DE10132578A1

DE10132578A1 - Verfahren zum Verbinden von metallischen und/oder keramischen Formteilen

Info

Publication number: DE10132578A1
Application number: DE2001132578
Authority: DE
Inventors: Jerzy Godziemba-Maliszewski
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2021-07-11
Also published as: DE10132578B4

Abstract

Das Verfahren zum thermischen Verbinden von wenigstens zwei Formteilen aus metallischen und/oder keramischen Werkstoffen mit einem Kleber ist dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile und der Kleber bei Temperaturen oberhalb von 400 DEG C einem Nachpressdurck unterzogen werden und die Querschnittsfläche des Fügebereichs durch die Querschnittsgeometrie der Formteile (1, 2) senkrecht zur Ebene der Fügenaht und/oder durch die Verwendung eines Begrenzungsmittels (4) bestimmt wird. DOLLAR A Einsätze aus hochtemperaturbeständigen Materialien (bis 1200 DEG C) in Form von Einsätzen als Begrenzungsmittel verhindern vorteilhaft das Austreten des bei höheren Temperaturen viskosen Klebers beim Nachpressen und ermöglichen so vorteilhaft eine Fügenaht mit definierten und daher optimalen Abmessungen. DOLLAR A Dieser Effekt kann vorteilhaft auch durch speziell angepaßte Geometrien der Formteile senkrecht zur Ebene der Fügenaht, insbesondere durch Nut-Feder-Geometrien, erzielt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden von Formteilen, insbesondere von Formteilen aus metallischen Werkstoffen miteinander, oder aus metallischen und keramischen Werkstoffen untereinander.

Stand der Technik

In der Verfahrenstechnik für Hochtemperaturprozesse werden immer öfter Verbindungen benötigt, die nicht nur mechanisch fest, gasdicht, oxidations- und temperaturwechselbeständig sind, sondern darüber hinaus auch zusätzliche Anforderungen, wie strukturelle Stabilität, elektrische- und Wärmeisolierung erfüllen. Für solche Aufgaben sind insbesondere keramische Werkstoffe geeignet.
Keramische Werkstoffe werden in der Industrie in den Bereichen der Instandhaltungen und Reparaturen bis zu Temperaturen von 2300°C eingesetzt. Im pulverförmigen Zustand sind chemisch gebundene, keramische Systeme als Beschichtung gegen Verschleiß, Oxidation und Korrosion, als elektrische Isolierung und als Zusatzwerkstoff zum Herstellen von Verbundkörpern erfolgreich eingesetzt worden.
Weiterhin spielen korrosionsbeständige und/oder hochtemperaturfeste metallische Werkstoffe, kompakt oder in gesinterter Form, wegen ihrer Bearbeitungsmöglichkeiten bei korrosiven und thermischen Beanspruchungen von Werkstücken eine bedeutsame Rolle.
Es ist deshalb gängige Praxis, komplizierte Werkstücke aus einfacheren Einzelteilen durch ihre Verbindung herzustellen. Ebenso ist oftmals eine Verbindung zwischen keramischen Formkörpern und Formkörpern aus metallischen Werkstoffen oder Sinterteilen erforderlich.
Die Verbindung von Einzelteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen und daraus bedingten unterschiedlichen Wärmedehnungen ist aus folgenden Gründen nicht ganz unproblematisch. Einerseits treten bei der Anwendung eines thermischen Fügeverfahrens nach der Abkühlung im Werkstück erhebliche Wärmespannungen am Übergang auf. Andererseits können bei mechanischer Belastung solcher Verbundkörper im Fügebereich zusätzliche Spannungen auftreten und in extrem Fällen die Belastbarkeitsgrenzen überschreiten.
Dies ist insbesondere der Fall bei der Verbindung von keramischen mit metallischen Werkstoffen. Probleme können aber auch bei der Verbindung unterschiedlicher metallischer Werkstoffe oder bei Verwendung von keramischen Isolationsverbindungsschichten auftreten, die trotz Ausnutzung von besonderen Verbindungstechnologien und bekannten Übergangsstücken unzureichende Materialeigenschaften aufweisen.
Für die korrosionsbeständige und/oder hochtemperaturfeste Verbindung von Formteilen aus vorher genannten Werkstoffen miteinander, sind aus dem Stand der Technik Hochtemperatur- Fügeverfahren bekannt.
Zu diesen bieten Firmen in ihren Lieferprogrammen eine beträchtliche Anzahl von Zusatzwerkstoffen mit Ausführungsbestimmungen für einen universellen Einsatz und Sonderanwendungen in der Fügetechnik an.
Als Handelsartikel sind keramische Zusatzwerkstoffe (Mischungen von pulverisierten Metallen und/oder Metalloxiden mit einem flüssigen Bindemittel) bekannt, die als Klebstoffe für das Verbinden sowohl von Formteilen aus keramischen Werkstoffen miteinander wie auch von Formteilen aus metallischen und keramischen Werkstoffen miteinander für einen Einsatz bis 2300°C (keramische Werkstoffe) bis 1100°C (metallische Werkstoffe) geeignet sind. Einige Zusatzmaterialien können außerdem als Isolierung oder als elektrischer Leiter angewendet werden. In jedem Fall sind in zuständigen Merkblättern mögliche Auftragsmethoden, optimale Schichtdicken, eventuelle Druckaufbringung zur Erzielung einer gleichmäßigen Fügeschicht und Temperhinweise aufgelistet. Die Einhaltung dieser Vorschriften hat einen Einfluß auf Porösität, Rißbildung und Haftung der Klebstoffe. Bei bedeutenden Unterschieden von Wärmedehnungen wird eine geeignete Vorrichtung empfohlen.
Als Handelsartikel sind auch metallische Zusatzmaterialien (Folien, Bleche, Drähte, Stäbe, legierte Elektroden und Lotpasten als gebrauchsfertige Gemische aus Hartlotpulver und einem Bindemittel mit oder ohne Flußmittelzusatz) bekannt, die zum Verbinden von verschiedenen metallischen Werkstoffen und metallisierten Keramiken für einen Einsatz bis 1100°C angewendet werden können (DEGUSA AG; Hanau).
Diese Zusatzmaterialien erfordern häufig Sonderfügeverfahren (z. B. Vakuumlöten, reduzierende oder Schutzgasatmosphäre, thermische Behandlung) und bestimmte Abmessungen des Lötspalts und/oder eine besondere Fügegeometrie. Die Anwendung von speziellen Querschnittsgeometrien und/oder geeigneten Bewehrungsformen und/oder Begrenzungstegen mit gleichzeitiger Aufbringung eines Nachpressdruckes bei hoher Temperatur führen nachteilig jedoch zur Verformung des Klebstoffsvolumens (Gemisches) aus glasigen und/oder keramischen Elementen.
Der Einsatz von Sonderfügeverfahren verläuft bei einfachen Verbindungen reibungslos, bei komplizierteren Verbindungsformen und/oder dem Einsatz von anspruchsvollen Werkstoffen sind technologische Experimente notwendig, um unzureichende Ergebnisse, wie z. B. Dichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit, zu verbessern.
So beschreibt beispielsweise die DE 5 57 205 die Herstellung von gasdichten Verbindungen zwischen Quarz- oder Glaskörpern einerseits und Metallkörpern andererseits. Zu diesem Zweck wird zunächst pulverförmiges Quarz oder Glas und pulverförmiges Metall derart gemischt, übereinandergeschichtet und gepreßt, dass sich der entstehende Pulverpresskörper vom einem zum anderen Ende allmählich oder stufenweise vom reinen Quarz oder Glas zum reinen Metall ändert. Der Pulverpresskörper oder das geschichtete Pulvergemisch wird zweckmäßig gleichzeitig gepreßt und erhitzt, um dem entstehenden Sinterkörper ein besonders dichtes und rissfreies Gefüge zu geben.
Für die Verbindung von Keramik mit Metall wurde bereits in der DE-PS 30 14 645 vorgeschlagen, einen Metallfilz als spannungsentlastenden Übergang vorzusehen.
Aus der Literatur sind weitere Fügeverfahren von Teilkörpern mit unterschiedlicher Wärmedehnung - insbesondere aus Keramik und Metall - unter Einbeziehung eines Zwischenstücks geeignet, welches aus einer oder mehreren ≥ 0,5 mm dicken Schicht(en) besteht. Die Komponenten der Schicht(en) in Art und Anteil sowie die Schichtdicken und -anzahl sind derart gewählt, dass der Wärmeausdehnungsgradient im Zwischenstück in Richtung senkrecht zu den Fügeflächen maximal 20%, insbesondere nicht mehr als 10%, beträgt. Die Teilkörper und das geschichtete Zwischenstück werden zweckmäßig gleichzeitig gepreßt und erhitzt, um dem entstehenden Verbundkörper ein stufenloses, spannungsfreies Übergangsstück zu schaffen (DE 39 13 362).
Eine Verbindung von Formteilen aus oxidfreien Keramiken (SiC) mit metallischen Werkstoffen oder mit anderen Oxidkeramiken über eine metallische Übergangsschicht wird in der Patentschrift (EP 0 236 856 B1) beschrieben. In ihr werden 5 bis 200 µm dünne Schichten aus einer MnCuFe-Legierung verwendet. Diese Anordnung wird mit einem Druck von 10 MPa belastet und anschließend bei 860°C 15 Minuten einem Diffusionsschweißvorgang im Vakuum unterworfen.
Verbundkörper, die nach den vorher genannten Verfahren erhalten werden, erweisen nachteilig eine beträchtliche Schrumpfung sowie Porenbildung und eine daraus bedingte, insbesondere senkrecht zu den Fügeflächen nicht ausreichende Bruchfestigkeit. Außerdem tritt bei einer Anwendung dieses Verbundkörpers bei typischen Erwärmungs- und Abkühlungsgeschwindigkeiten regelmäßig eine nachteilige Rissbildung auf.

Aufgabe und Lösung

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zum Verbinden von Formteilen zu schaffen, welches eine poren-, riss- und bruchfreie Verbindung zwischen den Formteilen ermöglicht, und insbesondere mit nur geringem technischen Aufwand zu realisieren ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit der Gesamtheit der Merkmale des Hauptanspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens finden sich in den auf diesen Anspruch rückbezogenen Unteransprüchen.

Gegenstand der Erfindung

Das erfindungsgemäße Fügeverfahren sieht vor, dass wenigstens zwei Formteile aus metallischen und/oder keramischen Werkstoffen mit einem Kleber (in einem Sinterschritt) verbunden werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile und der Kleber einem Nachpressdruck bei einer Temperatur oberhalb von 400°C unterzogen werden. Weiterhin wird die Querschnittsfläche des Fügebereichs parallel zu den Oberflächen der Formteile entweder durch die Geometrie der Formteile senkrecht zu den Oberflächen der Formteile und/oder durch die Verwendung von Begrenzungsmitteln bestimmt.
Im Sinne der Erfindung wird der Bereich, über den ein Formteil über den Kleber mit dem zweiten Formteil verbunden wird, der Fügebereich genannt. Unter der Querschnittsfläche des Fügebereichs parallel zu den Oberflächen der Formteile ist die zweidimensionale Ausbreitung des Fügebereichs zwischen den Formteilen gemeint, die je nach Nachpressdruck variieren kann. Demgegenüber charakterisiert die Dicke der Fügenaht den Abstand der Formteile im Fügebereichs nahezu senkrecht zu den Oberflächen der Formteile.
Durch die Kombination von Nachpressdruck bei höheren Temperaturen (> 400°C) und einer Begrenzung der Querschnittsfläche des Fügebereichs wird durch das Verfahren regelmäßig eine optimale Fügenaht zwischen zwei Formteilen erzeugt. Es wird ein freies Austreten des Klebers über den Fügebereich hinaus regelmäßig verhindert und dennoch eine kompakte Fügenaht erhalten. Dies führt insbesondere zu einer besonders poren-, riß- und bruchfreien Fügeverbindung zwischen den Formteilen.
Der Vorgang des Nachpressens findet bei Temperaturen oberhalb von 400°C statt. Vorteilhaft wird die Temperatur an die thermischen Eigenschaften der zu verbindenden Formteile und des Klebers angepaßt. Während des Nachpressens wird ein Aufschmelzen der beteiligten Komponenten, insbesondere der Formteile vermieden. In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird daher eine Temperatur eingestellt, die 100 bis 900 K unterhalb der Schmelztemperatur der Formteile liegt.
Als Nachpressdruck wird bei dem Verfahren vorteilhaft ein Druck zwischen 0,5 MPa (leichter Überdruck) und 45 MPa eingestellt. Die Dauer des Nachpressens hängt von weiteren Verfahrensparametern ab, die ein Fachmann ohne weiteres ermitteln kann. Als Zeitspanne für das Nachpressen werden 1 bis 600 Minuten eingestellt, insbesondere 2 bis 100 Minuten.
Eine Ausführungsform des Verfahrens umfaßt als Begrenzungsmittel Distanzstoffe aus keramischen und/oder metallischen Werkstoffen, die in dem Kleber enthalten sind. Diese weisen eine körnige und/oder abgeflachte Form auf. Der Durchmesser bzw. die Dicke dieses Distanzstoffes liegen in einem Bereich zwischen 0,1 und 1,9 mm. Der Distanzstoff ist an die einzustellenden Temperaturen angepaßt und verformt sich regelmäßig nicht. Der Distanzstoff kann aus dem selben Material wie eines der Formteile bestehen. Der Distanzstoff in dem Kleber verhindert, daß während des Anlegen des Nachpressdruckes die Formteile beliebig nahe aneinander gedrückt werden und eine zu dünne Fügenaht entsteht. Der Durchmesser bzw. die Dicke des Distanzstoffes bestimmen somit die minimale Höhe (Dicke) der Fügenaht. Weiterhin verhindert der Distanzstoff, daß der Kleber frei aus dem Fügebereich austreten kann.
Eine ähnliche Wirkung wird bei der Verwendung eines Einsatzes als Begrenzungsmittel erzielt. Der erfindungsgemäße Einsatz besteht aus einem bis zu 1200°C temperaturbeständigen Werkstoff, insbesondere aus Metall und/oder einer Keramik. Als dafür geeignete Einsätze sind beispielsweise Bleche oder Drähte zu nennen. Bleche sind vorteilhaft perforiert und weisen eine Dicke von 0,05 bis 1,5 mm auf. Dabei sind Perforationen von 10 bis 80% der Blechoberfläche günstig. Die Drähte weisen Durchmesser von 0,05 bis 1 mm auf. Sie können insbesondere in Form eines Rahmens, eines Mäanders oder als ein Drahtgeflecht mit einer geeigneten Geometrie vorliegen. Ein Einsatz verhindert, wie auch schon der vorgenannte Distanzstoff, vorteilhaft eine zu dünne Fügenaht und das freie Austreten des Klebers aus einem vorgegebenen Fügebereich.
Die Distanzstoffe und/oder die Einsätze können gesondert hergestellt werden und mit den zu verbindenden Formteilen ggf. unter Zwischenschaltung von Bindeschichten durch Löten, Sintern, Diffusionschweißen, Punktschweißen oder (isostatischem) Heißpressen hergestellt werden. Bei keramischen Teilkörpern kann eine aktive Bindeschicht angewendet werden, wie sie in der DE 36 08 559 angegeben ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens weisen die Begrenzungsmittel eine um mindestens 5% höhere Wärmeausdehnung als der Kleber auf. Dadurch wird bei entsprechend gewählter Geometrie, z. B. einem Rahmen, während des Anpressens und beim nachträglichen Abkühlen von der Sintertemperatur ein zusätzlicher Nachpressdruck in dem Fügebereich erzeugt.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Fügebereich durch die Querschnittsgeometrie senkrecht zur Oberfläche der Formteile bestimmt. Die Querschnittsgeometrie weist dabei vorteilhaft die Form einer Nut-Feder-Verbindung, bzw. einer Nut-Feder-Nut-Verbindung auf. Die Querschnittsgeometrie senkrecht zur Oberfläche der Formteile ist in dem Fügebereich vorteilhaft entweder keil-, elliptisch- oder kreisförmig als Feder ausgestaltet. Die Feder kann dabei als Teil eines Formteils oder auch als ein zusätzliches Bauteil vorliegen. Entsprechend kann die Feder aus demselben oder einem anderen Material als eines der Formteile bestehen. Sie ist aber ebenso hochtemperaturbeständig wie die Formteile.
Die Auswahl der bevorzugten Gestaltungen von Querschnittsgeometrien der Formteile, die Geometrie der metallischen Einsätze, die Größe der körnigen Distanzstoffe sowie die Bestimmung der technologischen Parameter richten sich in erster Linie nach Konstruktionsgröße und der zum Einsatz kommenden Werkstoffe.
Zusammenfassend lassen sich die folgenden Wirkungsweisen des Verfahrens wie folgt beschreiben:

- die Querschnittsgeometrie und/oder die Distanzstoffe und/oder die Einsätze ermöglichen vorteilhaft das Aufbringen eines höheren Druckes beim Nachpressen bei Temperaturen oberhalb von 400°C;
- beim Aufbringen eines Nachpressdruckes bei erhöhter Temperatur und durch die Anwendung spezieller Querschnittsgeometrien und/oder geeigneter Einsätze findet zwangsläufig eine Verformung und somit eine mindestens 2-axiale Verpressung des Klebstoffsvolumens (Gemisches) aus glasigen und/oder keramischen Elementen statt;
- die speziellen Querschnittsgeometrien und/oder die Einsatzformen ermöglichen, einen höheren spezifischen Druck beim Sintern anzuwenden;
- durch den Einsatz eines Einsatzes mit wählbarem Wärmeausdehnungskoeffizienten kann eine Anpassung der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der zu verbindenden Formteile erzielt werden;
- metallische Einsätze mit einer um mindestens 5% größeren Wärmeausdehnung als die des verwendete Klebstoffs, bewirken beim Aufbringen des Nachpressdruckes und beim Abkühlen von der Sintertemperatur auf Raumtemperatur zusätzliche Anpresskräfte in der Verbindungszone; dadurch werden vorteilhaft Schrumpfungen und Schwindung steuerbar;
- durch ein Voroxidieren oder ein chemisches Beschichten der eingesetzten metallischen Distanzstoffe und/oder der Einsätze kann gegebenenfalls die Isolierfähigkeit oder die Korrosionsbeständigkeit dieser Teile im Fügebereich erzielt werden;
- der Distanzstoff aus bis 1200°C temperaturbeständigen, metallischen oder keramischen Teilkörpern (rund oder flach) bestimmt bei Nachpressen bei erhöhter Temperatur die Dicke der Fügenaht;
- die Querschnittsgeometrie und/oder die Distanzstoffe und/oder die Einsätze verhindern während des Nachpressens bei höherer Temperatur ein freies Austreten des viskosen Glas-Keramikgemisches (Klebstoffes);
- der bewußt homogen gewählte Durchmesser des Distanzstoffes sichert bei der Aufbringung des Nachpressdruckes eine optimale und regelmäßige Fugendicke der Verbindung mit spezieller Querschnittsgeometrie;
- optional kann dem Kleber eine dritte Komponente, als körniger Arretierungsstoff mit bewußt gewähltem, homogenem Durchmesser (ca. 50% kleiner als der körnige Distanzstoff), zugegeben werden, der bei Verwendung eines Einsatzes und beim Aufbringung des Nachpressdruckes zur Positionierung des metallischen Einsatzes, beispielsweise in der Mitte des Fügebereichs, zwischen den zu verbindenden Formteilen führt (der Distanzstoff wird dabei in die Perforation des Einsatzes eingesetzt und sichert eine optimale und regelmäßige Fugendicke);
- optional können dem Kleber weitere zusätzliche körnige Stoffe aus keramischem und/oder metallischem Kornmaterial zugesetzt werden, die bis zu bestimmten Temperaturen inert sind. Sie werden in unterschiedlicher Menge zugegeben, weisen ein oder zwei Korngrößen auf und verfügen über eine 5% bis 65% höhere Wärmeausdehnung als der verwendete Klebstoff. Damit erhöhen sie insgesamt die thermische Ausdehnung des Verbundes aus Kleber und zusätzlichen Materialien und verbessern regelmäßig die mechanischen Eigenschaften der Fügenaht.

Spezieller Beschreibungsteil

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1: Beispiel eines Einsatzes,
Fig. 1a: Ansicht eines Verbundstückes,
Fig. 2: Beispiel eines Einsatzes,
Fig. 2a: Ansicht eines Verbundstückes,
Fig. 3: Beispiel eines Einsatzes,
Fig. 3a: Ansicht eines Verbundstückes,
Fig. 4: Explosionszeichnung einer Verbindung,
Fig. 5, 6: Beispiele des Gefügeaufbaus einer Verbindung in dem ein perforierter Blecheinsatz angewendet ist,
Fig. 7: Beispiel eines mäanderförmigen Drahteinsatzes mit geringen Abständen zwischen den einzelnen Wellen,
Fig. 8: Beispiel eines rahmenförmigen Drahteinsatzes mit geringen Abständen zwischen den einzelnen Wellen,
Fig. 9: Explosionszeichnung einer Keilverbindung,
Fig. 10: Explosionszeichnung einer Verbindung mit einem mäanderförmigen Drahteinsatz und einer keilförmigen Querschnittsgeometrie,
Fig. 11: Explosionszeichnung einer alternativen Gestaltung des Fügebereichs,
Fig. 12: Explosionszeichnung einer Verbindung,
Fig. 13: Explosionszeichnung einer Verbindung,
Fig. 14: Explosionszeichnung einer Keilverbindung.
In der Fig. 1 wird die Ansicht des Einsatzes, der durch eine Umformung des metallischen Drahtes zur mäanderförmigen Form und hiernach mit einem zweitem, ähnlich gestaltendem Draht mit Hilfe des Punktschweißverfahrens verbunden wurde gezeigt.
In der Fig. 2 wird eine weitere Ansicht des Einsatzes gezeigt, welcher aus zwei mittels Umformung hergestellten, perforierten U-Profile gefertigt wurde.
Aus der Fig. 3 wird ein alternativer Einsatz, der durch Umformung des perforierten, Bleches zum I-Profil gefertigt wurde, aufgezeigt. Die Perforation des Bleches wurde mit dem Laserstrahlschneid-Verfahren hergestellt.
Die Fig. 1a bis 3a zeigen die Einsätze der Fig. 1 bis 3 innerhalb von jeweils gesondert hergestellten Verbundstücken. Aus Fig. 1a wird ein Konglomerat aus Klebstoff und einer Mischung aus körnigem Distanzstoff sichtbar, welches den in Fig. 1 gezeigten Drahteinsatz umgibt. Bei Fig. 2a handelt es sich um ein Konglomerat aus Klebstoff und einer Mischung aus körnigem Distanzstoff und Arretierungsstoff welches den in Fig. 2 gezeigten Profileinsatz umgibt. Entsprechendes gilt für die Fig. 3a.
Die Explosionszeichnung einer Verbindung wird in der Fig. 4 deutlich. Der Einsatz aus Draht ist als mäandeförmige Bewehrung gestaltet. Die Bewehrung wird mit einem zweiten, ähnlich gestaltenden Draht, mit Hilfe des Punktschweißens verbunden. Die Mäanderform des Drahtes wirkt als Sperre gegen den Austritt des viskosen Klebstoffes beim Nachpressen.
Die nachfolgenden Fig. 5 und 6 zeigen Beispiele des Gefügeaufbaus einer Verbindung, in der perforierte Blecheinsätze angewendet werden. Die Schlitze 4 in mindestens einem der zu verbindenden Teilkörpern verhindern zusammen mit dem Blecheinsatz als Sperre den Austritt des bei entsprechendem Druck und entsprechender Temperatur viskosen Klebstoffes.
Ein weiteres Beispiel eines mäanderförmigen Drahteinsatzes mit geringen Abständen zwischen den einzelnen Wellen ist in der Fig. 7 zu sehen. In dieser Ausführung ist im Vergleich zu Fig. 1 nur eine Lage der Bewehrung notwendig.
Ein analoges Beispiel mit einem rahmenförmigen Drahteinsatz ist in der Fig. 8 zu sehen. Der Querschnitt des Drahtes für einen solchen Rahmen kann dabei sowohl eine kreisförmige, als auch beispielsweise eine quadratische Form aufweisen. In dieser Ausführung ist im Vergleich zu Fig. 1 ebenfalls nur eine Lage der Bewehrung notwendig.
Die Fig. 9 zeigt in einer Explosionszeichnung eine Keilverbindung, d. h. jeweils einen zweiseitigen Keil und die dazu angepaßte Keilrille. Dies entspricht einer Nut-Feder- Verbindung in der Querschnittsgeometrie senkrecht zu den Oberflächen der Formteile. Die ausgeprägten Federn wirken hier als eine Sperre, die beim Nachpressen den freien Austritt des viskosen Glas-Keramikgemisches (Klebstoffes) verhindert. Es wird somit eine zwangsläufige Verformung und eine mindestens 2-axiale Verpressung des Klebstoffsvolumens erreicht. Diese Gestaltung des Verbundes führt dazu, das keine reine Zugkraft mehr vorliegt, sondern zusätzliche Scher- und Druckkräfte auftreten.
Die Explosionszeichnung der Fig. 10 zeigt eine Verbindung, bei der ein mäanderförmiger Drahteinsatz und eine keilförmige Querschnittsgeometrie zur Anwendung kommen. Das erste Gefüge dichtet die Fuge zwischen einer Platte und einer gerippten Unterlage ab. Die zweite keilförmige Fuge überträgt die Zugkräfte.
Eine alternative Gestaltung der Bindezone zeigt die Explosionszeichnung der Fig. 11. Zwei Schlitze (Nuten) an Rändern der Verbindung ermöglichen das Positionieren von zwei flachen, metallischen oder keramischen Stegen (Federn). Diese Stege dienen der Begrenzung des viskosen Klebstoffes bei hoher Temperatur. Das Austreten wird somit verhindert.
Alternative Explosionszeichnung einer Verbindung gemäß Fig. 12. Die metallischen oder keramischen Einsätze (rund 21 oder flach 22) sind an den Rändern der Verbindung mittels Punktschweißen oder mechanisch mit dem Teilkörper fest verbunden. Der Einsatz aus mäanderförmigem Draht kann, jedoch muß nicht angewendet werden. Die angebrachten, seitlichen Stege wirken als Sperre gegen das Austreten des viskosen Klebstoffes beim Nachpressen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer Verbindung zeigt die Explosionszeichnung der Fig. 13. Statt seitlicher Stege (Fig. 11) ist in diesem Fall eine Verformung der Fläche mittels Umformtechnik vorgestellt.
Auch die in der Fig. 14 als Explosionszeichnung gezeigte weitere Ausführungsform einer Keilverbindung (s. Fig. 9 und 10) fällt unter das erfindungsgemäße Verfahren. Die Verformung (s. Fig. 12) bestimmt den Querschnitt der komplizierten Verbindung.
Zweck der vorgestellten Konstruktion eines Einsatzes ist das Verhindern des Austretens des Klebstoffs, bzw. eines Klebstoffgemisches, während des Nachpressens bei hoher Temperatur an den Rändern des Fügebereichs. Dies ermöglicht weiterhin die Anwendung höherer spezifischer Drücke, da die optimale Dicke der Fügenaht durch einen Einsatz und/oder einen Distanzstoff gesichert wird, und dadurch die Porenbildung im Gefüge regelmäßig verringert wird. Legende zu den Figuren 1, 2 Formteile
3 Kleber
4 Begrenzungsmittel
5 Distanzstoff
6 Einsatz
7 Feder einer Nut-Feder-Verbindung als Begrenzungsmittel

Claims

1. Verfahren zum Fügen von wenigstens zwei Formteilen (1, 2) aus metallischen und/oder keramischen Werkstoffen mit einem Kleber (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile (1, 2) und der Kleber (3) bei Temperaturen oberhalb von 400°C einem Nachpressdruck unterzogen werden, und daß die Querschnittsfläche des Fügebereichs durch die Querschnittsgeometrie der Formteile (1, 2) senkrecht zur Ebene der Fügenaht und/oder durch die Verwendung eines Begrenzungsmittels (4) bestimmt wird.

2. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, bei dem während des Nachpressens die Temperatur auf 100 bis 900 K unterhalb der Schmelzpunkte der zu verbindenden Formteile eingestellt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei dem der Nachpressdruck im Bereich von 0,5 bis 45 MPa eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Nachpressdruck für 1 bis 600 Minuten, insbesondere für 2 bis 100 Minuten, aufrechterhalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem dem Kleber ein körniger und/oder abgeflachter keramischer und/oder metallischer Distanzstoff (5) mit einem Durchmesser und/oder Dicke von 0,1 bis 1,9 mm zugegeben wird.

6. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch 5, bei dem ein hochtemperaturbeständiger Distanzstoff (5) eingesetzt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein bis zu 1200°C temperaturbeständiger Einsatz (6) als Begrenzungsmittel (4) eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, bei dem ein Einsatz (6) aus einem perforierten Blech der Stärke 0,05 bis 1,5 mm als Begrenzungsmittel (4) eingesetzt wird.

9. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, bei dem ein Blech mit einer Perforierung von 10% bis 80% der Blechfläche eingesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, bei dem ein Einsatz (6) aus einem Draht mit einem Durchmesser von 0,05 bis 1 mm als Begrenzungsmittel (4) eingesetzt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem das Begrenzungsmittel (4) eine um mindestens 5% höhere Wärmeausdehnung als der eingesetzte Kleber aufweist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Querschnittsgeometrie der Formteile senkrecht zur Ebene der Fügenaht die Form einer Nut-Feder (7) oder einer Nut-Feder-Nut Verbindung (7) aufweisen.

13. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, bei dem die Querschnittsgeometrie der Feder (7), entweder als Teil eines Formteils oder als zusätzliche Feder, eine Keil-, Kreis- oder elliptische Form aufweist.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 13, wobei eine Feder (7) aus einem metallischen und/oder keramischen Werkstoff eingesetzt wird.