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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gasdichten Verbindung zwischen einem und einer in Form das aus einem temperaturfesten Werkstoff, z. B. Keramik, hergestellt wird, ein Draht aus dem Leitermetall in das Rohr eingesetzt wird und danach in demselben über seine Schmelztemperatur hinaus erhitzt wird.
Keramik oder Glas ist ein altbekanntes, hochwertiges Isoliermaterial für metallische elektrische Leiter. In der Regel wird der Leiter zum Zweck der Isolierung in ein Keramikrohr oder zur Wahrung der Flexiblität des Leiters in eine Vielzahl aneinander gereihter kurzer Keramikröhrchen oder Glasperlen eingesetzt.
Bisher wurde die gasdichte Verbindung zwischen Leiter und Isolierung stets so hergestellt, dass z. B. an der Austrittsstelle des Leiters aus der Isolierung eine gasdichte Versiegelung dieser Austrittsstelle angebracht wurde.
Der Nachteil dieses Standes der Technik ist, dass die gasdichte Verbindung Isolationswerkstoff/Leiter auf den relativ kleinen Bereich der Versiegelung beschränkt, und demgemäss die Gefahr des Entstehens von Undichtheiten, sei es bei der Herstellung oder beim Einsatz, z. B. durch Einwirken mechanischer Kräfte, gegeben ist.
Durch die CH-PS 493 440 wurde ein Verfahren zur Herstellung einer vakuumdichten, mechanisch festen Verbindung eines oxidkeramischen Isolierkörpers mit einem Metallkörper bekannt. Dabei wird das Material, aus welchem der Metallkörper gebildet sein soll und der Isolierkörper über die Schmelztemperatur des Metalls erhitzt und anschliessend das flüssige Metall in den Isolierkörper eingegossen ; der Metallkörper also durch einen Giessvorgang erzeugt.
Dabei ergibt sich einerseits der Nachteil, dass zum Schmelzen des Metalls ein eigener Behälter verwendet werden muss, andererseits können isolierte Leiter mit kleinen Durchmessern durch einen Giessvorgang nur relativ aufwendig bzw. überhaupt nicht hergestellt werden.
Weiters wurde durch die CH-PS 565 253 ein Verfahren zur Herstellung von mit Glas- oder Glaskeramik-Material überzogenen Metalldrähten bekannt. Dabei wird ein aus Glas oder Glaskeramik-Material bestehendes Rohr, welches einen Stab aus Metall umgibt, soweit erhitzt, dass das Metall schmilzt und das Rohr erweicht. Diese zum Teil erweichte und zum Teil erschmolzene Masse wird nun durch einen Zieh-und anschliessenden Abkühlvorgang zu einem isolierten Draht verarbeitet.
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Keramik bzw. Glas überzogenen Metalldrähten. Es wird ein von Glas bzw. Keramik umgebener Metallstab soweit erhitzt, bis das Metall schmilzt und das ihn umgebende Glas bzw. die Keramik erweicht. Anschliessend wird durch Ziehen und darauffolgendes Abkühlen ein isolierter Draht erzeugt.
Bei beiden Verfahren wird also ein Isolierwerkstoff verwendet, dessen Erweichungspunkt nur unwesentlich höher als der Schmelzpunkt des den Leiter bildenden
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Metalls liegt, sodass also eine Verformung beider Materialien möglich bzw. erwünscht ist. Zur
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einer werden soll.
Aufgabe der Erfindung ist vorstehend zu vermeiden und ein der erwähnten Art ein Erweichen und somit eine mögliche Verformung des Isolationsmaterials vermieden wird.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass als Rohrwerkstoff ein im Vergleich zum Draht-Leiterwerkstoff hochtemperaturfester Werkstoff ausgewählt wird.
Dadurch wird sichergestellt, dass die Isolation während des Schmelzvorganges des Leiter-Metalls vollständig in seiner festen Phase verbleibt und daher nicht verformt werden kann.
Es hat sich als einer der Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben, dass dieses unter Normalgasatmosphäre stattfinden kann. In manchen Fällen kann es jedoch zweckmässig sein, den Schmelzvorgang in einer Vakuumanlage oder unter Schutzgas gegebenenfalls unter Druck vorzunehmen.
Um möglichst eine Belegung der gesamten Innenfläche des Isolatorwerkstoffes mit dem erschmolzenen Metall zu erreichen, kann in Weiterbildung der Erfindung so vorgegangen werden, dass nach dem Erschmelzen des Leitermetalls Druck einwirken gelassen wird, vorgenommen wird und/oder Keramikrohr und Leiterdraht während des Schmelzvorganges bzw. nach dem Erschmelzen des Leitermetalls in Rotation um die Rohrachse gehalten werden.
Weiters kann vorgesehen sein, dass ein Metalldraht mit einer die Länge des als Isolator dienenden Rohres übersteigenden Länge in dieses eingeschoben wird wobei die Überlänge des Drahtes während des Schmelzens desselben in das Rohr nachgeschoben wird.
Auf diese Weise wird eine eventuelle Differenz zwischen dem Volumen des Rohrinneren und dem Drahtvolumen, die gegeben sein kann, um den Draht in das Rohr einschieben zu können, aufgehoben.
In der Praxis kann dabei diese Überlänge mit Hilfe einer mechanischen Vorrichtung in das heisse Innere des Keramikrohres so lange nachgeschoben werden, bis eine vollständige Füllung desselben mit dem Metall erfolgt ist. Andererseits kann das Keramikrohr während des Schmelzvorgangs auch senkrecht stehen und die Überlänge des Metalls der Schwerkraft folgend in das Rohrinnere nachsinken.
Im übrigen hat sich bei geeigneter Auswahl des Durchmessers von Keramikrohr und eingesetztem Draht in einem Dimensionsbereich, der für elektrische Durchführungen in kleinen Bauteilen üblich ist, herausgestellt, dass während des Schmelzvorgangs durch die Kapillarwirkung innerhalb des Keramikrohres kein Austritt von flüssigem Metall aus dem Rohr stattfindet.
Es ergibt sich auf diese Weise ein keramikisolierter Leiter, der über seine
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werden, ohne dass eine eigene Abdichtung zwischen und Leiter vorgenommen werden müsste.
Wird eine beliebige Querschnittfläche eines derartigen Leiters bzw. Leiterstückes betrachtet, was eventuell auch unter dem Mikroskop oder durch eine Schliffaufnahme erfolgen kann, so zeigt sich in jedem Fall das innige Aneinanderliegen von Metall und Keramik, sodass sich dadurch der erfindungsgemässe Leiter eindeutig von den bisher bekannten keramikisolierten Leitern unterscheidet, bei denen immer nur an einer einzigen Querschnittsstelle die Abdichtung gegeben ist.
Nachstehend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen bei- spielsweise beschrieben.
Es zeigt Fig. 1 einen nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten isolierten Leiter bzw. Leiterstück im Längsschnitt, Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 Anordnungen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.
Ein metallischer Leiter l, der in der Praxis vorzugsweise aus Kupfer besteht, füllt den Innenraum 2 eines Keramikrohres 3 komplett aus. Durch den Schmelzvorgang hat sich das Metall an die Unebenheiten der umgebenden Keramikfläche vollständig angelegt und die Verbindung zwischen Metall und Keramik ist durchwegs gas-und vakuumdicht.
Gewünschtenfalls können Überlängen l'und 1" des Metalldrahtes zur nachfolgenden Verwendung vorgesehen sein.
An der Aussenseite des Keramikrohres 3 ist eine dünne Metallschicht 11 vorgesehen, mit deren Hilfe das Einlöten in metallische Bauteile erfolgen kann.
Die Darstellung ist gegenüber der Normalgrösse vergrössert, da in der Praxis weder die Unebenheiten der Keramikfläche noch die Dicke der äusseren Metallschicht so deutlich erkennbar wäre.
Fig. 2 zeigt schematisch ein in einen Schmelzofen 4 eingesetztes Keramikrohr 5, in welches ein Leiter 6 eingeschoben ist, wobei der Leiter vorzugsweise das Keramikrohr zur Gänze ausfüllt. Bei Erwärmung des metallischen Leiters 6 bis bzw. über seinen Schmelzpunkt erschmilzt das Metall und verbindet sich mit den Grenzinnenflächen des Keramikrohres 5. Bei geeigneter Auswahl des Durchmessers des Keramikrohres 5 und eingesetztem Draht 6 in einem Dimensionsbereich, der für elektrische Durchführungen in kleinen Bauteilen üblich ist, hat sich herausgestellt, dass während des Schmelzvorganges durch die Kapillarwirkung innerhalb des Keramikrohres kein Austritt von flüssigem Metall aus dem Rohr stattfindet.
Gemäss Fig. 2 schliesst der Leiter 6 bündig mit dem Rohr 5 ab. In Abänderung kann gemäss Fig. 3 eine Überlänge des Metalldrahtes im Verhältnis zur Länge des Keramikrohres verwendet, und zum Auffüllen während des Schmelzvorganges herangezogen werden.
Auf diese Weise wird eine eventuelle Differenz zwischen dem Volumen des Rohrinneren und dem Drahtvolumen, die gegeben sein kann, um den Draht in das Rohr einschieben zu können, aufgehoben.
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In der Praxis kann dabei diese Überlänge mit Hilfe einer mechanischen Vorrichtung in das heisse Innere des Keramikrohres so lange nachgeschoben werden, bis eine vollständige Füllung desselben mit dem Metall erfolgt ist. Andererseits kann das Keramikrohr während des Schmelzvorganges auch senkrecht stehen, und die Überlänge des, Metalls der Schwerkraft folgend in das Rohrinnere nachsinken.
Auch kann zur Erhöhung der Belegung von erschmolzenem Metall an der Innenfläche des Rohres das Rohr während des Schmelzvorganges bzw. nach dem Erschmelzen des Leitermetalls in Rotation um die Rohrachse versetzt werden, wie dies mit den Pfeilen 7 angedeutet ist.
Bei Verwendung einer Überlänge des Metalldrahtes im Verhältnis zur Länge des Keramikrohres kann, wie dies Fig. 3 zeigt, das eine Ende 8 des Rohres verschlossen sein, sodass das erschmolzene Metall 9 durch Nachführen der Leiterüberlänge 10 unter Druck gesetzt werden kann.
Alternativ kann das Aufschmelzen unter Druck auch dadurch erfolgen, dass bei der Ausführungsform nach Fig. 2 von beiden Stirnseiten des Keramikrohres 5 Druck ausgeübt wird, z. B. in einem Druckgefäss, oder dass nach Fig. 3 bei Verwendung eines Leiterstückes mit einer dem Keramikrohr 5 etwa entsprechenden Länge in einem Druckgefäss auf das erschmolzene Metall Druck ausgeübt wird.
Gemäss Fig. 4, in welcher die mit den anderen Figuren übereinstimmenden Teile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, wird dadurch von beiden Stirnseiten des Keramikrohres 5 auf die Schmelze 9 Druck ausgeübt, dass von beiden Seiten überlange Leiterstücke 10 in das Keramikrohr 5 eingesetzt sind und im Ausmass des Fortschreitens des Schmelzvorganges in Pfeilrichtung F nachgeschoben werden.
Die Anordnungen nach Fig. 2,3 oder 4 können entsprechend den Anforderungen des Schmelzvorganges unter Normalatmosphäre, Schutzgas oder Vakuum, mit oder ohne Druckbeaufschlagung, arbeiten.
Wenngleich die Erfindung vorstehend am Beispiel eines Keramikrohres beschrieben ist, ist sie hierauf nicht beschränkt. Gleichermassen kann sie Anwendung finden auf jeden hochtemperaturfesten, elektrisch isolierenden Werkstoff, wie z. B. Glas, dessen Schmelzpunkt höher liegt als jener des zu erschmelzenden Metalls.
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The invention relates to a method for gas-tight connection between one and one in the form of a temperature-resistant material, for. B. ceramic, is produced, a wire from the conductor metal is inserted into the tube and is then heated in the same above its melting temperature.
Ceramic or glass is a well-known, high-quality insulating material for metallic electrical conductors. As a rule, the conductor is used for the purpose of insulation in a ceramic tube or to maintain the flexibility of the conductor in a large number of short ceramic tubes or glass beads strung together.
So far, the gas-tight connection between the conductor and insulation has always been made such that, for. B. a gas-tight seal of this exit point was attached to the exit point of the conductor from the insulation.
The disadvantage of this state of the art is that the gas-tight connection of the insulation material / conductor is limited to the relatively small area of the seal, and accordingly the risk of leaks, be it during production or in use, e.g. B. is given by the action of mechanical forces.
CH-PS 493 440 has disclosed a method for producing a vacuum-tight, mechanically strong connection of an oxide-ceramic insulating body to a metal body. The material from which the metal body is to be formed and the insulating body are heated above the melting temperature of the metal and the liquid metal is then poured into the insulating body; the metal body is generated by a casting process.
On the one hand, there is the disadvantage that a separate container must be used to melt the metal, on the other hand, insulated conductors with small diameters can only be produced with relatively little effort or not at all by a casting process.
CH-PS 565 253 has also disclosed a process for producing metal wires coated with glass or glass ceramic material. A tube made of glass or glass ceramic material, which surrounds a metal rod, is heated to such an extent that the metal melts and the tube softens. This partially softened and partially melted mass is then processed into an insulated wire by a drawing and subsequent cooling process.
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Ceramic or glass covered metal wires. A metal rod surrounded by glass or ceramic is heated until the metal melts and the glass or ceramic surrounding it softens. An insulated wire is then produced by pulling and then cooling.
Both methods use an insulating material whose softening point is only slightly higher than the melting point of the conductor
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Metal lies, so that a deformation of both materials is possible or desirable. For
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should become one.
The object of the invention is to be avoided above and a softening and thus a possible deformation of the insulation material is avoided.
This is achieved according to the invention in that a material which is resistant to high temperatures in comparison with the wire conductor material is selected as the tube material.
This ensures that the insulation remains completely in its solid phase during the melting process of the conductor metal and therefore cannot be deformed.
It has emerged as one of the advantages of the method according to the invention that it can take place under a normal gas atmosphere. In some cases, however, it may be appropriate to carry out the melting process in a vacuum system or under protective gas, if necessary under pressure.
In order to achieve an occupancy of the entire inner surface of the insulator material with the molten metal, a further development of the invention can be carried out in such a way that pressure is applied after the conductor metal has been melted, and / or ceramic tube and conductor wire during the melting process or after the melting of the conductor metal are kept rotating around the pipe axis.
Furthermore, it can be provided that a metal wire with a length exceeding the length of the tube serving as an insulator is inserted into it, the excess length of the wire being pushed into the tube during the melting thereof.
In this way, a possible difference between the volume of the interior of the tube and the volume of wire, which can be given in order to be able to insert the wire into the tube, is eliminated.
In practice, this excess length can be pushed into the hot interior of the ceramic tube with the aid of a mechanical device until it is completely filled with the metal. On the other hand, the ceramic tube can also stand vertically during the melting process and the excess length of the metal can sink into the interior of the tube following gravity.
In addition, with a suitable selection of the diameter of the ceramic tube and the wire used, it has been found in a dimension range that is common for electrical feedthroughs in small components that during the melting process, there is no escape of liquid metal from the tube due to the capillary action within the ceramic tube.
This results in a ceramic-insulated conductor that extends over its
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without having to make a separate seal between the conductor.
If an arbitrary cross-sectional area of such a conductor or conductor piece is considered, which can possibly also be done under a microscope or by means of a ground section, the intimate contact between metal and ceramic is shown in any case, so that the conductor according to the invention clearly differs from the previously known ones ceramic-insulated conductors, which only have a seal at a single cross-sectional point.
The invention is described below with reference to the drawings, for example.
1 shows an insulated conductor or conductor piece produced by the method according to the invention in longitudinal section, FIGS. 2, 3 and 4 show arrangements for carrying out the method according to the invention.
A metallic conductor 1, which in practice preferably consists of copper, completely fills the interior 2 of a ceramic tube 3. As a result of the melting process, the metal has completely applied itself to the unevenness of the surrounding ceramic surface and the connection between the metal and the ceramic is gas and vacuum tight throughout.
If desired, excess lengths 1 'and 1 "of the metal wire can be provided for subsequent use.
A thin metal layer 11 is provided on the outside of the ceramic tube 3, by means of which the soldering into metallic components can take place.
The display is enlarged compared to the normal size, because in practice neither the unevenness of the ceramic surface nor the thickness of the outer metal layer would be so clearly recognizable.
2 schematically shows a ceramic tube 5 inserted into a melting furnace 4, into which a conductor 6 is inserted, the conductor preferably completely filling the ceramic tube. When the metallic conductor 6 is heated to or above its melting point, the metal melts and connects to the boundary inner surfaces of the ceramic tube 5. With a suitable selection of the diameter of the ceramic tube 5 and the wire 6 used, it is in a dimension range that is common for electrical feedthroughs in small components , it has been found that no liquid metal escapes from the tube during the melting process due to the capillary action within the ceramic tube.
2, the conductor 6 is flush with the tube 5. 3, an excess length of the metal wire in relation to the length of the ceramic tube can be used and used for filling during the melting process.
In this way, a possible difference between the volume of the interior of the tube and the volume of wire, which can be given in order to be able to insert the wire into the tube, is eliminated.
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In practice, this excess length can be pushed into the hot interior of the ceramic tube with the aid of a mechanical device until it is completely filled with the metal. On the other hand, the ceramic tube can also stand vertically during the melting process, and the excess length of the metal, sinking into the interior of the tube following gravity.
In order to increase the occupancy of molten metal on the inner surface of the tube, the tube can be set in rotation about the tube axis during the melting process or after the conductor metal has been melted, as indicated by the arrows 7.
If an excess length of the metal wire in relation to the length of the ceramic tube is used, as shown in FIG. 3, one end 8 of the tube can be closed, so that the molten metal 9 can be pressurized by tracking the excess conductor length 10.
Alternatively, melting under pressure can also take place in that, in the embodiment according to FIG. 2, pressure is exerted from both end faces of the ceramic tube 5, e.g. B. in a pressure vessel, or that according to FIG. 3, when using a conductor piece with a length approximately corresponding to the ceramic tube 5, pressure is exerted on the molten metal in a pressure vessel.
4, in which the parts corresponding to the other figures are provided with the same reference numerals, pressure is exerted on the melt 9 from both end faces of the ceramic tube 5 by the fact that overly long conductor pieces 10 are inserted into the ceramic tube 5 and in The extent of the progress of the melting process in the direction of arrow F to be pushed.
The arrangements according to FIGS. 2, 3 or 4 can work according to the requirements of the melting process under a normal atmosphere, protective gas or vacuum, with or without pressurization.
Although the invention has been described above using the example of a ceramic tube, it is not restricted to this. It can also be used on any high-temperature-resistant, electrically insulating material, such as. B. Glass, whose melting point is higher than that of the metal to be melted.