46 Gew. -0/0 Nickel und 54 Gel.-% Eisen. Kovar ist eine Handelsmarke der Firma Westinghouse Electric Corp. und bezeichnet eine Legierung, die z.
B. aus 20 Gew.-% Nickel, 17 Gew.-% Kobalt und 0,2 Gew.-% Mangan, Rest Eisen, besteht. Obwohl diese Legierungen zur Herstellung eines dichten Abschlusses zwischen Glas und Metall geeignet sind, unterliegen sie bei höheren Temperaturen einer Oxydation, so dass es nicht möglich ist, sie anschliessend noch wirksam mit andern Metallkomponenten kalt zu schweissen. Zur Verhütung eines schädlichen Ausmasses einer solchen Oxydation wurde bereits vorgeschlagen, derartige nickelreiche Legierungen mit einem Goldüberzug, z. B. einem 24-karätigen Goldüberzug, zu versehen. Der Nickel- oder Eisenanteil derartiger Legierungen, z. B. der Nironlegierung, weist jedoch gegenüber Gold in festem Zustande eine ausgeprägte Löslichkeit auf, wobei das Nickel bzw.
Nickel und Eisen in die Goldschicht eindiffundieren und im gegebenen Falle die Aussenfläche erreichen, auf welcher nun Oxydation eintritt. Für bestimmte elektrische Anwendungszwecke werden z. B. goldverkleidete Niron-Drähte mit einem Ende in einer pulverförmigen Glasmasse eingebettet und in Luft auf etwa 7040C während etwa 30 min erhitzt, um eine Bindung bzw. einen Abschluss zwischen den überzogenen Drähten und dem Glas herzustellen. Ein solcher verkleideter Draht kann beispielsweise in Form eines flachen Bandes von 0,08 mm Dicke und 0,38 mm Breite vorliegen, wobei die Dicke des Goldüberzuges etwa 0,008 mm beträgt.
Wird ein solcher Draht dem obigen Wärmebehandlungszyklus unterworfen, so diffundieren Eisen und Nickel aus dem Nironkern in die Goldverkleidung ein und erreichen gelegentlich die Aussenfläche dieses Überzuges, auf welchem dann die Oxydation dieser Grundmetalle stattfindet, so dass der Überzug seine hellgelbe Farbe verliert und sich mit einer braunen bis schwarzen Oxydschicht überzieht. Diese Oxyde sind unerwünscht, weil sie das spätere Kaltanschweissen von andern Komponenten an die aus der Glaskapsel herausragenden Teile des verkleideten Drahtes stören. Dieser Zustand erfordert daher das Aufbringen eines Gold- überzuges durch Elektroplattierung auf dem verfärbten verkleideten Draht, ehe der Schweissvorgang vorgenommen wird.
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Das erfindungsgemässe Verbundmaterial enthält einen Metallkern, der aus einer Nickellegierung, z. B. einer Legierung gebildet ist, die aus 49, 0 Gew.-% Nickel, 0,1 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen, oder aus 42. 5 Gew. -0/0 Nickel, 5, 7 Gew.-% Chrom, 0,1 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen, oder aus der als Niron bekannten Nickel-Eisen-Legierung bzw. den als Invar und Kovar bekannten Legierungen besteht. Der Kern ist mit einem Überzug aus einer Gold-Silber-Legierung verkleidet, die 10-75 Gew.-'%) Gold enthält, wobei eine bevorzugte Legierung aus 58, 3 Gew... ufo Gold und 41, 7 Gew.-% Silber besteht.
Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, ist das Kernmaterial an sich zwar als Abdichtung mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten bei Einführungsdrähten für Glaskapseln, Lampen od. dgl. geeignet, jedoch oxydationsanfällig. Selbst wenn es mit einer Goldschicht überzogen wird, ist ein solches goldverkleidetes Material, wie bereits angegeben, noch immer oxydationsanfällig, weil Nickel und Eisen in die Goldverkleidung eindiffundieren.
Obwohl die Grundmetalle in Gold in festem Zustande löslich sind, sind sie in Silber in festem Zu-
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des Silbers in der Gold-Silber-Legierung ist, wenn das verkleidete Material während längerer Zeiträume hohen Temperaturen wie etwa 6500C ausgesetzt wird.
Beispiel : Es wurde ein Rohr aus einer Goldlegierung mit 58, 3Ufo Gold und 41, 7Ufo Silber hergestellt. Ausserdem wurde ein Rundstab aus Nironlegierung vorbereitet. Dieser Stab wurde in das Rohr aus der Goldlegierung eingeführt und die Komponenten unter Wärme- und Druckanwendung miteinander verbunden. Der erhaltene Verbundstab wurde anschliessend gesenkgeschmiedet, gezogen und zu einem flachenBand von 0, 08 mm Dicke und 0, 38 mm Breite gewalzt.
Dieser Verbundstreifen wurde mit einem Ende in einer pulverförmigen Glasmasse eingebettet und an der Luft auf 6490C erhitzt, u. zw. in verschieden langen Zeitabschnitten für den einzelnen Behandlungszyklus, mit einer Dauer bis zu 30 min pro Zyklus ; in gleicher Weise wurde ein solcher Streifen auch bei 704 C in verschieden langen Zeitabschnitten, wieder bis zu 30 min für den einzelnen Zyklus, behandelt, An den Enden des Streifens bzw.
Bandes wurden infolge des Schmelzens des Glaspulvers Glasperlen gebildet. In allen Fällen liess nicht die geringste Verfärbung der Goldverkleidung feststellen, ganz unabhängig von der Behandlungstemperatur und-dauer. Für praktische Zwecke soll der Silbergehalt der Legierung mindestens bei 25 Gew.-) liegen und bis zu etwa 90 Gew.-% betragen, um eine ausreichende Oxydationsbeständigkeit zu gewährleisten.
Erfindungsgemäss werden verschiedene Goldverkleidungen angewendet, deren Zusammensetzung in den vorstehend angegebenen Bereich fällt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verbundmaterial zum Einbetten in Glas und zur Herstellung einer Bindung zwischen Glas und
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Silber und 75 - 10 Gew.-% Gold enthält.