CS200301B1

CS200301B1 - Method of forming of vacuum tight joint between ceramics or metal and ceramic or between metals

Info

Publication number: CS200301B1
Application number: CS237873A
Authority: CS
Inventors: Josef Banyr; Milan Merunka; Otto Sofka; Frantisek Luxa
Original assignee: Josef Banyr; Milan Merunka; Otto Sofka; Frantisek Luxa
Priority date: 1973-04-03
Filing date: 1973-04-03
Publication date: 1980-09-15

Description

Vynález se týká způsobu vytváření «pkuetěeného spoje mezi keramikou a kovem, kovem a kovem, nebo keramikou a keramikou, zejména hořáků vysokotlakých sodíkových výbojek, jejichž 9poj má vykazovat odolnost vůči korozi sodíkovými parami a teplotním rázům při provozu vý- . bójky ztj. až do 1000 °C.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of forming a fused joint between a ceramic and a metal, a metal and a metal, or a ceramic and a ceramic, in particular high pressure sodium discharge burners. buoy ztj. up to 1000 ° C.

Jsou známy rekrystalované pájky na bázi hlinltauu vápenatého s přídavky dalších složek jako kysličník křemičitý SiOg, kysličník hořečnatý MgO, kysličník strontnatý SrO, kysličník barnatý BaO, kysličník boritý BgO^, fluorid vápenatý CaFg.Recrystallized solders based on calcium aluminate are known with the addition of other components such as silica SiOg, magnesium oxide MgO, strontium oxide SrO, barium oxide BaO, boron oxide BgO4, calcium fluoride CaFg.

Různé poměry jak hlavních složek, tak i složek přídavných, umožňují přípravu skelných rekrystalováných pájek o různě vysokém intervalu tavení. Poměry složek a postup chlazení podstatně ovlivňují jak odolnost pájek vůči sodíkovým parám, tak i koeficient teplotní roztažnoati a dlouhodobou stabilitu rekrystalovaná skelné pájky při pracovních teplotách výbojky. V současné době se vakuotěsně spoje vytvářejí tak, že pájka v suspenzi nebo v podobě kroužku ee vl&ží mezi pájené díly a vypálí se příslušnou tavící teplotu. Následuje chlazení,-které pokud je uvedeno -, je velmi složité, často obtížni technicky realizovatelné, viz např. patent USA č. 3,467.510.Different ratios of both the main components and the additional components allow the preparation of glass recrystallized solders with different melting intervals. The component ratios and the cooling process substantially affect both the sodium vapor resistance of the solders, the coefficient of thermal expansion and the long-term stability of the recrystallized glass solder at the lamp operating temperatures. At present, vacuum-tight joints are formed in such a way that the solder in suspension or in the form of a ring is inserted between the brazed parts and the corresponding melting temperature is fired. This is followed by cooling, which, if stated, is very complex, often difficult to technically feasible, see, e.g., U.S. Patent No. 3,467,510.

Nevýhodou současného stavu techniky vytváření spoje mezi kovem a keramikou, zejména hořáků vysokotlakých sodíkových výbojek je, že spoj má při provozních teplotách výbojky nevyhovující odolnost vůči sodíkovým parám, případně má nevyhovující dalěí parametry jakoA disadvantage of the current state of the art of forming a metal-ceramic bond, particularly high pressure sodium burner burners, is that the bond has inadequate sodium vapor resistance at the lamp operating temperatures or other non-compliant parameters such as

200 301200 301

200 301 nevhodnou dilatici, melou přilnavost, špatnou dlouhodobou stabilitu, malou smáčivost materiálů, nízkou tepelnou vodivost, nízkou pevnost vazby kov-pájka atd., vzniklé složením pájky nebo nevhodně voleným chladícím cyklem.200 301 unsuitable dilatation, grind adhesion, poor long-term stability, low wettability of materials, low thermal conductivity, low metal-solder bond strength, etc., resulting from solder composition or an improperly selected cooling cycle.

Nevhodně volený chladicí cyklus má za následek vytvoření špatné krystalické struktury, takže spoj je ohrožen vnitřním pnutím. Nespňuje požadavek vysoké spolehlivosti a reprodukovatelnosti. Životnost složitého a nákladného světelného zdroje je závislá převážně na život nosti tohoto spoje. Použití pájky v suspenzi je technicky nevýhodné.An improperly selected cooling cycle results in the formation of a poor crystalline structure, so that the joint is at risk of internal stress. It does not meet the requirement of high reliability and reproducibility. The lifetime of a complex and expensive light source depends largely on the lifetime of the joint. The use of solder in suspension is technically disadvantageous.

Nevýhody stavu současné techniky odstraňuje způeob podle vynálezu, jehož podstatou je, že pájka na bázi hlinitanu vápenatého s 10, 1 až 15 hmotnostních % kysličníku bernatého a 0 až 10 hmotnostních % kysličníku boritého se vytvaruje do profilu podle tvaru pájených součástí, určených k vakuotěsnému spojení, sintruje se na teplotu v intervalu od 800 °C až do teploty nejméně o 25 °C nižší, než je teplota tavení použité pájky, vloží se mezi tyto pájené součásti, které se fixují v upínacím přípravku, načež se spoj takto připravený zahřívá rychlostí 150 aŽ 200 °C/min na tavící teplotu 1340 až 1450 °C, na kteréžto teplotě se drží po dobu 3 až 5 minut, pak se teplota snižuje rychlostí 20 až 180 °C/min na 950 až 1050 °C, při kteréžto teplotě se zařadí prvá prodleva po dobu 5 aŽ 30 minut, na to se teplota znovu snižuje rychlostí 30 až 50 °C/min na 800 až 900 °C, při kteréžto teplotě se zařadí druhá prodleva po dobu 3 až 5 minut, načež se spoj běžným způsobem v pecí dochladí.Disadvantages of the state of the art are eliminated by the process according to the invention, which is based on the fact that a calcium aluminate solder with 10 to 15% by weight of barium oxide and 0 to 10% by weight of boron oxide is shaped into a profile , sintered to a temperature in the range from 800 ° C to a temperature at least 25 ° C lower than the melting point of the solder used, inserted between these soldered parts, which are fixed in the fixture, and then the joint thus prepared is heated at 150 up to 200 ° C / min to a melting temperature of 1340 to 1450 ° C, at which temperature it is held for 3 to 5 minutes, then the temperature is reduced at a rate of 20 to 180 ° C / min to 950 to 1050 ° C at which temperature shifts the first dwell for 5 to 30 minutes, after which the temperature is again reduced at a rate of 30 to 50 ° C / min to 800 to 900 ° C, at which After a period of 3 to 5 minutes, the joint is cooled in the oven in the usual manner.

Výhoda vynálezu spočívá ve vhodných přísadách k hlinito-vápenatým pájkám, které zabezpečují reprodukovatelnou přípravu vakuotěsného spoje s vysokou odolností vůči sodíkovým parám,The advantage of the invention lies in suitable additives for aluminum-calcium solders, which ensure reproducible preparation of a vacuum-tight joint with high resistance to sodium vapors,

Složení pájky » hmot. % AlgO^ hmot. % CaO hmot. % BaOSolder composition »wt. % AlgO 4 wt. % CaO wt. % BaO

Pájka se připravila v kroužku obdobným způsobem jak je uvedeno v příkladu 1. Kroužek se vložil mezi pájené materiály a celá soustava se opět pájela ve vakuové peci. Celý výpal probíhal opět za vysokého vakua 1,333·1Ο² až 1,333.10“^ Pa. Taviči teplota pájky pro vytvoření spoje byla 1380 °C. Po 5ti minutové výdrži na maximální teplotě nastel opět chladicí cyklus výpalu a to rychlé klesání teploty 80 °C/min na teplotu 1050 °C, při níž došlo k 20minutové výdrži. Další pokles teploty na 850°C probíhal rychlostí 40 °C/min. Při 850 °C se provedla 5ti minutová výdrž. Dochlazování se dělo jako v příkladu 1.The solder was prepared in a ring in a manner similar to that described in Example 1. The ring was inserted between the brazed materials and the whole assembly was again brazed in a vacuum oven. The whole firing was again under high vacuum 1,333 · 133 ² to 1,333.10 “^ Pa. The melting temperature of the solder to form a joint was 1380 ° C. After a 5-minute hold at maximum temperature, the firing cycle of the firing cycle again started, namely a rapid drop of the temperature of 80 ° C / min to a temperature of 1050 ° C, at which a 20-minute hold occurred. Further temperature drop to 850 ° C was at 40 ° C / min. A 5 minute hold was performed at 850 ° C. The cooling was carried out as in Example 1.

Skelnými rekrystalovanými pájkami podle vynálezu lze vytvořit vakuotěsná, tepelně odolné spoje keramiky s kovy kupř. Nb, Ta, Mo, s korundovou keramikou či s průsvitným korundem, případně jejich kombinacemi. Pájky podle vynálezu vykazují vysokou stálost proti korozi sodíkem a jeho parami i při teplotách do 1000 °C.With glass recrystallized solders according to the invention, vacuum-tight, heat-resistant joints of ceramics with metals, e.g. Nb, Ta, Mo, with corundum ceramics or with translucent corundum, or combinations thereof. The solders according to the invention show high stability against corrosion by sodium and its vapors even at temperatures up to 1000 ° C.

Claims

I N MEASUREMENT OF THE INVENTION

A method for forming a ceramic seal between ceramics or metal and ceramics or metal? characterized in that a calcium aluminate solder with 10.1 to 15 weight percent barium oxide and 0 to 10 weight percent boron oxide is formed into a profile according to the shape of the brazed parts to be vacuum-sealed, sintered to a temperature in the range of 800 ° C to a temperature of at least 25 ° C lower than the melting point of the solder used, is inserted between the soldered parts which are fixed in the fixture, and the joint thus prepared is heated at a rate of 150 to 200 ° C / min to a melting temperature of 1340 to 1450 ° C, at which temperature it is held for 3 to 5 minutes, then the temperature is reduced at a rate of 20 to 180 ° C / min to 950 to 1050 ° 0, at which temperature a first dwell time of 5 to 30 minutes is applied, thereafter, the temperature is again reduced at a rate of 30 to 50 ° C / min to 800 to 900 ° C, at which temperature a second dwell time of 3 to 5 minutes is inserted, after which the joint is routinely cool in the furnace.