DD281179A5

DD281179A5 - Fuegezusatz zum verbinden von bauteilen aus keramischen werkstoffen

Info

Publication number: DD281179A5
Application number: DD32742089A
Authority: DD
Inventors: Dieter Kluge; Hans-Dieter Schnabel; Jaqueline Sommermeyer
Original assignee: Zwickau Ing Hochschule
Priority date: 1989-04-10
Filing date: 1989-04-10
Publication date: 1990-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Fuegezusatz zum Verbinden von Bauteilen aus keramischen Werkstoffen mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten untereinander. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dasz der Fuegezusatz aus einem Oxidgemisch der Zusammensetzung 40 bis 80% SiO2, 5 bis 20% MgO, 5 bis 40% Al2O3, 1 bis 10% B2O3, 0 bis 5% Li2O in glasiger oder kristalliner Form besteht.{Fuegezusatz; Verbinden; Bauteile; keramischer Werkstoff; Ausdehnungskoeffizient; Oxidgemisch; Zusammensetzung; glasiger Form; kristalliner Form}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Fügezusatz zum Verbinden von Bauteilen aus keramischen Werkstoffen mit niedrigem thermischen Ausdehungskoeffizienten untereinander.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten Verfahren zum Verbinden von Keramik mit niedrigem Ausdehungskoeffiz/snten mittels giasartige oder entglasende Fügezusätze beschränken sich auf das Fügen von Siliziumnitrid untereinander.

Aus der Literatur Iwamoto (Proc. of 2nd Intern. Symp. on Cer. Mat. and Comp, for Engines, Travemünde/BRD 1987) ist das Fügen von Siliziumnitrid untereinander über ein Glas aus dem System TiOz-CaO-SiO₂ bei Temperaturen von 1550X bekannt.

Von Johnson (Fortschrittsber. d. DKG 1 [ 1985] 2 S. 73-83) liegen Ergebnisse vor, die sich auf das Fügen über Gläser aus den Systemen SiO₂-AI₂O₃-YjO₃-Si₃N₄ und SiO₂-AI₂O₃-MgO-Si₃N₄ bei 158O⁰C in Stickstoffüberdruck beziehen.

Auch Owada (Yogyo-Kyokai-Shi 92 [1984] 12 S.693-698) verwendet Oxinitridgläser aus dem System SiO₇-AI₂O₃-MgO-Si₃N₄.

Nachteil der Fügezusätze bei diesen Verfahren ist, daß sie bei hohen Fügetemperaturen zur Verdampfung neigen. Die hohen Temperaturen können zur Zerstörung der am Fügeprozeß beteiligten Werkstoffe führen. Um bei diesen Temperaturen einen erfolgreichen Verbund zu erhalten, ist eine Stickstoffatmosphäre mit Überdruck notwendig.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, einen Fügezusatz zum Verbinden von Bauteilen aus keramischen Werkstoffen mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten untereinander zu schaffen, mit dem eine Verbindung ohne aufwendige Ofentechnik und ohne eine Stickstoffatmosphäre mit Überdruck realisiert werden kann.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen unlösbaren Verbund von Bauteilen aus keramischen Werkstoffen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten mittels eines glasartigen bzw. entglasenden Fügezusatzes auch bei höheren Temperaturen ohne Zerstörung der daran beteiligten Werkstoffe und ohne Verwendung einer Stickstoffatmosphäre mit Überdruck zu realisieren. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Fügezusatz aus einem Oxidgemisch der Zusammensetzung 40% bis 80% SiO₂, 5% bis 20% MgO, 5% bis 40% AI₂O₃,1 % bis 10% B₂O₃,0% bis 5% Li₂O in glasiger oder kristalliner Form besteht. Dem Fügezusatz wird ein organisches oder anorganisches Klebemittel über das Lösungsmittel zugegeben. Dadurch kommt es zu einem Verkleben der Bauteile untereinander. Sie können dann drucklos und ohne Zuhilfenahme einer Stickstoffatmosphäre mit Überdruck gebrannt werden.

Durch diesen Fügezusatz ist das stoffschlüssige Verbinden von Keramiken mit niedrigem thermischem Ausdehnungskoeffizienten untereinander unter Anwendung einfacher Ofentechnik möglich, wodurch sich unter anderem komplizierte Keramikbauteile aus geometrisch einfachen Formen herstellen lassen.

Zwischen die zu verbindenden Bauteile wird der Fügezusatz gebracht und die Bauteile zueinander fixiert und getrocknet. Die fixierten Bauteile werden drucklos auf eine Temperatur zwischen 1000⁰C und 1 500⁰C, vorzugsweise auf 1400⁰C, gebracht und wähl end einer Zeitdauer bis zu 5 Stunden, vorzugsweise 0,5 Stunden, auf dieser Temperatur gehalten und anschließend langsam abgekühlt werden.

Das Erhitzen und Abkühlen erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die ein Absinken der Festigkeit nach dem Brand verhindert. Soweit erforderlich ist eine Nacharbeit der gefügten Teile durch Schleifen möglich.

Ausführungsbolspiel

Dia Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.

Der Fugezusatz zum unlösbaren Verbinden von zwei aus Siliziumnitrid bestehenden Bauteilen setzt sich zusammen aus:

60 % Siliziumoxid (SiO₂)

24 %Aluminiumoxid (AI₂O₃)

7 % Magnesiumoxid (MgO)

3,5% Boroxid (B₂O₃) und

1,0%Alkalien

Die Biegebruchfestigkeit der unter Zuhilfenahme des Fügezusatzec hergestellten Verbindung beträgt 163 + 27MPa (3-Punkt-Biegung Bruch in der Keramik).

Die zum Fügen vorbereiteten Bauteile bestehen aus reaktionsgebundenem Siliziumnitrid. Auf die vorbereiteten Fügeflächen wird der glasartige Fügezusatz obengenannter Zusammensetzung gleichmäßig aufgetragen und die Bauteile zueinander fixiert. Die fixierten Bauteile werden bei einer Temperatur von 11O⁰C zwei Stunden lang getrocknet. Nach dem Trocknen werden die fixierten Bauteile in einem Ofen drucklos auf eine Temperatur von 1420°C erhitzt und für 0,5 Stunden auf dieser Temperatur gehalten. Anschließend setzt der langsame Abkühlungsprozeß ein.

Claims

1. Fügezusatz zum Verbinden von Bauteilen aus keramischen Werkstoffen mit niedrigem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, insbesondere aus Siliziumnitrid, untereinander, mittels eines glaskeramischsn Werkstoffes, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügezusatz aus einem Oxidgemisch derZusammensetzung40% bis80%SiO₂,5% bis 20% MgO, 5% bis40% AI₂O₃,1 % bis 10% B₂O₃,0% bis 5% Li₂O in glasiger c der kristalliner Form besteht.

2. Füc jsatz zum Verbinden von Bauteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem • jgezusatz ein organisches oder anorganisches Klebemittel zugegeben wird.