DD293337A5 - Verfahren zum loeten von bauteilen aus polykristalliner al[exp-][ind2]o[exp-][ind3]-keramik - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Loeten von Bauteilen aus polykristalliner Al2O3-Keramik. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Schutz fuer eine Loetverbindung zwischen Al2O3-Bauteilen ueber im Ausdehnungsverhalten angepaszte kristallisierende Glaslote aufzuzeigen, der es ermoeglicht, diese Verbindung beispielsweise bei der Herstellung einer Wellenleiterlaseranordnung zu nutzen.{Loeten von Al2O3 Bauteilen; Wellenleiterlaser; Glaslote}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum stoffschlüssigen Fügen von Bauteilen aus AI₂O₃-Keramiken, über eine nichtmetallische Zwischenschicht.

Einsatz kann dieses Verfahren bei der Herstellung von Wellenleiterlaseranordnungen finden, beispielsweise bei der Fertigung des Laserkanals.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Das Verbinden von A^Oa-Keramikbauteilen ist für die verschiedensten technischen Anwendungen unumgänglich, insbesondere bei der Herstellung von Wellenleiterlaseranordnungen. Bekannt und am weitesten verbreitet ist die Herstellung des Kanslkörperteiles aus mehreren AI₂O₃-Keramikteilen, in die die Kanalform vor dem Fügen eingebracht worden ist.

Gefügt wird durch Diffusionsschweißen oder Löten mit Hilfe anorganischer Zwischenschichten (DE 0276443).

Die bekannten Lösungen -Verbinden mit Metallot oder Aktivlot genügen in der Regel nicht den notwendigen Temperaturbeständigkeitsforderungen an die Baugruppe (DE 3G14645 C2). Nachteilig beim Löten mit Metallot ist die zur Aktivierung der Oberfläche notwendige Metallisierungsstufe.

Aus der DE-OS 2734015 A1 ist ein Haftmaterial bekannt, das als Hauptbestandteile AI₂O₃, La₂O₃, SiO₂ und B₂O₃ enthält. Der Nachteil dieses Verbindungsmaterials ist, daß sehr hohe Temperaturen (1500°C-1700⁰C) mit dem ein erhöhter ofentechnischer Aufwand verbunden ist, zum Schmelzen notwendig sind, wodurch in der hergestellten Verbindung große mechanische Spannungen erhalten bleiben.

In der DD-PS 233837 A1 wird eine Verbindungsmasse für die Herstellung einer mechanisch und thermisch belastbaren Feuerfest-Keramik-Stahlverbindung patentiert. Es werden aber keine Aussagen bezüglich der Anforderungen an die Verbindung (Hochvakuumdichtheit, mechanische Belastung) gemacht.

Von besonderem Interesse und der nachfolgend beschriebenen Erfindung am nächsten kommend ist die OS-DE 3319468A1.

Dabei wurde eine mechanisch feste und bei Betriebstemperatur gasdichte Verbindung mittels einer angeordneten Zwischenschicht zwischen zwei ineinander steckenden keramischen Rohren mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten beschrieben. Allerdings ist diese Verbindung nur bis zu einer Temperatur von 950°C stabil.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Herstellung von Verbindungen aus polykristalliner AI₂O₃-Keramik mit einem geringen gerätetechnischen Aufwand und damit hoher Wirtschaftlichkeit.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kanalkörper eines gasdichten Vollkeramik-CO₂-Wellenleiterlasers und ein Verfahren zu seiner Herstellung zu schaffen, wobei die Verbindung hochtemperaturstabil und königswasserbeständig sein muß. Die Aufgabe wird eriindungsgemäß dadurch gelöst, daß AI₂O₃-Bauteile mittels einer Zwischenschicht, deren Schmelztemperatur niedriger ist, als die der zu verbindenden Teile, gefügt werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Zwischenschicht ein kristallisierendes Glaslot (Körnung <63μητι) mit einem organischen Binder angepastet wird und auf die Oberfläche eines Bauteils aufgebracht wird und das Lot während des Fügeprozesses bei einer Temperatur von 1300⁰C bis 1400°C bei einer Haltezeit von 20 min-120 min unter einer geringen Druckbelastung gesteuert kristallisiert wird. Vorteilhaft ist, die Fügeflächen der Bauteile mit geringem Aufwand mechanisch zu bearbeiten, vorzugsweise durch Schleifen. Es ist vorteilhaft, als ausdehnungsangepaßte Lote die Glaskeramiken Jenit, Bioverit 1 bzw. Bioverit 2 bzw. die Gläser gleicher Zusammensetzung im nichtkeramisierten Zustand zu verwenden.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Auftragen der Zwischenschicht auf die Fügefläche durch die Schablonendrucktechnik erfolgt. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, über die gesamte Fügefläche eine gleichmäßige Schichtdicke aufzubringen und die Teile präzisionsgerecht zu fügen.

Günstig ist es, während des Erwärmungsprozesses eine Trocknungsphase der Paste bei einer Temperatur von 25O⁰C bis 300⁰C bei einer Haltezeit von 30min bis 100min vorzunehmen.

Weiterhin ist der Fügeprozeß dadurch charakterisiert, daß durch eine geringe Druckaufbringung eine Arretierung der Bauteile erfolgt. Der Anpreßdruck muß mindestens so groß sein, daß die Teile während des Fügeprozesses in Kontakt bleiben. Ein höherer Druck ist nicht erforderlich.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich entgegen der bisherigen Meinung der Fachwelt überraschenderweise Al2O₃-Keramik-Bauteile mit Glasloton verbinden, die einen hohen Anteil an kristalliner Phase aufweisen, die eine Temperaturbeständigkeit bis 1100⁰C, vakuumdicht und königswasserbeständig sind.

Ausführungsbeispiel

Die erfinderische Lösung soll an folgendem Beispiel erläutert werden.

Das Vorfahren zum Verbinden von A^C^-Keramik-Bauteilen über eine Glaslot-Zwischenschicht wird zur Herstellung des Entladungskanals eines Wellenleiter-Lasers eingesetzt (Fig. 1). Die Fügeflächen werden mit gebundenem Korn geschliffen. Die gepulverte Glaskeramik (z. B. Bioverit 1) mit maximaler Korngröße von 63pm wird zur Pasterisierung mit 20 Gow.-% Siebdrucköl versetzt und mittels Schablonendruckauf die zu verbindenden Flächendes Grundkörpers (1) aufgebracht. Das Deckelteil (2) wird dann mit dem Kanalteil zusammengesetzt und im Ofen mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10-15 K/min auf 135O⁰C erhitzt und 60min auf dieser Temperatur unter einer Druckbelastung von 0,1 MPa gefügt und mit einer Geschwindigkeit von 10-15K/min abgekühlt. Das Hineinfließen des Lotes in den Laserkanal (4) kann verhindert werden, wenn die Lotschicht in etwa '/3 Abstand (a), bezogen auf die Fläche Kanal-Außenkante des Grundkörpers, aufgetragen wird.

Claims (3)

1. Verfahren zum Löten von Bauteilen, aus polykristalliner AI₂O₃-Keramik, dadurch gekennzeichnet, daß als Zwischenschicht ein kristallisierendes Glaslot (Körnung <63μηι) mit einem organischon Binder angepastet und aufgetragen wird und während des Fügeprozesses bei einerTemperatur von 1300⁰C bis 1450⁰C bei einer Haltezeit von 20min-120min unter einer geringen Druckbelastung die Lote gesteuert kristallisiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lote die Glaskeramiken JENIT, BIOVERIT 1 bzw. BIOVERIT 2 bzw. die Gläser gleicher Zusammensetzung im nichtkeramisierton Zustand als ausdehnungsangepaßte Verbindungsmaterialien verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fügeflächen durch Schleifen und/ oder Polieren vorbereitet werden.