CH405841A - Verfahren zur Herstellung einer luftdichten Verbindung zwischen zwei Oberflächen - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung einer luftdichten     Verbindung        zwischen    zwei     Oberflächen       Die     vorliegende        Erfindung        ,bezieht    sich .auf     ein     Verfahren zur Herstellung einer luftdichten Verbin  dung zwischen zwei Oberflächen, die aus einem  Material mit höherem Schmelzpunkt als derjenige  von Aluminium     bestehen,    welche Verbindung auch  nach wiederholten brüsken     Temperaturwechseln    zwi  schen -190     und    550  C     luftdicht    bleibt.  



  Luftdichte Metall-Metall-, Metall-Keramik- und  Keramik-Keramik-Verbindungen sind unerlässliche  Bestandteile für Hoch- und Ultrahochvakuum- sowie  auch für     Hochdruckanlagen.    In vielen Fällen sind sie  bedeutenden Wärmebeanspruchungen ausgesetzt, im  Falle von Vakuumanlagen z. B. Temperaturerhöhun  gen bis zu     500-550'C    oder     Temperatursenkungen        bis     zu -190 C oder noch mehr. Es ist im allgemeinen zu  empfehlen, dass das Anlageninnere während der     Her-          stellung    ,dieser     Verbindungen    keinen schädlichen Ein  flüssen (wie z. B. Oxydation, Übererwärmung usw.)  ausgesetzt sei.

   Um Iden Zugang in das Anlageninnere  zu :ermöglichen,     sind    :leicht zerlegbare     Verbindungen     nötig.  



  Die bekannten Lösungen für die Ausführung von  luftdichten, sowohl für hohe ,als .auch für tiefe Tem  peraturen     widerstandsfähigen        Verbindungen        sind    fol  gende:  1. Verschweissen der Bestandteile.  



  2. Verflanschen der Bestandteile mit eingelegten  metallischen     Dichtungen.     



  3. Zusammenpressen der Bestandteile, ein Ver  fahren, das zur Herstellung von Verbindungen zwi  schen Metall- und Keramikrohren angewendet wird.  



  Die Herstellung der Metall-Metall-Verbindungen  mittels Schweissen hat den Nachteil, dass die Ver  bindung im allgemeinen nicht zerlegbar ist, da das  Durchschneiden der Schweissung meistens zur Be  schädigung der Bestandteile führt, und dass ihre Aus-    führung, die zum Schutze des Anlageninneren im  Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre vorge  nommen wird, die Benützung teurer Geräte und die  Anwendung umständlicher     Verfahren    benötigt.     Im     Falle oder Metall-Keramik-Verbindungen ist der  Schweissvorgang besonders kompliziert, da er für die  Erzielung der Haftfestigkeit entweder das Auftragen  mehrerer Schichten nacheinander oder die besondere  Behandlung einer Hydratschicht eines aktiven Metalls  (z.B. Titan) erfordert.

   Das Schutzgas, in dem sich  der Vorgang abespielt, muss bestimmten Bedingungen  entsprechen (reduzierende, inerte oder oxydierende  Atmosphäre); was     wieder        anspruchsvolle        Anlagen    nö  tig macht.

   In beiden Fällen erreicht die Temperatur  der Bestandteile     ungefähr    1000  C,     also        vielmehr          als    ich-. anfangs     geforderte    Arbeitstemperatur     von     500-5:50  C, was     ,für        .gewöhnlich        nicht        wünschenswert          ist.     



  Das     bekannte    Verfahrendes     Pressem        einer    Dich  tung zwischen zwei Flanschen wird sowohl bei Me  tall-Metall- als auch bei Metall-Keramik-Verbindun  gen verwendet. Wenn die Verbindung grossen Tem  peraturänderungen standhalten soll, werden meist       Flanschen    mit     Kupferdichtungen        .benützt.    Das     ver-          hältnismässig        komplizierte        Profil        dieser    Flanschen  ( messerschneide -förmig im Falle der Metall-Me  tall- und Metall-Keramik-Verbindungen,

        treppen -          oder     kegelförmig  im Falle der Metall-Metall-Ver  bindung) erfordert eine anspruchsvolle Ausführung.  Im Falle der Metall-Metall-Verbindungen benützt  man auch ,ebene     Flanschen,    zwischen denen     ,entweder          Gold.-    oder     Aluminiumdichtungen        gepr sst    werden;

    letztere werden durch     Erwärmen    bis auf 500  C an  (die     Pressflanschen        @angeschweisst.    Die besonders     :grosse          zum        Pressen        nötige    Kraft,     die        ;auf        idie        metallischen          Dichtungen        ausgeübt    werden muss, führt     zum    Bau      von Flanschen unproportioniert grosser Ausmasse, die  schwer, unhandlich und teuer sind und komplizierte       Profile    haben.

   Für ihren Bau     kann        nicht        jedes    be  liebige     Metall,    sondern im     ,allgemeinen    nur Stahl,       vorzüglich    rostfreier, (benützt wenden.  



  Die Herstellung mittels Pressen der Metall-Ke  ramik-Verbindungen wird nur für Rohre angewendet  und     erfordert    für (die Bestandteile strenge     mecha-          nische    Bedingungen.  



  Mit der vorliegenden Erfindung kann man     Metall-          Metall-,    Metall-Keramik- und     Keramik-Keramik-          Verbindungen    mit     Hilfe        einer    geschweissten     Alumi-          niumdichtung    weitaus billiger als (bisher     herstellen.     Die Verbindungen können     ohne    besondere Erwär  mung wieder zerlegt werden.     Die    Verbindung kann  zwischen verschiedenen Metallen (deren Schmelz  punkte über     (demjenigen    des     Aluminiums,    d. h.

   über  600-700 C liegen), zwischen einem derartigen Me  tall und einer verglasten Keramik der Porosität null,  oder zwischen     zwei    verglasten Keramiken ausgeführt  werden.  



  Das     erfindungsgemässe    Verfahren ist     dadurch    ge  kennzeichnet, dass man eine Äluminiumdichtung zwi  schen die beiden Oberflächen bringt, dass man die  .beiden     Oberflächen    mit der     ,dazwischenliegenden    Alu  miniumdichtung vorübergehend     gegeneinander    presst,  und dass man die beiden Oberflächen mit der     da-          zwischenliegenden        Aluminiumdichtung    während     (des          Pressens    auf eine     Temperaturerhitzt,

      (die     unterhalb     (des Schmelzpunktes von     Aluminium    liegt,     (derart,     dass     die        Oberflächen    mit (der     Aluminiumdichtung          verschweisst    werden.  



  Bei einer     Ausführungsform    -des     Verfahrens        nach     der Erfindung zur Herstellung einer     Verbindung    zwi  schen einer     Keramik-    und einer Metalloberfläche  geht man wie folgt vor:

       Die        ungeschliffene    oder nicht  sehr     feinkörnig        geschliffene    Oberfläche des Keramik  teiles wird     zuerst        vorbereitet,    indem     mittels    Pul  verisieren, Bestreichen oder     (einem        anderen        Verfah-          ren        seinedünne    Schicht einer     ,alkalischen        Lösung,     NaOH, Na20, Si02 usw.,

   aufgetragen und bei 800  bis 1200  C in der Atmosphäre gebrannt     wird.        Die     Güte der Metalloberfläche     äst,        wie.auch    im Falle     einer     Metall-Metall-Verbindung, nicht kritisch. Das En  semble Keramik-Metall oder z.B. Keramik-Keramik,  zwischen     (dessen        Bestandteilen    sich     (die    Aluminium  dichtung befindet, wird gepresst mit einer von den  Ausmassen der Dichtung ebhängenden Kraft der  Grössenordnung 60-100 kg je     Millimeter    Dichtungs  umfang. Das so gepresste Ensemble wird auf unge  fähr     500     C erhitzt.

   Nach     Abkühlen        wird        die        Presse     entfernt; das Aluminium ist nun sowohl mit dem  Metall als auch mit der     Keramik    bzw. mit den  beiden     Keramikteilen        verschweisst.     



  An Hand der     teilliegenden    Zeichnung     wind    ein  Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.  Fig. 1 zeigt im Schnitt die für (die Verbindung  unerlässlichen Teile, nämlich die Aluminiumdichtung  und     (die        Metallteile    2, 3, 4 und 5     mit        ihnen        Ober-          flächen.       Fig. 2 zeigt eine Stromdurchführung mit den Alu  miniumdichtungen 3, Aden Metallteilen 1 und 2 und  ,dem     Keramikteil    4.  



  Eine     Aluminiumdichtung    von     kreisförmigem,          quadratischem,        ,dreieckigem        usw.        Querschnitt    des  Flächeninhaltes 0,5-3 mm2 kann aus Blechgestanzt,  aus .Stangen oder Rohren gedreht oder .aus     gezogenem     Draht gebogen werden.

   Im letzteren Fall ist es     nicht     nötig, (die beiden Drahtenden     miteinander    zu ver  schweissen, da dieses bei blossem Übereinanderlegen  (der     Drahtenden        gleichzeitig    mit dem     Verschweissen     (der     Dichtung    und (der     Bestandteile    der Verbindung er  folgt.

   Die     Dichtung    mit dreieckigem Querschnitt,  empfehlenswert im Falle der Metall-Keramik-Verbin  dung, irhält man durch Pressen einer Dichtung mit       quadratischem    Querschnitt, die dadurch noch     härter          wind.    Im Falle der Verbindungen mit     mindestens     einem keramischen Teil ist es nicht zu empfehlen, die       Dichtung    vor     (dein    Pressen zu erweichen.

   Den<B>ge-</B>  wünschten, durch     (die    Form der Verbindung     gegebe-          nen        Umriss        (der    Dichtung erhält man (durch     Ver-          formung.     



  Man kann die so hergestellte     Metall-Metall-Ver-          bindunug    durch Einführen von Schrauben in einige in  (einen der Bestandteile (der Verbindung     ausserhalb     des     Dichtungsumrisses    gebohrte, mit     Gewinde    ver  sehene Löcher und durch Anziehen der     Schrauben     in einfacher     Weise        zerlegen.     



  Das beschriebene Verfahren kann entweder in  der Atmosphäre     durchgeführt        werden,    oder auch  (wenn die inneren Bestandteile der Anlage geschützt       werden    müssen),     nach    dem Auspumpendes     Innieren     der Anlage oder indem man während     (des        Schweiss-          vorganges        (Erhitzung    vorzugsweise ,auf 500 C) ein  Schutzgas einführt, ohne dass hierfür eine besondere  Anlage     notwendig    wäre.  



  Als     Anwendungsbeispiele    der     Erfindung    wurden  vollkommen dichte Metall-Metall-Verbindungem mit       Bestandteilen    aus Stahl, rostfreiem Stahl, Titan, Kup  fer usw. hergestellt, die     Rohre        .gleicher    oder ver  schiedener Durchmesser     verbinden    (Bild 1), Deckel  für Vakuum-Hohlräume usw.  



  Als weiteres Anwendungsbeispiel der Erfindung       wunden    Metall - Keramik - Verbindungen     ausgeführt,          wie        z.    B.     (die    im     Bild    2     @dangestellte        luftdichte,        sowohl     bei     hohen,als        ,auch        (bei    niederen     Temperaturen        wider-          @standsfähiige        ,

  Stromdurchführung.    Die elektrische An  schlussklemme 1 und die Wand der Anlage     wurden          ,aus        rostfreiem    Stahl, Titan, Kupfer usw.     hergestellt.     



       Alle        Verbindungstypen        wunden    wiederholt bis auf  530-550  C     erhitzt    und bis auf -190  C     abgekühlt,     wobei     (sie        jedesmal    mit Hilfe eines     Heliumlecksuchers     auf     ihre        Dichtigkeit    .geprüft wurden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung einer luftdichten Ver- bindwng zwischen zwei Oberflächen, die aus einem Material mit höherem Schmelzpunkt als derjenige von Aluminium (bestehen, welche Verbindung auch nach wiederholten brüsken Temperaturwechseln zwischen -190 und 550 C luftdicht bleiben soll, dadurch ge- kennzeichnet,

   dass man eine Aluminiumdichtung zwi- schen die beiden Oberflächen bringt, dass man die beiden Oberflächen mit der dazwischenliegenden Alu miniumdichtung vorübergehend ;

   gegeneinander presst, und dass man die beiden Oberflächen mit der dazwi schenliegenden Aluminiumdichtung während des Pressens auf eine Temperatur erhitzt, die unterhalb des Schmelzpunktes von Aluminium liegt derart, dass die Oberflächen mit oder Aluminiumdichtung ver schweisst werden. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren gemäss Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass beide Oberflächen aus Metall be stehen. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass beide Oberflächen aus kerami schem Material bestehen,

   wobei die Oberflächen vor Odem Anbringen (der Aluminiumdichtung vorzugsweise mit einer alkalischen Schicht bedeckt werden und diese bei 800 bis 1200 C eingebrannt wird. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Oberfläche aus Metall und die andere aus einem keramischen Material besteht, welch letztere vor dem Anbringen der Aluminium dichtung vorzugsweise mit einer alkalischen Schicht boäeckt, und diese M 800 bis,

   1200 C eingebrannt wird.