AT394151B - Verfahren zum herstellen einer verbindung zwischen werkstoffen, von welchen wenigstens einer ein keramikwerkstoff ist - Google Patents
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Description
AT 394 151 B
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen Werkstoffen, von welchen wenigstens einer ein Keramikwerkstoff ist, wobei ein metallisches Lot, beispielsweise auf Silber- oder Kupferoder Blei- oder Zinn- oder Nickelbasis, in den Bereich der zu verbindenden Flächen der Werkstoffe gebracht und, vorzugsweise im Vakuum, auf Schmelztemperatur erwärmt wird, so daß es in einen Spalt zwischen den zu verbindenden Flächen der Werkstoffe eintritt, und anschließend die so miteinander verbundenen Werkstoffe abgekühlt werden.
Es ist bereits bekannt, Keramikwerkstoffe untereinander oder mit metallischen Werkstoffen durch metallische Lote zu verbinden. Die Schwierigkeit dabei besteht darin, daß das metallische Lot nicht ohne weiteres mit dem keramischen Werkstoff eine Verbindung eingeht. Es müssen daher diesbezüglich Vorkehrungen getroffen werden.
So ist es bereits bekannt, eine Paste, bestehend aus einem Molybdänpulver, einem Manganpulver und einem organischen Binder, mittels Siebdruck oder durch Pinselauftrag auf die zu verbindende Fläche des Keramikwerkstoffes aufzubringen und bei hoher Temperatur in einer Wasserstoffatmosphäre aufzusintem. Anschließend wird die derart gebildete Schicht vernickelt und geglüht, worauf auf diese Schicht mit handelsüblichen Loten, beispielsweise auf Silber- oder Kupfer- oder Blei- oder Zinn- oder Nickelbasis gelötet werden kann. Es liegt auf der Hand, daß dieses Verfahren infolge der zahlreichen durchzuführenden Verfahrensschritte umständlich und teuer ist. Außerdem weist dieses bekannte Verfahren den Nachteil auf, daß mit diesem Verfahren Nichtoxydkeramiken und hochreine Oxydkeramiken mit einem SiC^-Gehalt unter 2 % nicht verarbeitet werden können.
Es ist weiters bekannt, auf die zu verbindenden Flächen der Keramikwerkstoffe metallische Schichten aufzudampfen, auf welche dann mit handelsüblichen Loten gelötet werden kann. In der Regel wird zunächst eine Haftschicht, vorzugsweise aus Chromoxyd, auf den Keramikwerkstoff aufgedampft und es werden in der Folge eine oder mehrere weitere Metallschichten aus Kupfer, Silber, Gold oder Nickel aufgebracht, die in weiterer Folge noch chemisch oder elektrochemisch verstärkt werden können. Auch hier werden zahlreiche Verfahrensschritte benötigt, diese Vorgangsweise ist somit gleichfalls kostenintensiv.
Ein weiteres bekanntes Verfahren ist das sogenannte Aktivlötverfahren. Hier werden Lote, zumeist auf Silberbasis, verwendet, die Legierungszusätze von 1 bis 3 Gew.-% Titan enthalten und in Folien oder Drahtform angewendet werden. Diese Lote eignen sich zum direkten Löten von Keramikwerkstoffen, so daß keine vorbereitenden Maßnahmen an diesen Keramikwerkstoffen getroffen werden müssen. Nachteilig ist jedoch, daß diese bekannten Lote schlechte Fließeigenschaften aufweisen. Bei Anwendungen, wo das Lot nicht direkt im Spalt zwischen den zu verbindenden Flächen positioniert werden kann, ist es nicht möglich, eine optimale Lötverbindung zu erreichen, da die Lotlegierung nicht in den Spalt einzudringen vermag. Vielmehr reichert sich das im Lot legierte Titan unmittelbar dort an, wo das Lot positioniert wurde, sodaß keine Benetzung der gesamten Verbindungsfläche mit der Titan enthaltenden Lotlegierung gewährleistet ist. Vor allem bei kleinen Werkstoffen und engen Spalten ist daher dieses Verfahren nicht verwendbar.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Herstellen einer Lötverbindung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches einfach arbeitet und bei dessen Anwendung eine Benetzung der gesamten Verbindungsfläche mit einem Lot gewährleistet ist, welches ein direktes Löten von Keramikwerkstoffen ermöglicht. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß vor dem Erwärmen des Lotes in den Spalt zwischen den miteinanderzu verbindenden Flächen der Werkstoffe eine Aktivkomponente aus Titan und/oder Zirkonium und/oder Hafnium und/oder Vanadium und/oder Chrom, vorzugsweise in Folienform, eingebracht wird, die beim Schmelzen des Lotes mit diesem eine Legierung bildet, welche sich mit dem Keramikwerkstoff verbindet Der Unterschied gegenüber dem bekannten Verfahren der zuletzt beschriebenen Art besteht somit darin, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren kein Lot verwendet wird, das Titan oder ein ähnliches Element als Legierungsbestandteil bereits enthält, sondern daß dieses Element gesondert in den Spalt zwischen den miteinander zu verbindenden Flächen der Werkstoffe in Folienform eingelegt wird, sodaß erst beim Schmelzen des üblichen, nicht einen solchen Legierungsbestandteil aufweisenden Lotes, welches daher ungehindert in den Spalt eindringt, die Lotlegierung mit dem Titan od. dgl. gebildet wird. Dadurch wird eine Benetzung der gesamten Verbindungsfläche des Keramikwerkstoffes sichergestellt, sodaß eine einwandfreie Verbindung hergestellt wird, ohne daß die Verbindungsfläche des Keramikwerkstoffes einer Vorbehandlung unterzogen, also insbesondere metallisiert werden muß, bevor die Lötverbindung hergestellt wird. Die Durchführung des Lötprozesses kann in einem einzigen Arbeitsvorgang erfolgen. Ferner weist das erfindungsgemäße Verfahren den wesentlichen Vorteil auf, daß es vor allem auch bei sehr klein dimensionierten Bauteilen einfach angewendet werden kann. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch bei der Herstellung von Verbindungen aus Oxyd- und Nichtoxydkeramiken untereinander oder mit metallischen Werkstoffen geeignet.
Zweckmäßig ist es, wenn das metallische Lot, vorzugsweise in Folien- oder Drahtform, außerhalb des Spaltes angeordnet wird und beim Schmelzvorgang durch Kapillarwirkung in den Spalt gelangt. Das Lot und die Aktivkomponente sind somit zunächst voneinander getrennt und das Lot gelangt erst beim Schmelzvorgang mit der Aktivkomponente in Berührung, sodaß ein geregelter Legierungsprozeß abläuft.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß dafür Sorge getragen werden, daß nach Ablauf des Legierungsprozesses das richtige Legierungsverhältnis vorliegt. Um dies zu gewährleisten, ist nach einem weiteren Verfahrensschritt die Spaltbreite und die Stärke der im Spalt eingebrachten Folie der Aktivkomponente so zu wählen, daß der Anteil dieser Aktivkomponente in der sich beim Schmelzvorgang des Lotes bildenden Legierung -2-
Claims (6)
- AT 394 151B 5 Gew.-% nicht überschreitet. Durch einfache Dimensionierung von Spaltbreite und Folienstarke läßt sich somit das erforderliche Legierungsverhältnis ohne Schwierigkeit»! einstellen. Als zweckmäßig für den Ablauf des Legierungsvorganges hat es sich erwiesen, wenn die Löttemperatur so eingestellt wird, daß diese 20 °C bis 50 °C über der Liquidustemperatur, das ist jene Temperatur, bei welcher alle Stoffe, aus welchen das Lot besteht, sich in geschmolzenem, also flüssigen Zustand befinden, des aus mehreren Stoffen bestehenden Lotes liegt Zum gleichen Zweck hat es sich als günstig »wiesen, wenn eine Temperatursteigerung des Lotes um 10 °C bis 20 °C pro Minute vorgenommen wird. Bei Verwendung von Loten mit Komponenten, welche einen geringen Dampfdruck aufweisen, ist es von Vorteil, vor dem Schmelzvorgang mit Argon oder Helium, vorzugsweise bis zu einem Druck zwischen 200 und 500 mbar, zu fluten. In der Zeichnung ist die Erfindung anhand zweier Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulicht. Die Fig. 1 und 2 zeigen hiebei jeweils die Anordnung zweier zu verbindend» W»kstoffe und d» für die Verbindung benötigten Stoffe unmittelbar vor dem Lötvorgang. Die Ausführungsform nach Fig. 1 zeigt die Verbindung eines Metallrohres (1) mit einem Keramikbauteil (2) . Das Metallrohr (1) ist hiebei in eine Bohrung des Keramikkörpers (2) derart eingesetzt, daß zwischen der Außenwand des Metallrohres (1) und der Wand der Bohrung ein Spalt (3) freigehalten ist, in welchen eine Folie einer Aktivkomponente (4) aus Titan oder einem ähnlichen Element eingelegt ist. Außerhalb des Spaltes (3) wird ein übliches metallisches Lot (5) auf Silber-, Kupfer-, Blei-, Zinn- oder Nickelbasis in Drahtform angeordnet. Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung wird in einer Hochvakuumanlage positioniert, in der ein Vakuum von etwa 5 x 10"^ mbar aufrechterhalten wird. In dieser Hochvakuumanlage wird das Lot (5) auf Schmelztemperatur gebracht, wobei eine Temperatursteigerung von 10 °C bis 20 °C pro Minute erfolgt. Bei Verwendung von Loten mit Legierungskomponenten, welche einen geringen Dampfdruck aufweisen, wird Reinstargon oder Helium bis zu einem Druck von ca. 200 bis 500 mbar geflutet. Die Löttemperatur wird 20 °C bis 50 °C über der Liquidustemperatur des Zwei- oder Dreistoffsystems eingestellt Beim Schmelzvorgang dringt das Lot (5) infolge der Kapillarwirkung in den Spalt (3) ein und legiert dort mit der Aktivkomponente (4). Die Dicke des Spaltes (3) und der Folie der Aktivkomponente (4) werden hiebei so bemessen, daß der Anteil dieser Aktivkomponente in der sich bildenden Legierung 5 Gew.-% nicht überschreitet. Es erfolgt eine vollständige Benetzung über die gesamte Innenfläche der Bohrung im Keramikbauteil (2). Nach ein» Haltezeit von 3 bis 5 Minuten erfolgt eine schonende Abkühlung. Die Anordnung nach Fig. 2 unterscheidet sich von der Anordnung nach Fig. 1 dadurch, daß eine Keramikwelle (6), beispielsweise aus SiC in eine Bohrung eines Keramikbauteiles (7), beispielsweise aus AI2O3 eingesetzt ist, wobei wieder ein Spalt (8) freigehalten ist, in dem eine Folie aus einer Aktivkomponente (9) angeordnet ist. Mit (10) ist das Lot in Drahtform bezeichnet. Der Lötvorgang zwischen den beiden Keramikbauteilen erfolgt in gleicher Weise, wie er in Verbindung mit der in Fig. 1 dargestellten Anordnung beschrieben wurde. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen Werkstoffen, von welchen wenigstens einer ein Kera-mikweikstoff ist, wobei ein metallisches Lot, beispielsweise auf Silber- oder Kupfer- oder Blei- oder Zinn- oder Nickelbasis, in den Bereich d» zu verbindenden Flächen der Werkstoffe gebracht und, vorzugsweise im Vakuum, auf Schmelztemperatur erwärmt wird, so daß es in einen Spalt zwischen den zu verbindenden Flächen der Werkstoffe eintritt, und anschließend die so miteinander verbundenen Werkstoffe abgekühlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Erwärmen des Lotes (5,10) in den Spalt (3,8) zwischen den miteinander zu verbindenden Flächen der Werkstoffe eine Aktivkomponente (4, 9) aus Titan und/oder Zirkonium und/oder Hafnium und/oder Vanadium und/oder Chrom eingebracht wird, die beim Schmelzen des Lotes (5,10) mit diesem eine Legierung bildet, welche sich mit dem Keramikwerkstoff verbindet.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Lot (5,10), vorzugsweise in Folien- oder Drahtform, außerhalb des Spaltes (3,8) angeordnet wird und beim Schmelzvorgang durch Kapillarwirkung in den Spalt gelangt. -3- AT 394 151 B
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltbreite und die Stärke der im Spalt (3, 8) eingebrachten Folie der Aktivkomponente (4,9) so gewählt werden, daß der Anteil dieser Aktivkomponente in der sich beim Schmelzvorgang des Lotes bildenden Legierung 5 Gew.-% nicht überschreitet.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löttemperatur so eingestellt wird, daß diese 20 °C bis 50 °C über der Liquidustemperatur des aus mehreren Stoffen bestehenden Lotes liegt
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Temperatursteigerung um 10 °C bis 20 °C pro Minute vorgenommen wird. 10
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Loten mit Komponenten, welche einen geringen Dampfdruck aufweisen, vor dem Schmelzvorgang mit Argon oder Helium, vorzugsweise bis zu einem Druck zwischen 200 und 500 mbar, geflutet wird. 15 Hiezu 1 Blatt Zeichnung
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| AT175290A AT394151B (de) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | Verfahren zum herstellen einer verbindung zwischen werkstoffen, von welchen wenigstens einer ein keramikwerkstoff ist |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ATA175290A ATA175290A (de) | 1991-08-15 |
| AT394151B true AT394151B (de) | 1992-02-10 |
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ID=3520239
Family Applications (1)
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| AT175290A AT394151B (de) | 1990-08-27 | 1990-08-27 | Verfahren zum herstellen einer verbindung zwischen werkstoffen, von welchen wenigstens einer ein keramikwerkstoff ist |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013216323A1 (de) * | 2013-08-16 | 2015-02-19 | Technische Universität Dresden | Verfahren zum gasdichten Verschließen von keramischen Wärmeohren |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1030756B (de) * | 1957-03-28 | 1958-05-22 | Telefunken Gmbh | Verfahren zum Verbinden eines nichtmetallischen Stoffes, beispielsweise Keramik, miteinem Metallteil durch Loetung |
| DD217159A1 (de) * | 1983-09-06 | 1985-01-09 | Barkas Werke Veb | Verfahren und anordnung zum herstellen hochfester verbindungen durch hochtemperaturloeten |
| DE3542889A1 (de) * | 1984-12-04 | 1986-06-05 | United States Department Of Energy, Washington, D.C. | Verfahren zur ausbildung von ungewoehnlich starken verbindungen zwischen metallen und keramikmaterialien durch hartloeten bei temperaturen, die 750(grad)c nicht uebersteigen |
| EP0195640A1 (de) * | 1985-03-16 | 1986-09-24 | British Aerospace Public Limited Company | Verfahren zum Verbinden zweier Teile |
| US4763828A (en) * | 1983-12-20 | 1988-08-16 | Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha | Method for bonding ceramics and metals |
-
1990
- 1990-08-27 AT AT175290A patent/AT394151B/de not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE1030756B (de) * | 1957-03-28 | 1958-05-22 | Telefunken Gmbh | Verfahren zum Verbinden eines nichtmetallischen Stoffes, beispielsweise Keramik, miteinem Metallteil durch Loetung |
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| EP0195640A1 (de) * | 1985-03-16 | 1986-09-24 | British Aerospace Public Limited Company | Verfahren zum Verbinden zweier Teile |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102013216323A1 (de) * | 2013-08-16 | 2015-02-19 | Technische Universität Dresden | Verfahren zum gasdichten Verschließen von keramischen Wärmeohren |
| DE102013216323A8 (de) * | 2013-08-16 | 2015-06-03 | Technische Universität Dresden | Verfahren zum gasdichten Verschließen von keramischen Wärmerohren |
| DE102013216323B4 (de) * | 2013-08-16 | 2018-10-18 | Technische Universität Dresden | Verfahren zum gasdichten Verschließen von keramischen Wärmerohren |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ATA175290A (de) | 1991-08-15 |
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