CN112049843A - 用于制造连接元件的方法以及连接元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造连接元件的方法，所述连接元件具有尤其包含金属的外框架和尤其包含玻璃的内部构件，该内部构件处于压缩应力下被容纳在外框架中，其中外框架具有至少两个不同的热膨胀系数，即对于第一空间方向的第一热膨胀系数和与之不同的对于第二空间方向的第二热膨胀系数，其中该方法包括以下步骤：(i)加热外框架，使得该外框架各向异性地膨胀，(ii)插入内部构件，(iii)冷却外框架，使得该外框架各向异性地再次收缩，使得外框架在压缩应力下容纳内部构件。

Description

用于制造连接元件的方法以及连接元件
技术领域
本发明涉及一种用于连接元件的制造方法以及一种相应的连接元件，该连接元件具有包含金属的外框架和包含玻璃的内部构件，该内部构件处于压缩应力下被容纳在外框架中。
背景技术
由外部的金属框架和内部的玻璃构件形成的连接元件(也被称为玻璃金属密焊(glass-to-metal seals，GTMS))用在许多应用中，例如用于气密的壳体部件或电气馈通件。在壳体部件的情况下，内部的玻璃构件例如可以用作观察窗，例如从而实现在容器(如生物反应器)内部中进行光谱研究。在电气馈通件的情况下，内部的玻璃构件作用为用作被电导线穿过的绝缘体。
理论上玻璃-金属连接元件可以分为两类。一方面是其中金属壳体和玻璃构件的热膨胀行为彼此匹配的元件，即所谓的匹配型玻璃金属密焊，另一方面是其中金属壳体对玻璃构件施加压缩压力的元件，即所谓的压缩型玻璃金属密焊。匹配型玻璃金属密焊尤其适合于在波动的温度条件下产生均匀的膨胀及收缩行为的应用或者要求尽可能薄的金属壳体使得不能造成足够大压缩压力的应用。相反，如果这些因素并不重要时，一般使用压缩型玻璃金属密焊。压缩型玻璃金属密焊典型地具有高耐腐蚀性和压力耐受性。
压缩型玻璃金属密焊可以通过将金属环收缩到玻璃体上来制造。这导致金属壳体牢固地包围内部的玻璃并且产生气密的密封。另外，由于对玻璃的有时较高的压缩压力，可以实现连接元件的高耐受性。但要注意的是，金属与玻璃的热膨胀之间可实现的差是有限的。在过小的膨胀差下，连接元件或馈通的密封性可能受到不利影响，而在过大的膨胀差下工件可能不稳定。通过收缩过程，产生了金属环对玻璃体的集中压力。这限制了可使用的透明元件以及连接元件设计。
因此，迄今为止人们专注于径向对称且平坦的设计以及具有边缘突起(即具有位置略微较深的玻璃体)的设计。相反，齐平封闭的或从金属环中伸出的玻璃边缘、还有弯曲的玻璃表面是有问题的，因为通过压力的降低在壳体外部可能出现裂缝。另外，迄今为止仅考虑过特定的材料组合。在设计和材料组合方面的这些限制仍有待克服。
发明内容
因此本发明的目的是提供连接元件以及用于连接元件的制造方法，该连接元件具有尤其包含金属的外框架和尤其包含玻璃的、处于压缩应力下被接纳的内部构件，从而能够实现其他的构造形式和使用其他材料，尤其可以实现没有径向对称性、平坦表面和/或边缘突起的设计。
这个目的通过独立权利要求的主题实现。本发明的有利改进方案在从属权利要求中限定。
根据本发明提出了一种用于制造具有外框架和内部构件的连接元件的方法，其中该内部构件在压缩应力下被容纳在外框架中并且该外框架具有对于第一空间方向的第一热膨胀系数和与之不同的对于第二空间方向的第二热膨胀系数。
外框架尤其具有金属或由金属形成并且内部构件尤其具有玻璃或由玻璃形成。通过在压缩应力下容纳内部构件，尤其实现了外框架与内部构件之间的气密密封。因此根据该方法可制造或所制造的连接元件尤其为压缩型玻璃金属密焊(GTMS)。
因为外部构件具有对于不同的空间方向的两个不同的热膨胀系数，所以存在外部构件的各向异性的热膨胀或收缩。换言之，热膨胀或收缩不是用单独的标量型膨胀系数来描述，而是一般用膨胀张量来描述。
本发明的方法包括首先加热外框架，使得外框架相对于内部构件膨胀，其中沿着第一空间方向根据第一热膨胀系数发生长度变化并且沿着第二空间方向根据第二热膨胀系数发生长度变化。长度变化一般分别理解为膨胀以及收缩，其中由于加热尤其分别发生膨胀。
该方法还包括将内部构件插入到相对于该内部构件膨胀的外框架中。
另外，该方法包括冷却外框架，使得该外框架相对于内部构件再次收缩，其中沿着第一空间方向根据第一热膨胀系数再次发生长度变化并且沿着第二空间方向根据第二热膨胀系数再次发生长度变化。长度变化再次一般分别理解为收缩以及膨胀，其中由于冷却尤其分别发生收缩。
根据该方法，外框架在压缩应力下容纳内部构件，使得尤其产生气密的密封。如此制造的连接元件或GTMS因而尤其具有与方向绑定的不同的膨胀。
由于各向异性尤其可以提出，外框架由于冷却如下地在压缩应力下容纳内部构件，使得至少两个不同的压缩应力作用在该内部构件上，即沿着第一空间方向的第一压缩应力和与之不同的沿着第二空间方向的第二压缩应力。
但是另一方面还可以提出，外框架虽然各向异性地收缩，但是对内部构件施加基本上相同的压缩应力。
该方法优选还包括引起或影响外框架的热膨胀或热膨胀系数的各向异性。
据此尤其可以提出，针对性地改变外框架的一个或多个热膨胀系数，使得热膨胀系数分别采取预限定的值。
该方法据此可以包括，引起外框架的材料中的晶相转变，尤其使得在外框架的材料中晶相转变为另外的晶相，尤其使得晶相转变为原本不存在的晶相。由于此类晶相转变，尤其可以针对性地影响外框架的热膨胀行为。
一般而言，引起晶相转变可以通过改变外框架的状态参量来导致。例如可以考虑，在用于膨胀而进行的加热之前使外框架经受用于引起晶相转变和/或用于改变一个或多个热膨胀系数的另外的加热，或者在用于膨胀而进行的加热期间引入晶相转变和/或引起外框架的一个或多个热膨胀系数的改变。
在改变外框架的状态参量、尤其温度时，可以与已知的、如通过实验或仿真获得的依赖于状态参量的曲线进行对比，从而可以预先确定对于所希望的热膨胀系数改变而言所需的状态参量变化。
在改变热膨胀系数的范围内可以提出，如此改变对于第一空间方向的第一热膨胀系数，使得第一热膨胀系数采取介于-142·10-6K-1与+181·10-6K-1之间、优选介于-26·10-6K-1与+49·10-6K-1之间、且特别优选介于-11·10-6K-1与+21·10-6K-1之间的预限定的值。
另外可以提出，如此改变对于第二空间方向的第二热膨胀系数，使得第二热膨胀系数采取介于-11·10-6K-1与+24·10-6K-1之间、优选介于-4·10-6K-1与+21·10-6K-1之间、且特别优选介于-1·10-6K-1与+1·10-6K-1之间的预限定的值。
围绕内部构件施加的外框架优选包含金属、尤其合金，或者由金属或合金组成。优选考虑钛合金并且在此尤其考虑具有钛和铌或者由钛和铌形成的合金。
通过针对性地影响金属或合金的晶体结构，可以针对性地影响膨胀和/或膨胀的各向异性。这能够与方向绑定地实现不同的热膨胀。由此能够实现具有新的工件几何形状和/或材料组合的连接元件、尤其GTMS。
一般而言并且尤其在钛合金(例如钛-铌合金(Ti-Nb))的情况下能够针对性地影响金属晶体结构。这能够实现有时与方向绑定的膨胀而同时可以在另外的空间方向上进行不同的长度变化(直至收缩)。对于据此尤其具有与方向绑定的不同膨胀的连接元件而言，据此可以实现新的工件几何形状和/或材料组合。因此，对于连接元件而言，一般尤其可以通过针对性的修改钛铌合金的微结构来克服迄今为止的界限。
将Nature Communications的文章1429(2017),第8卷,“Giant thermalexpansion andα-precipitation pathways in Ti-alloys”，作者Matthias
Figure BDA0002526122440000041
AjitPanigrahi、Mihai Stoica、Mariana Calin、Eike Ahrens、Michael Zehetbauer、WernerSkrotzki&Jürgen Eckert(DOI:10.1038/s41467-017-01578-1)的内容通过引用结合在本文的公开中。尤其为了针对性地实现对于不同空间膨胀方向的一个或多个热膨胀，参照此文章的内容或其中说明的材料科学的发现。
尤其当外框架包含钛铌合金或由其组成时，但是理论上与此无关地还可以提出，通过外框架的该加热或一种加热、尤其用于膨胀的加热和/或用于引起晶相转变的加热，在钛铌合金中引起相变，使得在钛铌合金中形成α相、β相或ω相；或者形成α相和β相、α相和ω相或者β相和ω相；或者形成α相和β相和ω相。
外框架(尤其合金、尤其Ti-Nb合金)的微结构尤其取决于(例如在炉过程中)加热的温度特征。
例如可以提出，加热外框架或加热外框架以0.01℃/s至1℃/s、优选0.1℃/s至0.3℃/s、例如0.18℃/s的加热速率进行和/或在加热外框架时包括介于700与950℃之间、例如760℃的温度和/或包括0.1至10小时、优选0.5至4.75小时的保持时间。760℃的温度在此例如可以形成最大温度。在此方面还参考再下文所述的方法实施例。
对于连接元件或GTMS，因此可以以加热诱发的方式针对性地改变材料结构。为了进行加热，尤其可以使用熔融炉。
微结构变形在此尤其通过能量输入速率(加热速率；保持时间；最大温度)以及能量级别来实现，其中，如已经说明的，尤其可以形成具有α和β马氏体的区域。
由此产生的晶体结构中的角度(尤其在钛铌合金的情况下)可以与空间轴线绑定地实现极端的热膨胀和较小(在极端情况下甚至负的)的膨胀的组合。
另外，外框架(尤其合金、尤其Ti-Nb合金)的微结构取决于掺入的组分的浓度、尤其Nb的浓度。在Ti-Nb合金的情况下，铌的质量比例优选介于10％与25％之间、优选介于10％与22％之间、特别优选介于17％与22％之间。
替代于铌或附加于铌，还可以使用其他或另外的合金成分。因此合金优选可以包含铽(Tb)、铝(Al)、碳(C)、铬(Cr)和/或铒(Er)。因此可以实现进一步的影响和/或优化。
在内部构件方面，尤其可以考虑玻璃、玻璃状材料和/或透明材料。被外框架包围的内部构件据此尤其包含玻璃、玻璃状材料和/或透明材料，或者由此类材料组成。另外，内部构件可以包括导体通道，所述导体通道延伸穿过内部构件的材料，尤其熔融到其中。
玻璃和玻璃状材料是耐受压缩应力的并且是对拉伸应力敏感的。出于这个原因，迄今为止制造弯曲的GTMS一直都是有问题的。利用本发明通过所设计的热膨胀可以克服这个限制。此外，通过本发明可以使用具有临界的压缩应力耐受性的材料，例如特殊的激光玻璃、晶体等等。
内部构件据此尤其包括以下材料之一或由其组成：玻璃、石英、蓝宝石、玻璃陶瓷、陶瓷、激光玻璃、晶体。
内部构件可以包括如基于硅酸盐的激光玻璃或由其组成(例如LG-680)。内部构件另外可以包括基于磷酸盐的激光玻璃或由其组成(例如Er和Yb掺杂的APG-760和Nd和Yb掺杂的BLG-80)。内部构件还可以包括基于氟磷酸盐的激光玻璃或由其组成(例如Dy和Eu掺杂的)。内部构件另外可以包括基于氯硼酸盐的激光玻璃或由其组成(例如Yb和Nd掺杂的)。内部构件还可以包括如基于铝酸盐的激光玻璃或由其组成(例如Tm和Ho掺杂的)。
包括晶体或由晶体组成的内部构件尤其可以包括ZnSe、IRG2、IRGN6(铝硅酸钙)、IRG11、超尖晶石多晶、ZnS多晶、锆和/或钇或者由其组成。
在一个优选的实施方式中，内部构件包括尤其透明的陶瓷或由其组成。在这种实施方式中，但是还有在一般情况下，内部构件自身以被包裹的方式形成(其中包裹物尤其不是外框架)，例如从而提高耐刮擦性或化学耐受性。
例如内部构件可以包括钇掺杂的二氧化锆(YSZ)或者由其组成并且用Y2O3包裹。这种实施方式的优点是，Y2O3包裹物对YSZ施加压力、补偿YSZ中表面附近的缺陷并且因此提高断裂强度。另外，Y2O3包裹的10YSZ是从近UV直至MIR范围(0.4-6μm，其中透射率可以通过涂层来匹配)透明的、有化学耐受性的、耐刮擦的、光学各向同性的并且具有高折射率。
此外，首先可以提供具有钇掺杂的二氧化锆或由其形成的内部构件，钇掺杂的二氧化锆优选被磨砂和/或抛光，并且钇掺杂的二氧化锆用Y2O3包裹，其中通过热处理可以将钇掺杂的二氧化锆“压力结晶”。
根据一种优选的制造方法，具有被包裹的内部构件的连接元件的制造尤其如下进行，使外框架收缩，使得虽然有径向压缩应力施加于内部构件上，但是施加尽可能小或不施加与之横向的、尤其与之垂直的剪切应力。由此可以减小或避免经涂覆的内部构件的脱层风险。
据此可以提出，匹配外框架的热膨胀张量，使得避免横向于透镜表面、尤其垂直于透镜表面在Y2O3包裹物与金属界面(外框架)之间的扭转应力，并且因此实现具有这种材料组合的气密密封的密焊。
一般而言，例如在上述实施方式中、但是也在一般情况下可以提出，外框架具有对于第三空间方向的第三热膨胀系数，其中该第三空间方向横向于第一空间方向并且横向于第二空间方向延伸和/或基本上在轴向方向上延伸、尤其基本上垂直于第一空间方向并且垂直于第二空间方向延伸，并且第三热膨胀系数的绝对值具有低于1·10-6K-1的、优选低于0.1·10-6K-1的、特别优选低于0.01·10-6K-1的并且仍更优选低于0.001·10-6K-1的值，尤其通过针对性地改变第三热膨胀系数而使得第三热膨胀系数的绝对值具有这些值，尤其使得由于外框架(20)的冷却使外框架(20)在压缩应力下容纳内部构件(30)，从而减小或避免沿着第三空间方向作用于内部构件(30)的应力、例如剪切应力。
另外，内部构件优选还具有小于585MPa、优选小于100MPa、特别优选小于8MPa的压缩应力耐受性。
如已经描述的，本发明尤其能够实现新的工件几何形状，该工件几何形状可以与迄今为止常见的具有平坦的内部构件主表面的径向对称的连接元件有所不同。
据此内部构件尤其可以在横截面中具有非圆形的、而是尤其椭圆形、多边形或修圆的多边形的形状。由于具有各向异性收缩的外框架的冷却，外框架可以在横截面中气密密封地包围内部构件。
另外，内部构件可以在轴向方向上具有至少一个弯曲的、尤其凸形或凹形的表面，另外该表面尤其可以从外框架中伸出，即不要求外框架的边缘突起。
同样可以仅对工件内部的不同膨胀进行匹配。以往这例如在将GTMS熔焊或焊接到构件中之后导致临界的应力。
因此，本发明整体上开启了革新性的应用，例如用于医学技术和生物技术应用。
本发明另外涉及连接元件，该连接元件尤其根据上述方法制造或可制造。
根据本发明，据此提供了一种具有外框架和内部构件的连接元件，其中内部构件在压缩应力下被容纳在外框架中并且外框架具有对于第一空间方向的第一热膨胀系数和与之不同的对于第二空间方向的第二热膨胀系数，其中外框架尤其具有金属或由金属形成并且内部构件尤其具有玻璃或由玻璃形成。因此尤其提供了一种压缩型玻璃对金属密封件(GTMS)。
内部构件尤其如下地在压缩应力下被容纳在外框架中，使得两个不同的压缩应力作用于内部构件上，即沿着第一空间方向的第一压缩应力和与之不同的沿着第二空间方向的第二压缩应力。
对于第一空间方向的第一热膨胀系数优选具有介于-142·10-6K-1与+181·10-6K-1之间、优选介于-26·10-6K-1与+49·10-6K-1之间、且特别优选介于-11·10-6K-1与+21·10- 6K-1之间的值。另外，对于第二空间方向的第二热膨胀系数可以具有介于-11·10-6K-1与+24·10-6K-1之间、优选介于-4·10-6K-1与+21·10-6K-1之间、且特别优选介于-1·10-6K-1与+1·10-6K-1之间的值。
连接元件的外框架尤其包括金属，按目的地包括合金，或者由金属或合金组成。合金在此可以例如形成为钛铌合金，尤其具有介于10％与25％之间、优选介于10％与22％之间、特别优选介于17％与22％之间的铌质量比例。
尤其当外框架包括钛铌合金或者由其组成时、但是与之无关地也可以提出，合金、尤其钛铌合金包含α相、β相或ω相；或者α相和β相、α相和ω相或者β相和ω相；或者α相和β相和ω相。
内部构件尤其可以包括透明材料或由透明材料组成。优选内部构件包括以下材料中的至少一项或由其组成：玻璃、石英、蓝宝石、玻璃陶瓷、陶瓷、激光玻璃、晶体。
尤其考虑上文已经提及的激光玻璃、晶体和陶瓷。另外内部构件可以包括尤其透明的陶瓷或由其组成，优选钇掺杂的二氧化锆。另外，内部构件自身包括用于提高化学耐受性和/或耐刮擦性的包裹物，优选Y2O3。另外，在内部构件之内可以布置一个或多个导体馈通件。
内部构件可以具有小于585MPa、优选小于100MPa、特别优选小于8MPa的压缩应力耐受性。
另外，内部构件在横截面中可以具有非圆形的、而是尤其椭圆形、多边形或修圆的多边形的形状。外框架优选气密密封地在横截面中包围尤其如此形成的内部构件。
内部构件可以在轴向方向上具有至少一个弯曲的、尤其凸形或凹形的表面，该表面尤其可以从外框架中伸出。
连接元件的外框架优选形成为环形的和/或管状的，使得外框架在横截面上完全包围内部构件。另外，外框架可以具有法兰，尤其用于连接到壁部，例如生物反应器的壁部。
本发明最后还涉及一种用于培养微生物或细胞的生物反应器，该生物反应器具有连接到生物反应器的壁部的根据上文说明的连接元件。
将以下公开物的内容通过引用结合到本文的公开中：
·Materials Science&Engineering A 731(2018),A microstructure withimproved thermal stability and creep resistance in a novel near-alphatitanium alloy,Tongbo Wang等人，其中尤其在合金成分方面参考此内容，
·Journal of Alloys and Compounds 763(2018),Influence of the ageingconditions and the initial microstructure on the precipitation of a phase inTi-17alloy,Nicolas Maury等人，其中尤其在合金成分方面参考此内容，
·Journal of Alloys and Compounds 740(2018),Adjustable zero thermalexpansion in Ti alloys at cryogenic temperature,W.Wang等人，其中尤其在将热处理与冷轧结合的制造过程方面参考此内容，
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方法实施例1
根据第一方法实施例，可以用热机械制造方法来制造连接元件，其中尤其可以设置以下步骤中的至少一个或多个，尤其按照其顺序。
根据第一方法实施例可以任选地提出，例如在N2或Ar气氛下将合金成分均匀化。均匀化例如可以在介于900℃与1100℃之间、例如1000℃的温度下在1至3小时、例如2小时的时间段上进行。
根据第一方法实施例可以另外必要时提出，使材料经受冷辊轧或冷轧的步骤，例如以42％至90％的减缩率。由此可以取决于轧制方向实现晶相转变的建模或热膨胀张量的形成。
根据第一方法实施例可以另外必要时设置在700至950℃下退火的步骤，该步骤可以进行例如0.25至1小时、尤其0.5小时。另外可以设置水淬火步骤。
根据第一方法实施例还可以另外必要时提出，从材料中切割出用于外框架的基体。
根据第一方法实施例还可以另外必要时设置匹配步骤，其中在一个或多个热循环中匹配或针对性地改变热膨胀张量(尤其对于第一、第二和/或第三空间方向的热膨胀系数)。
根据第一方法实施例还可以另外提出，将外框架与内部构件或透明工件组合，其中为此可以设置另外的(在必要时最终的)热学阶段。内部构件在此可以被插入到相对于内部构件膨胀的外框架中。
方法实施例2
根据第二方法实施例还可以使用增材的生产方法(增材制造/3D打印)来制造连接元件，从而例如引起相对于层构造方向的各向异性。在第二方法实施例中，必要时附加于上述步骤，可以尤其设置以下步骤中的至少一个或多个。
根据第二方法实施例可以提出使用粉末输送器(Powder Feeder)。这例如可以实现针对性的金属组成、如通过使用Ti粉末和Nb粉末。例如可以实现关于组成(Ti、Nb)的梯度。由此可以针对性地影响热膨胀张量。
根据第二方法实施例可以设置一个步骤或可以设置多个(必要时循环的)加热和/或熔融步骤，其中为此可以使用能量发射器。例如可以将激光束的入射点在材料上移动，如以0.25至5cm/秒、优选1至2.5cm/秒、例如1.7cm/秒的速度，其中例如可以设置600W的功率。因此优选可以实现关于每个层的加热/冷却。还可以通过光学激光发射器(W，cm/秒)和/或层厚度或道宽度实现对循环加热和冷却速率的针对性影响，包括对随着层构造高度而改变的冷却速率的补偿。冷却速率尤其在层构造方向上降低。总体上进而可以由此针对性地影响热膨胀张量。
发生晶相转变(例如形成β相)的温度可以取决于合金组成和/或层构造高度而改变，例如为介于600℃与752℃之间。可以设置激光功率的梯度和/或激光束的入射点在表面上移动的速度的梯度和/或层厚度的梯度(例如254nm直至更大的值)。
附图说明
图1示出根据第一实施方式的连接元件的截面图，
图2示出根据第二实施方式的连接元件的截面图，
图3示出根据第三实施方式的连接元件的截面图，
图4示出根据第四实施方式的连接元件的六个不同的三维图，
图5示出根据第五实施方式的连接元件的六个不同的三维图。
具体实施方式
图1示出具有外框架20和内部构件30的连接元件10的截面图，其中内部构件30轴向地在两侧从外框架20伸出，
图2示出具有外框架20和内部构件30的连接元件10的截面图，其中内部构件30轴向地在两侧与外框架20齐平地封闭，
图3示出具有外框架20和内部构件30的连接元件10的截面图，其中内部构件30轴向地在一侧与外框架20齐平地封闭且轴向地相反地从外框架20伸出，
图4示出具有外框架20和内部构件30的径向对称的连接元件10的不同三维图，其中外框架20沿着两个空间方向R1、R2向内部构件30施加压缩应力并且连接元件围绕空间方向R1弯曲，图5示出具有外框架20和内部构件30的非径向对称的连接元件10的不同三维图，其中外框架20沿着两个空间方向R1、R2向内部构件30施加压缩应力并且连接元件围绕空间方向R1弯曲。
对于本领域技术人员而言明显的是，这些特征(与公开这些特征的位置无关地)还限定了本发明的单独的实质性组成部分，即便已将这些特征与其他特征一起共同描述。与连接元件的制造方法相结合地描述的这些特征尤其还可以用于连接元件，反之亦然，与连接元件相结合地描述的特征还可以用于连接元件的制造方法。
附图标记列表
10 连接元件
20 连接元件的外框架
30 连接元件的内部构件

Claims (28)

1.一种用于制造连接元件(10)的方法，所述连接元件具有尤其包含金属的外框架(20)和尤其包含玻璃的内部构件(30)，所述内部构件处于压缩应力下被容纳在所述外框架(20)中，其中所述外框架(20)具有至少两个不同的热膨胀系数，即对于第一空间方向的第一热膨胀系数和与之不同的对于第二空间方向的第二热膨胀系数，其中所述方法包括以下步骤：
加热所述外框架(20)，使得所述外框架(20)相对于所述内部构件(30)膨胀，其中沿着所述第一空间方向根据所述第一热膨胀系数发生长度变化并且沿着所述第二空间方向根据所述第二热膨胀系数发生长度变化，
将所述内部构件(30)插入到相对于所述内部构件(30)膨胀的所述外框架(20)中，
冷却所述外框架(20)，使得所述外框架(20)相对于所述内部构件(30)再次收缩，其中沿着所述第一空间方向根据所述第一热膨胀系数发生长度变化并且沿着所述第二空间方向根据所述第二热膨胀系数发生长度变化，使得所述外框架(20)在压缩应力下容纳所述内部构件(30)。
2.根据权利要求1所述的用于制造连接元件的方法，
其中由于所述外框架(20)的冷却，所述外框架(20)如下地在压缩应力下容纳所述内部构件(30)，使得两个不同的压缩应力作用于所述内部构件(30)上，即沿着所述第一空间方向的第一压缩应力和与之不同的沿着所述第二空间方向的第二压缩应力。
3.根据权利要求1或2所述的用于制造连接元件的方法，所述方法包括：
引起所述外框架的材料中的晶相转变，尤其使得在所述外框架(20)的材料中晶相转变为另外的晶相，尤其使得晶相转变为原本不存在的晶相。
4.根据权利要求1至3任一项、尤其根据权利要求3所述的用于制造连接元件的方法，所述方法包括：
针对性地改变所述外框架(20)的一个或多个热膨胀系数，使得所述热膨胀系数分别采取预限定的值，
优选地，
其中如此改变对于所述第一空间方向的所述第一热膨胀系数，使得所述第一热膨胀系数采取介于-142·10-6K-1与+181·10-6K-1之间的、优选介于-26·10-6K-1与+49·10-6K-1之间的、并且特别优选介于-11·10-6K-1与+21·10-6K-1之间的预限定的值，和/或
其中如此改变对于所述第二空间方向的所述第二热膨胀系数，使得所述第二热膨胀系数采取介于-11·10-6K-1与+24·10-6K-1之间的、优选介于-4·10-6K-1与+21·10-6K-1之间的、并且特别优选介于-1·10-6K-1与+1·10-6K-1之间的预限定的值。
5.根据权利要求1至4任一项所述的用于制造连接元件的方法，
其中所述外框架(20)包括金属、尤其合金或者由金属、尤其合金组成，并且
所述合金优选形成为钛铌合金，尤其具有介于10％与25％之间的、优选介于10％与22％之间的、特别优选介于17％与22％之间的铌质量比例。
6.根据引用权利要求3的权利要求5所述的用于制造连接元件的方法，
其中所述外框架(20)包括钛铌合金或由钛铌合金组成，并且
其中通过所述外框架(20)的所述加热或一种加热在所述钛铌合金中引起晶相转变，使得在所述钛铌合金中形成α相、β相或ω相；或者α相和β相、α相和ω相或者β相和ω相；或者α相和β相和ω相。
7.根据权利要求1至6任一项、尤其根据权利要求6所述的用于制造连接元件的方法，
其中所述外框架(20)的所述加热或一种加热以0.01℃/s至1℃/s、优选0.1℃/s至0.3℃/s的加热速率进行和/或包括介于700与950℃之间的温度和/或包括0.1至10小时、优选0.5至4.75小时的保持时间。
8.根据权利要求1至7任一项所述的用于制造连接元件的方法，
其中所述内部构件(30)包含透明材料或由透明材料组成，和/或
其中所述内部构件(30)包含以下材料之一或由其组成：玻璃、石英、蓝宝石、玻璃陶瓷、陶瓷、激光玻璃、晶体。
9.根据权利要求1至8任一项所述的用于制造连接元件的方法，
其中所述内部构件(30)包括尤其透明的陶瓷或由所述透明的陶瓷组成，优选钇掺杂的二氧化锆，和/或
其中所述内部构件(30)自身包括用于提高化学耐受性和/或耐刮擦性的包裹物，优选Y2O3。
10.根据权利要求1至9任一项所述的用于制造连接元件的方法，
其中所述内部构件(30)具有小于585MPa、优选小于100MPa、特别优选小于8MPa的压缩应力耐受性。
11.根据权利要求1至10任一项所述的用于制造连接元件的方法，
其中所述内部构件(30)在横截面中具有非圆形的、而是尤其椭圆形、多边形或修圆的多边形的形状，和/或
其中由于所述外框架(20)的冷却，所述外框架(20)在横截面中气密密封地包围所述内部构件(30)。
12.根据权利要求1至11任一项所述的用于制造连接元件的方法，
其中所述内部构件(30)在轴向方向上具有至少一个弯曲的、尤其凸形或凹形的表面，所述表面尤其从所述外框架中伸出。
13.根据权利要求1至12任一项所述的用于制造连接元件的方法，
其中在所述内部构件(30)中布置有导体馈通件。
14.根据权利要求1至13任一项所述的用于制造连接元件的方法，
其中所述外框架(20)具有对于第三空间方向的第三热膨胀系数，其中所述第三空间方向横向于所述第一空间方向并且横向于所述第二空间方向延伸和/或基本上在轴向方向上延伸、尤其基本上垂直于所述第一空间方向并且垂直于所述第二空间方向延伸，并且
其中所述第三热膨胀系数的绝对值具有低于1·10-6K-1的、优选低于0.1·10-6K-1的、特别优选低于0.01·10-6K-1的并且仍更优选低于0.001·10-6K-1的值，尤其通过针对性地改变所述第三热膨胀系数而使得所述第三热膨胀系数的绝对值具有这些值，
尤其使得由于所述外框架(20)的冷却所述外框架(20)在压缩应力下容纳所述内部构件(30)，从而减小或避免沿着所述第三空间方向作用于所述内部构件(30)的应力、例如剪切应力。
15.根据权利要求1至14任一项所述的用于制造连接元件的方法，
其中借助于增材的生产方法、尤其借助于3D打印来制造所述外框架并且其中优选如下地将用于合金的不同组分、尤其用于钛铌合金的钛和铌组分进料，从而形成至少一种组分、尤其铌组分的质量比例梯度，并且其中通过尤其在使用能量发射器、例如激光器的情况下促使针对性地加热和/或冷却所进料的组分，优选针对性地改变所述外框架的一个或多个热膨胀系数。
16.一种连接元件(10)，所述连接元件具有尤其包含金属的外框架(20)和尤其包含玻璃的内部构件(30)，所述内部构件处于压缩应力下被容纳在所述外框架(20)中，尤其根据权利要求1至15任一项可制造或制造所述连接元件，
其中所述外框架(20)具有至少两个不同的热膨胀系数，即对于第一空间方向的第一热膨胀系数和与之不同的对于第二空间方向的第二热膨胀系数。
17.根据权利要求16所述的连接元件(10)，
其中所述内部构件(30)如下地在压缩应力下被容纳在所述外框架(20)中，使得两个不同的压缩应力作用于所述内部构件(30)上，即沿着所述第一空间方向的第一压缩应力和与之不同的沿着所述第二空间方向的第二压缩应力。
18.根据权利要求16或17所述的连接元件(10)，
其中对于所述第一空间方向的所述第一热膨胀系数具有介于-142·10-6K-1与+181·10-6K-1之间、优选介于-26·10-6K-1与+49·10-6K-1之间、且特别优选介于-11·10-6K-1与+21·10-6K-1之间的值，和/或
其中对于所述第二空间方向的所述第二热膨胀系数具有介于-11·10-6K-1与+24·10- 6K-1之间、优选介于-4·10-6K-1与+21·10-6K-1之间、且特别优选介于-1·10-6K-1与+1·10- 6K-1之间的值。
19.根据权利要求16至18任一项所述的连接元件(10)，
其中所述外框架(20)具有对于第三空间方向的第三热膨胀系数，其中所述第三空间方向横向于所述第一空间方向并且横向于所述第二空间方向延伸和/或基本上在轴向方向上延伸、尤其基本上垂直于所述第一空间方向并且垂直于所述第二空间方向延伸，并且
其中所述第三热膨胀系数的绝对值具有低于1·10-6K-1的、优选低于0.1·10-6K-1的、特别优选低于0.01·10-6K-1的并且仍更优选低于0.001·10-6K-1的值，从而减小或避免沿着所述第三空间方向作用于所述内部构件(30)的应力、例如剪切应力。
20.根据权利要求16至19任一项所述的连接元件(10)，
其中所述外框架(20)包括金属、尤其合金或者由金属、尤其合金组成，并且
所述合金优选形成为钛铌合金，尤其具有介于10％与25％之间、优选介于10％与22％之间、特别优选介于17％与22％之间的铌质量比例，
优选地，
其中所述外框架(20)包括钛铌合金或由钛铌合金组成，并且
其中在所述钛铌合金中包含α相、β相或ω相；或者α相和β相、α相和ω相或者β相和ω相；或者α相和β相和ω相。
21.根据权利要求16至20任一项所述的连接元件(10)，
其中所述内部构件(30)包括透明材料或由透明材料组成，和/或
其中所述内部构件(30)包括以下材料之一或由其组成：玻璃、石英、蓝宝石、玻璃陶瓷、陶瓷、激光玻璃、晶体。
22.根据权利要求16至21任一项所述的连接元件(10)，
其中所述内部构件(30)包括尤其透明的陶瓷或由所述透明的陶瓷组成，优选钇掺杂的二氧化锆，和/或
其中所述内部构件(30)包括用于提高化学耐受性和/或耐刮擦性的包裹物，优选Y2O3。
23.根据权利要求16至22任一项所述的连接元件(10)，
其中所述内部构件(30)具有小于585MPa、优选小于100MPa、特别优选小于8MPa的压缩应力耐受性。
24.根据权利要求16至23任一项所述的连接元件(10)，
其中所述内部构件(30)在横截面中具有非圆形的、而是尤其椭圆形、多边形或修圆的多边形的形状，和/或
其中所述外框架(20)在横截面中气密密封地包围所述内部构件(30)。
25.根据权利要求16至24任一项所述的连接元件(10)，
其中所述内部构件(30)在轴向方向上具有至少一个弯曲的、尤其凸形或凹形的表面，所述表面尤其从所述外框架(20)中伸出。
26.根据权利要求16至25任一项所述的连接元件(10)，
其中在所述内部构件(30)中布置有导体馈通件。
27.根据权利要求16至26任一项所述的连接元件(10)，
其中所述外框架(20)形成为环状的，使得所述外框架在横截面中包围所述内部构件，和/或
其中所述外框架具有法兰(22)，尤其用于连接到壁部，例如生物反应器的壁部。
28.一种生物反应器，用于培养微生物或细胞，所述生物反应器具有连接到所述生物反应器的壁部的根据权利要求16至27任一项所述的连接元件(10)。
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