DE102017216422B3 - Hochdehnendes Fügeglas mit verbesserter Wasserbeständigkeit und seine Anwendungen - Google Patents

Hochdehnendes Fügeglas mit verbesserter Wasserbeständigkeit und seine Anwendungen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fügeglas mit verbesserter Wasserbeständigkeit, das bis auf höchstens Verunreinigungen frei ist von PbO, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a(25-300) von 14·10Kbis 17·10Kund bevorzugt eine Glastransformationstemperatur Tg von 390°C bis 430°C aufweist, enthaltend in mol% auf Oxidbasis 5 - 7 BO, 10 - 14 AlO, 36 - 43 PO, 15 - 22 NaO, 12,5 - 20 KO, 2 - 6 BiOund >0 - 6 ROxid, wobei ROxid ein Oxid ist ausgewählt aus der Gruppe MnOund/oder SiOund/oder SnOund/oder TaOund/oder NbOund/oder FeOund/oder GeO. und/oder CaO Die Erfindung betrifft ebenso Anwendungen dieses Fügeglases.

Description

  • Die Erfindung betrifft zum einen ein Fügeglas, das eine hohe thermische Dehnung aufweist, insbesondere ein hochdehnendes Phosphatglas, das insbesondere zum Fügen von Bauteilen aus Metall, insbesondere Leichtmetall, geeignet ist, sowie Fügeverbindungen mit diesem Fügeglas und dessen Anwendungen. Das erfindungsgemäße Fügeglas weist gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserste Wasserbeständigkeit auf.
  • Als Glas bzw. Fügeglas wird wie dem Fachmann bekannt ist eine amorphe Verbindung der Glaskomponenten verstanden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung können darin kristalline Bereiche enthalten sein. Das Fügeglas kann auch als anorganisches Multikomponentenglas bezeichnet werden. Das Fügeglas ist bis auf höchstens Verunreinigungen, insbesondere von unvermeidbaren Verunreinigungen, frei von PbO. Verunreinigungen können durch die natürliche Vermischung von Rohstoffkomponenten eingetragen werden und/oder durch Restbestände in den zur Herstellung des Fügeglases eingesetzten Installationen. Die Höchstmenge dieser Verunreinigungen beträgt üblicherweise höchstens 1000 ppm, vorteilhaft höchstens 600 ppm. PbO soll in dem erfindungsgemäßen Fügeglas nicht enthalten sein, weil PbO als umweltbedenklich gilt und das erfindungsgemäße Fügeglas durch dessen Abwesenheit auch einen Beitrag zur Umweltverträglichkeit der damit hergestellten Produkte leisten soll. Besonders vorteilhaft ist das Fügeglas auch bis auf höchstens Verunreinigungen frei von BaO. Als Obergrenzen von BaO-Verunreinigungen können 1000 ppm, vorteilhaft 500 ppm, ganz besonders vorteilhaft 100 ppm angegeben werden. Unter bestimmten Betriebsbedingungen sind Kontaktreaktionen von BaO mit Metallen als Fügepartnern zu beobachten, welche den Fügeverbund schwächen können.
  • Das Fügeglas weist einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a(25-300) von 25°C bis 300°C von 14·10-6 K-1 bis 17·10-6 K-1 auf. Dies macht es geeignet, um Fügeverbindungen insbesondere mit Leichtmetallen herzustellen, die ebenfalls einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Bevorzugt weist das Fügeglas eine Glastransformationstemperatur Tg von 390°C bis 430°C auf. Tg ist für den Fachmann mit den bekannten Methoden einfach zu messen. Die für das Herstellen von Glas-Metallverbindungen relevante Einschmelztemperatur ist deutlich schwieriger zu bestimmen. Sie ist immer höher als Tg, liegt für die erfindungsgemäßen Fügegläser vergleichsweise niedrig und ermöglicht somit ebenso den Einsatz zum Fügen von Leichtmetallen, die üblicherweise eine niedrige Schmelztemperatur aufweisen. Weil Tg sehr viel einfacher zu messen ist, wird Tg als Indiz für die Einschmelztemperatur herangezogen. Zur Herstellung einer Fügeverbindung sollte die Einschmelztemperatur des Fügeglases unterhalb der Schmelztemperatur des metallenen Fügepartners liegen, insbesondere unterhalb der Schmelztemperatur der verwendeten Leichtmetalle.
  • Das erfindungsgemäße Fügeglas weist gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Wasserbeständigkeit auf. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die damit hergestellten Fügeverbindungen Umwelteinflüssen und/oder wasserhaltigen Substanzen wie Reaktionsträgern und/oder Elektrolyten ausgesetzt werden. Gleiches gilt selbstverständlich für Wasserdampf.
  • Das erfindungsgemäße Fügeglas enthält in mol% auf Oxidbasis 4 - 8 % B2O3 oder vorteilhaft 5 - 7 % B2O3, 10 - 14 % Al2O3, 36 - 43 % P2O5, 15 - 22 % Na2O, 12,5 - 20 % K2O, 2 - 6 % Bi2O2 und >0 - 4 % als Summe zumindest eines Zusatzoxids, das ROxid genannt wird. Dies bedeutet, dass ROxid zwangsweise mit einem Anteil von mehr als 0% in dem erfindungsgemäßen Fügeglas enthalten ist.
  • Alle Gehaltsangaben erfolgen sofern nichts weiter angegeben ist in mol% auf Oxidbasis.
  • ROxid ist einzeln oder in jeder beliebigen Kombination MnO2 und/oder SiO2 und/oder SnO2 und/oder Ta2O5 und/oder Nb2O5 und/oder Fe2O3 und/oder GeO2.
  • Das erfindungsgemäße Fügeglas weist einen Wärmeausdehnungskoeffizient a(25-300) im Bereich 14·10-6K-1 bis 17·10-6K-1 auf, insbesondere 15·10-6K-1 bis 17 +10-6K-1. Dies befähigt es zum Herstellen von Fügeverbindungen mit hochdehnenden Metallen, insbesondere Leichtmetallen und/oder hochdehnenden Edelstählen.
  • Die Erfinder haben erkannt, dass sich überraschend die Wasserbeständigkeit des Fügeglases mit den angegebenen Komponenten durch das erfindungsgemäße Vorhandensein von Bi2O3 und dem angegebenen ROxid deutlich verbessert. Es wird vermutet, dass Bi2O3 und ROxid synergistisch zusammen wirken und zumindest bereichsweise in der Glasmatrix verbundene Bereiche bilden, welche das Glasgefüge so stabilisieren, dass bei einem Wasserangriff Ionen weniger leicht aus der Glasmatrix herausgelöst werden können. Dies war anhand des Standes der Technik nicht vorhersehbar.
  • Phosphatgläser sind beispielsweise aus der WO 2012/110247 A1 bekannt geworden. Bei den aus der WO 2012/110247 A1 bekannten Phosphatgläser handelt es sich um Lotgläser, die dazu verwendet werden, Metalle mit einer hohen Wärmeausdehnung und niedrigen Schmelztemperaturen miteinander zu verbinden, beispielsweise durch Verlöten. Bi2O3 ist in den PbO-freien Varianten nicht enthalten. Ebenso ist kein ROxid erwähnt. Daher ist der WO 2012/110247 A1 kein Hinweis auf Fügegläser entsprechend der Erfindung zu entnehmen, insbesondere nicht auf die dadurch erreichte Verbesserung der Wasserbeständigkeit.
  • Die WO 2012/110243 A1 offenbart Phosphatglaslote, die Bi2O3 enthalten können. Es hat sich gezeigt, dass diese Materialien unter bestimmten Betriebsbedingungen und/oder Anwendungsgebieten ebenfalls unter Wasserangriffen leiden können. Insbesondere zeigen die in der WO 2012/110243 A1 offenbarten Materialien kein ROxid.
  • Weitere Glaslote auf Phosphatglasbasis sind aus einer Vielzahl von Dokumenten bekannt geworden. So beschreibt die US 5,262,364 A ein hochdehnendes Glaslot, umfassend 10 bis 25 mol.-% Na2O, 10 - 25 mol.-% K2O, 5 - 15 mol% Al2O3, 35 - 50 mol% P2O5, 5 - 15 mol.-% PbO und/oder BaO. Das in der US 5,262,364 offenbarte Glaslot hat eine Wärmeausdehnung α im Bereich von 16 ·10-6K-1 bis 21·10-6K-1. Nachteilig an dem Lot gemäß der US 5,262,364 war unter anderem, dass das Glaslot zwangsläufig PbO oder BaO, enthielt sowie einen relativ hohen Anteil an Na2O. Das Glaslot der US 5,262,364 enthält kein Bi2O3 und weist vergleichsweise schlechte Wasserbeständigkeiten auf.
  • Aus der US 5,965,469 A ist ein bleifreies, hochausdehnendes Glaslot bzw. Schmelzglas für Anwendung in einem hermetischen Gehäuse für Hochfrequenzanwendungen gezeigt. Das aus der US 5,965,469 bekannte bleifreie hochausdehnende PbO-freie Glaslot umfasst in den Beispielen 7,5 - 12 mol% Al2O3 und 40 - 50 mol% P2O5. Bi2O3 ist nicht erwähnt. Diese Materialien tendieren somit zu höhreren Al2O3- und P2O5-Gehalten und legen kein Zusammenwirken von Bi2O3 und ROxid nahe, um die Wasserbeständigkeit zu verbessern.
  • Nachteilig an allen Phosphatgläsern, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, ist ihre geringe bzw. verbesserungswürdige Beständigkeit gegenüber Feuchte, d.h. deren Wasserbeständigkeit. Bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen ist jedoch eine Beständigkeit gegenüber Feuchte gefordert und von entscheidender Bedeutung. Insbesondere spielt bei einer Verwendung von hochausdehnenden Phosphatgläsern wie Durchführungen für Speichereinrichtungen sowie Batterien und Kondensatoren eine Beständigkeit gegenüber Feuchte eine wichtige Rolle. Dies betrifft insbesondere die Feuchte der Umgebungsluft oder die Benetzung mit Wasser.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Fügeglas wird die verbesserte Beständigkeit gegenüber Feuchte wie vermutet und bereits beschrieben von dem Zusammenwirken von Bi2O3 und ROxid erreicht, insbesondere mit den beschriebenen Gehalten. ROxid umfasst wie beschrieben zumindest eines der folgenden Oxide CaO, MnO2, SiO2, Ta2O5, SnO2, Nb2O5, Fe2O3, GeO2. sowie jegliche Kombinationen derselben, die wie beschrieben im Sinne der Erfindung immer in Kombination mit Bi2O3 vorliegen. Dabei scheinen MnO2, Ta2O5 und Nb2O5 den größten Effekt auf eine verbesserte Wasserbeständigkeit zu haben. SiO2 verbessert neben der Wasserbeständigkeit die rationelle Herstellbarkeit des Fügeglases und dessen Säurebeständigkeit. Allerdings erhöht SiO2 auch die Einschmelztemperatur. Mit der geeigneten Wahl der Bestandteile von ROxid und/oder deren Kombination können somit Eigenschaften des Fügeglases, die für das damit herzustellende Produkt relevant sind, beeinflusst werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fügeglas 3,0 - 6 mol% MnO2 auf. Die Erfinder haben erkannt und experimentell nachgewiesen, dass sich dadurch gute Wasserbeständigkeiten erreichen lassen. Insbesondere bevorzugt kann MnO2 mit einem Gehalt von 3,2 - 4,9 mol% enthalten sein, vorteilhaft auch von 3,4 - 4,9 mol%. Wie Versuche gezeigt haben verbessert insbesondere der Gehalt an MnO2 die Haftung des Fügeglases an Leichtmetallen, insbesondere an Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen. Vorteilhafterweise können damit besonders rationell hermetisch dichte Fügeverbindungen mit Leichtmetallen, insbesondere Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen hergestellt werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das Fügeglas SiO2, alternativ oder zusätzlich zu den vorgenannten Komponenten, von 0,01 - 1,8 mol%, besonders vorteilhaft von 0,01 - 1,6 mol%. Mit diesen Gehalten lassen sich Fügegläser mit guter Wasserbeständigkeit herstellen. Ebenso ist die Beständigkeit gegenüber Elektrolytlösungen gut, wie sie beispielsweise in Kondensatoren und/oder Batterien und/oder Akkumulatoren angewendet werden.
  • Ebenso vorteilhaft sind zusätzlich oder alternativ als ROxid enthalten 0 - 0,3% CaO und/oder 3,5 - 4,7 % MnO2 und/oder 0,01 - 1,1% SiO2.
  • Besonders bevorzugt enthält das Fügeglas als ROxid, alternativ oder zusätzlich zu den vorgenannten ROxiden, 0,01 - 2,8 mol% GeO2. und/oder 0,01 - 2,4 mol% SnO2 und/oder 0,01 - 2,1 mol% Fe2O3 und/oder 0,01 - 2,2 mol% Ta2O5 und/oder 0,01 - 2,0 mol% Nb2O5 und/oder 0,01 - 0,4 mol% CaO.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform enthält das Fügeglas in mol% auf Oxidbasis 36 - <42 % P2O5, insbesondere bevorzugt 37,6 - 39,9 %. Weiterhin besonders bevorzugt enthält das Fügeglas in mol% auf Oxidbasis 5,5
    • - 6,8 % B2O3, 11,4 - 12,8 % Al2O3, 15,4 - 20,9 % Na2O, 12,8 - 19,8 % K2O, 2,5
    • - 4,5 % Bi2O2.
  • Alle in dieser Beschreibung genannten bevorzugten und/oder besonders bevorzugten Bereiche können einzeln oder in jeder beliebigen Kombination mit den zuvor genannten Bereichen der jeweils anderen Komponenten kombiniert werden.
  • Bevorzugt ist der molare Anteil an Alkalioxiden auf maximal 36 Mol% beschränkt und insbesondere bevorzugt auf maximal 35 Mol% beschränkt. Dies gilt für alle genannten vorteilhaften und bevorzugten Bereiche. Dadurch kann ein Beitrag zur verbesserten Wasserbeständigkeit erreicht werden. Allerdings haben die Erfinder erkannt, dass Alkalioxide ebenfalls benötigt werden, um die hohe thermische Dehnung des Fügeglases zu erreichen. Hier ergibt sich ein Zielkonflikt, dem erfindungsgemäß durch einen bevorzugten Mindestgehalt an Alkalioxiden von 32 mol% begegnet wird. Die Untergrenze des Gehalts der Alkalimetalle beträgt 27,5 mol%. Vorteilhaft beträgt der Gehalt von Alkalioxiden mindestens 30%, besonders vorteilhaft mindestens 31 mol%, insbesondere besonders vorteilhaft mindestens 33 mol%.
  • In einer besonders vorteilhafte Ausführungsvariante ist das Fügeglas bis auf höchstens Verunreinigungen frei von Cs2O. Als Obergrenze dieser Verunreinigung kann auch ein Gehalt von 500 ppm, insbes. 200 ppm angegeben werden.
  • Das erfindungsgemäße Fügeglas weist wie beschrieben einen Wärmeausdehnungskoeffizient a(25-300) im Bereich 14·10-6K-1 bis 17·10-6K-1 auf, insbesondere 15·10-6K-1 bis 17 +10-6K-1. Damit liegt die thermische Ausdehnung des Glasmaterials in der Größenordnung gängiger Metalle wie Aluminium (α ≈ 23 ·10-6K-1) oder Kupfer (α ≈ 16,5 ·10-6 K-1). Es existieren hochdehnende Edelstähle, deren thermische Ausdehnung auch in etwas von 10·10-6K-1 bis 17·10-6K-1 beträgt. Die Hochdehnenden dieser Edelstähle sind ebenfalls mit dem erfindungsgemäßen Fügeglas zu verbinden, insbesondere wenn das erfindungsgemäße Fügeglases so gewählt wird, dass seine thermische Ausdehnung größer als die des entsprechenden Edelstahls ist.
  • Die Transformationstemperatur Tg, wie sie beispielsweise in „Schott Guide to Glass, Second Edition, 1996, Chapman & Hall, Seiten 18-21“ definiert ist, liegt bevorzugt im Bereich 390° C bis 430° C. Dies erlaubt wie bereits beschrieben das Fügen mit den beschriebenen Metallen, andererseits wird aber auch eine Temperaturfestigkeit beim Betrieb einer mit dem Fügeglas hergestellten Einrichtung bereitgestellt. Beispielsweise kann das Fügeglas in Batterie- und/oder Akkumulatorgehäusen eingesetzt werden. Im Falle einer hohen Stromentnahme oder eines Kurzschlusses entstehen hohe Temperaturen, welchen das Fügeglas beim Einhalten bestimmter Designparameter des Gehäuses zu widerstehen vermag. Mit anderen Worten ausgedrückt ermöglicht das erfindungsgemäße Fügeglas dem Gehäuse- und/oder Batteriehersteller, Batterien und/oder Akkumulatoren zu verwirklichen, die selbst im Fall eines Kurzschlusses eine erhöhte Sicherheit aufweisen.
  • Ganz besonders vorteilhaft ist es, wenn die Gläser neben einer Transformationstemperatur Tg im Bereich von 390° C bis 430° C eine Verschmelztemperatur < 600° C aufweisen. Unter der Verschmelztemperatur bzw. Verschmelzungstemperatur bzw. Lottemperatur des Glases oder der Glaskeramik wird diejenige Temperatur des Glases oder der Glaskeramik verstanden, bei der das Glasmaterial erweicht und so an dem mit dem Glasmaterial zu verschmelzenden Metall dicht anliegt, so dass eine Fügeverbindung zwischen dem Glas oder der Glaskeramik und dem Metall erhalten wird. Die Verschmelztemperatur kann beispielsweise über die Halbkugeltemperatur wie in R. Görke, K.-J. Leers: Keram. Z.48 (1996) 300-305 oder nach DIN 51730, ISO 540 oder CEN/TS 15405 und 15370-1 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt voll umfänglich in vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird, bestimmt werden. Die Messung der Halbkugeltemperatur ist ausführlich in der DE 10 2009 011 182 A1 , deren Offenbarungsgehalt voll umfänglich in vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird, erläutert. Gemäß der DE 10 2009 011 182 A1 kann die Halbkugeltemperatur in einem mikroskopischen Verfahren mit einem Heiztischmikroskop bestimmt werden. Sie kennzeichnet diejenige Temperatur, bei der ein ursprünglich zylindrischer Probenkörper zu einer halbkugelförmigen Masse zusammengeschmolzen ist. Der Halbkugeltemperatur lässt sich eine Viskosität von ungefähr logη = 4,6 dPas zuordnen, wie der Fachliteratur entnommen werden kann.
  • Wird ein kristallisationsfreies Glas, beispielsweise in Form eines Glaspulvers, aufgeschmolzen und wieder abgekühlt, so dass es erstarrt, kann es üblicherweise bei der gleichen Schmelztemperatur auch wieder aufgeschmolzen werden. Dies bedeutet für eine Fügeverbindung mit einem kristallisationsfreien Glas, dass die Betriebstemperatur, welcher die Fügeverbindung dauerhaft ausgesetzt sein kann, nicht höher als die Verschmelztemperatur sein darf und vorteilhaft auch nicht höher als die Glastransformationstemperatur Tg, welche niedriger als die Verschmelzungstemperatur ist, um die mechanische Stabilität des Verbunds sicherzustellen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Fügeglas kristalline Bereiche auf, welche phosphathaltige Kristallphasen beinhalten. Die Kristallphasen können insbesondere beim Verschmelzprozess des Glases mit dem Fügepartner entstehen. Das Material beinhaltend die Kristallphasen hat einen höheren Schmelzpunkt als das Ursprungsmaterial. So kann erreicht werden, dass die maximale Betriebstemperatur höher als die Einschmelztemperatur sein kann.
  • Besonders bevorzugt umfassen die Kristallphasen Kristalle aus dem Bi2O3-P2O5 -System und/oder R2O -Al2O3 - P2O5 - System, insbesondere dem K2O - Al2O3 - P2O5 - System.
  • Glaszusammensetzungen, wie sie vorliegend eingesetzt werden, werden im Allgemeinen oftmals aus einem Glaspulver hergestellt, das aufgeschmolzen wird und unter Wärmeeinwirkung mit den zu verbindenden Bauteilen die Fügeverbindung ergibt. Die Verschmelztemperatur bzw. Schmelztemperatur entspricht in der Regel etwa der Höhe der sogenannten Halbkugeltemperatur des Glases. Gläser mit niedrigeren Verschmelztemperaturen bzw. Schmelztemperaturen werden auch als Glaslote bezeichnet. Anstelle von Verschmelz- oder Schmelztemperaturen wird in einem solchen Fall von Lottemperaturen bzw. Löttemperaturen geredet. Die Verschmelztemperatur oder Lottemperatur kann um ± 20 K von der Halbkugeltemperatur abweichen.
  • Das zuvor genannte Glas ist unter Normalatmosphären insbesondere mit Al (einschließlich Aluminiumlegierungen) und/oder Ti (einschließlich Titanlegierungen) und/oder Cu verlötbar bzw. verschmelzbar. Die erfindungsgemäßen Gläser eignen sich insbesondere für den Kontakt mit aggressiven, fluorhaltigen Medien, wie sie beispielsweise als Elektrolyten in Li-Ionen-Batterien Verwendung finden.
  • Die erfindungsgemäßen Fügegläser bzw. Glaszusammensetzungen weisen eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber wasserhaltigen Elektrolyten sowie nicht wässrigen Batterieelektrolyten auf, insbesondere gegenüber Batterieelektrolyten mit Karbonaten, bevorzugt Karbonatmischungen mit einem Leitsatz, insbesondere umfassend LiPF6.
  • Die Erfindung umfasst neben dem Fügeglas auch den Verbund des erfindungsgemäßen Fügeglases mit einem Metall. Ein solcher Verbund wird üblicherweise als Glas-Metallverbund bezeichnet. Aufgrund seiner Eigenschaften ist das Fügeglas besonders dazu geeignet, einen Glas-Metallverbund mit Leichtmetallen herzustellen, die ebenso von der Erfindung umfasst sind. Als Leichtmetall werden bekanntermaßen Metalle einschließlich Legierungen verstanden, deren Dichte unter 5 g/cm3 liegen. Besonders geeignete Leichtmetalle zum Herstellen des erfindungsgemäßen Glas-Metallverbunds sind Magnesium und Magnesiumlegierungen, Titan und Titanlegierungen sowie Aluminium und Aluminiumlegierungen.
  • Den Leichtmetallen ist üblicherweise gemein, dass sie nur begrenzt thermisch belastbar sind. Aluminium bzw. Aluminiumlegierungen bis maximal ca. 600° C thermisch belastet werden können, bevor die aus Aluminium bestehenden Bauteile erweichen und für die Anwendung unbrauchbar werden.
  • Ebenso vorteilhaft und von der Erfindung umfasst können auch Glas-Metallverbunde mit Stahl und/oder Kupfer und/oder Kupferlegierungen und/oder AlSiC mit dem erfindungsgemäßen Fügeglas hergestellt werden. Insbesondere ist es möglich, ein Bauteil aus einem der genannten Metalle mittels dem Fügeglas mit einem Bauteil oder Bauteilabschnitt aus einem der anderen genannten Metalle zu verbinden. Es liegt dann sozusagen ein Glas-Metallverbund vor, der an einer Grenzfläche die Verbindung zu einem der genannten Metalle und an der anderen Grenzfläche zu einem gleichen oder anderen Metall herstellt. Der beschriebene Glas-Metallverbund profitiert dabei insbesondere von den beschriebenen verbesserten Eigenschaften des Fügeglases.
  • Neben dem Glas bzw. der Glaszusammensetzung und dem Glas-Metallverbund gibt die Erfindung auch eine Durchführung, insbesondere eine elektrische Durchführung, und/oder eine elektrische und/oder elektronische und/oder elektrochemische Einrichtung an. Diese sind bevorzugt eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, ein Akkumulator, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ein Kondensator, ein Superkondensator, ein Sensorgehäuse, ein Aktuatorgehäuse, ein Mikrocontrollergehäuse und/oder ein medizinisches Implantat, das insbesondere in den menschlichen oder tierischen Körper einbringbar und/oder an diesen anbringbar ist, und oder ein diagnostisches und/oder therapeutisches Gerät.
  • Obwohl hier desöfteren als Beispiel für Batteriedurchführungen beschrieben, ist die Erfindung hierauf nicht beschränkt. Die Glaszusammensetzungen können bei Durchführung jedweder Art eingesetzt werden, insbesondere auch in solchen, bei denen der Grundkörper und/oder das Gehäuse und optional auch der Leiter ein Leichtmetall, insbesondere Aluminium oder Titan einschließlich Legierungen derselben ist. Denkbare Durchführungen sind Durchführungen beispielsweise für Bauteile, insbesondere Elektronikbauteile, die im Leichtbau, beispielsweise im Flugzeugbau in der Raumfahrt Verwendung finden, und die insbesondere eine ausreichende Temperaturbeständigkeit aufweisen müssen. Elektronikbauteile können beispielsweise Sensoren und/oder Aktuatoren sein.
  • Durchführungen, insbesondere Batteriedurchführungen, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Batterie, bevorzugt für einen Lithium-Ionen-Akkumulator, weisen einen Grundkörper auf, wobei der Grundkörper wenigstens eine Öffnung aufweist, durch die ein Leiter, insbesondere ein im Wesentlichen stiftförmiger Leiter in einem Glasmaterial mit erfindungsgemäßer Zusammensetzung hindurchgeführt wird, wobei der Grundkörper bevorzugt ein niedrig schmelzendes Material, insbesondere ein Leichtmetall, bevorzugt Aluminium, AlSiC, Magnesium oder Titan umfasst. Auch Legierungen, insbesondere Leichtmetalllegierungen wie Aluminiumlegierungen, Magnesiumlegierungen oder Titanlegierungen, beispielsweise Ti6246 oder Ti6242 sind denkbar. Titan ist ein körperverträgliches Material, so dass es für medizinische Anwendungen zum Einsatz kommt, beispielsweise in der Prothetik und/oder Therapie und/oder Diagnostik. Ebenso wird es wegen der besonderen Festigkeit, Beständigkeit und geringem Gewicht in besonderen Anwendungen gerne verwendet, beispielsweise im Rennsport, aber auch für Luft- und Raumfahrtanwendungen.
  • Weitere Materialien für den Grundkörper und/oder das Gehäuse, insbesondere Batteriegehäuse, sind Metalle, insbesondere Stahl, nicht rostender Stahl, Edelstahl oder Werkzeugstahl, der für eine spätere Wärmebehandlung vorgesehen ist. Verwendbar als Edelstähle sind beispielsweise X12CrMoS17, X5CrNi1810, XCrNiS189, X2CrNi1911, X12CrNi177, X5CrNiMo17-12-2, X6CrNiMoTi17-12-2, X6CrNiTi1810 und X15CrNiSi25-20, X10CrNi1808, X2CrNiMo17-12-2, X6CrNiMoTi17-12-2. Um eine besonders gute Verschweißbarkeit sowohl beim Laserschweißen wie auch beim Widerstandsschweißen zur Verfügung stellen zu können, als Material für den Grundkörper und/oder das Gehäuseteil, insbesondere das Batteriezellengehäuse, ganz besonders Edelstähle, insbesondere Cr-Ni-Stähle mit den Werkstoff-Nummern (WNr.) gemäß Euro-Norm (EN) 1.4301, 1.4302, 1.4303, 1.4304, 1.4305, 1.4306, 1.4307 verwandt. Als Normalstahl kann St35, St37 oder St38 verwandt werden.
  • Das Fügeglas in einem Glas-Metallverbund, insbesondere auch in einer Durchführung, kann in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest abschnittsweise von einem Abdeckglas oder Abdeckpolymer bedeckt sein. Besonders bevorzugt weist das Abdeckglas eine höhere chemische Beständigkeit als das Fügeglas auf, insbesondere eine höhere Wasserbeständigkeit.
  • Bevorzugt ist das Abdeckglas ein Titanatglas. Ein Titanatglas im Sinne der Erfindung enthält insbesondere in Gew.% auf Oxidbasis 4% TiO2 oder mehr, insbesondere 13 - 28 Gew.% TiO2. Vorteilhaft ist das Titanatglas ein ein Alkali-Silikat-Titanatglas, das 13 - 18 Gew.% TiO2 und einen Alkaligehalt im Bereich von 22 - 52 Gew.% und SiO2 im Bereich von 24 - 44 Gew.% enthält.
  • Insbesondere vorteilhaft enthält das Abdeckglas in Form eines Titanatglases aus den nachfolgenden Komponenten in Gew.% auf Oxidbasis oder besteht aus diesen:
    TiO2 4 - 28
    SiO2 24 - 44
    Li2O 0 - 3, insbesondere 1 - 3
    K2O 10 - 27
    Na2O 12 - 22.
  • Besonders vorteilhaft beinhaltet das voranstehende Abdeckglas in Form eines Titanatglases weiterhin die nachfolgenden Komponenten in Gew.% auf Oxidbasis
    B2O3 0 - <3
    Al2O3 0 - 2, insbesondere 0 - <2
    BaO 0 - <11
    CaO 0 - 1
    CuO 0 - <7
    Fe2O3 0 - <5
    MgO 0 - <0,5
    P2O5 0 - 3, insbesondere 1 - 3
    PbO 0 - <0,5
    Sb2O3 0 - <7
    SnO2 0 - <4
    SrO 0 - <2,5, insbesondere 0 - <2, insbesondere 0 - 0,05
    V2O5 0 - 13, insbesondere 1 - 13, insbesondere >5 - 13
    ZrO2 0 - 1
    Bi2O3 0 - 19, insbesondere 0 - 18, insbesondere 0 - <10
  • Das Einglasen des Leiters in die Öffnung zur Herstellung einer Durchführung kann dann wie folgt durchgeführt werden:
  • Zunächst wird das Glasmaterial der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zusammen mit dem stiftförmigen Leiter in die Öffnung im Grundkörper eingebracht. Sodann wird das Glas zusammen mit dem Leiter, insbesondere dem stiftförmigen Leiter insbesondere auf die Verschmelztemperatur des Glases erwärmt, so dass das Glasmaterial erweicht und in der Öffnung den Leiter, insbesondere den stiftförmigen Leiter umschließt und am Grundkörper anliegt. Da die Schmelztemperatur sowohl des Materials des Grundkörpers als auch des Leiters, insbesondere des stiftförmigen Leiters oberhalb der Verschmelztemperatur des Glasmaterials liegt, liegt der Grundkörper wie auch der stiftförmige Leiter im festen Zustand vor. Vorteilhaft liegt die Verschmelztemperatur des Glasmaterials 20 bis 150 K unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des Grundkörpers bzw. stiftförmigen Leiters. Wird beispielsweise Aluminium als Leichtmetall mit einem Schmelzpunkt von TSCHMELZ = 660,32° C verwendet, so liegt die Verschmelztemperatur des Glas- materials im Bereich 350° C bis 640° C, bevorzugt im Bereich 350° C bis 600° C besonders bevorzugt im Bereich 350°C bis < 580°C, insbesondere im Bereich 450°C bis < 560°C. Alternativ zu einem Leichtmetall wie Aluminium, einer Aluminiumlegierung, Magnesium, einer Magnesiumlegierung, Titan, einer Titanlegierung könnte als Material für den Grundkörper auch eine SiC Matrix eingesetzt werden, die mit Al infiltriert ist. Ein derartiges Material wird auch als AlSiC bezeichnet. AlSiC weist einen SiC-Kern auf, in den Al eindiffundiert ist. Durch den Anteil des Al können die Eigenschaften, insbesondere der Ausdehnungskoeffizient, eingestellt werden. Insbesondere hat AlSiC eine niedrigere Wärmeausdehnung als reines Aluminium.
  • Werden die Leichtmetalle zudem als Materialien für die Leiter, beispielsweise dem stiftförmigen Leiter oder das Elektrodenverbindungsbauteil verwandt, so zeichnen sich die Leichtmetalle des Weiteren noch durch eine spezifische elektrische Leitfähigkeit im Bereich 5 · 106 S/m bis 50 · 106 S/m aus.
  • Andere Materialien wären Stahl, nicht rostender Stahl oder Edelstahl.
  • Das Material des Leiters, insbesondere des stiftförmigen Leiters, kann identisch zum Material des Grundkörpers sein, also beispielsweise Aluminium oder AlSiC. Dies hat den Vorteil, dass der Ausdehnungskoeffizient von Grundkörper und Metallstift identisch ist. Der Ausdehnungskoeffizient α des Glas- oder Glaskeramikmaterials muss dann nur an ein Material angepasst werden. Des weiteren kann der Außenleiter die Materialien Edelstahl oder Stahl umfassen.
  • Alternativ hierzu kann der Leiter, insbesondere der stiftförmige Leiter, Cu, CuSiC oder Kupferlegierungen, Mg oder Magnesiumlegierungen, Gold oder Goldlegierungen, Silber oder Silberlegierungen, NiFe, ein NiFe-Mantel mit Kupferinnenteil sowie eine Kobald-Eisen-Legierung umfassen.
  • Als Aluminium bzw. Aluminiumlegierung insbesondere für den Leiter finden bevorzugt Verwendung:
    • EN AW-1050 A
    • EN AW-1350
    • EN AW-2014
    • EN AW-3003
    • EN AW-4032
    • EN AW-5019
    • EN AW-5056
    • EN AW-5083
    • EN AW-5556A
    • EN AW-6060
    • EN AW-6061.
  • Als Kupfer bzw. Kupferlegierungen insbesondere für den Leiter, finden bevorzugt Verwendung:
    • Cu-PHC 2.0070
    • Cu-OF 2.0070
    • Cu-ETP 2.0065
    • Cu-HCP 2.0070
    • Cu-DHP 2.0090
  • Durchführungen, insbesondere Batteriedurchführungen mit erfindungsgemäßer Glaszusammensetzung, zeichnen sich dadurch aus, dass eine Einglasung in einen niedrig schmelzenden Grundkörper möglich ist und eine ausreichende Beständigkeit beispielsweise gegenüber Wasser und/oder einem Batterieelektrolyten gegeben ist.
  • Insbesondere ist bei den erfindungsgemäßen Phosphatgläsern eine verbesserte chemische Stabilität gegenüber wässrigen Medien und insbesondere auch nicht wässrigen, in der Regel aggressiven Batterie-Elektrolyten, gegeben.
  • Die Beständigkeit der erfindungsgemäßen Gläser gegenüber den Batterie-Elektrolyten kann dadurch geprüft werden, dass die Glaszusammensetzung in Form eines Glaspulvers mit einer Körnung d50 = 10 µm gemahlen wird und in den Elektrolyten für eine vorbestimmte Zeit, beispielsweise eine Woche, ausgelagert wird. d50 bedeutet, dass 50 % aller Partikel oder Körner des Glaspulvers kleiner oder gleich einem Durchmesser von 10 µm ist. Als nicht wässriger Elektrolyt wird beispielsweise eine Carbonatmischung aus Ethylencarbonat und Dimethylcarbonat im Verhältnis 1:1 mit einem molaren LiPF6 als Leitsalz verwandt. Nachdem das Glaspulver dem Elektrolyten ausgesetzt war, kann das Glaspulver abfiltriert und der Elektrolyt auf Glasbestandteile, die aus dem Glas ausgelaugt wurden, untersucht werden.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung, die bei einer Batteriedurchführung mit einem oder mehreren Stiften aus Aluminium Verwendung finden können, ist darin zu sehen, dass eine Verschmelzung des Glases mit dem umgebenden Leichtmetall bzw. dem Metall des Leiters, insbesondere in Form eines Metallstiftes, auch unter einer Gasatmosphäre, die keine Schutzgasatmosphäre ist, möglich ist. Auch ein Vakuum ist für Al-Verschmelzungen nicht notwendig. Vielmehr kann eine derartige Verschmelzung auch unter Luft erfolgen.
  • Für beide Arten der Verschmelzungen kann als Schutzgas N2 oder Ar benutzt werden. Als Vorbehandlung zum Verschmelzen wird das Metall gereinigt und oder geätzt, wenn nötig gezielt oxidiert oder beschichtet.
  • Ein alternativer Test zur Beständigkeit gegenüber dem Elektrolyten erfolgt beispielsweise dadurch, dass man ein Glasstück mit einer Größe 8 × 8 × 2 mm herstellt und visuell als auch durch quantitative Analyse der Elektrolyte-Prüflösung in Bezug auf aus dem Prüfstück herausgelösten Komponenten, d.h. Gehalte an Alkalien Li, Na, K, Cs als auch P und Bi nach jeweils 10 Tagen, 20 Tagen, 30 Tagen und maximal 40 Tagen bewertet.
  • Sofern die Auflösung des Prüfstückes bereits zu stark fortgeschritten ist, wird die Prüfung im Elektrolyten vorzeitig abgebrochen und der Tag des Abbruchs aufgenommen.
  • Neben der Beständigkeit gegenüber Elektrolyten wurden die Gläser gemäß der Erfindung auch auf ihre Wasserbeständigkeit überprüft.
  • Die Beständigkeit gegenüber Feuchte wurde folgendermaßen durchgeführt. Es wurden zwei Glasstücke der Größe 8 × 8 × 2 mm in einem Klimaschrank mit 85 % relativer Feuchtigkeit bei 85° C für 50 Tage gelagert. Sodann erfolgte eine Bewertung der Beständigkeit visuell mit dem 4-Augen-Prinzip nach jeweils 2 bis 3 Tagen.
  • Die erfindungsgemäßen Fügegläser zeigen überraschenderweise eine hohe Wasserbeständigkeit und gleichzeitig eine hohe chemische Stabilität gegenüber nicht-wässrigen sowie wasserhaltigen Elektrolyten sowie einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Dies ist insbesondere deswegen überraschend, da angenommen wird, dass, je höher der thermische Ausdehnungskoeffizient ist, umso instabiler das Glas wird. Es ist daher überraschend, dass trotz des hohen Ausdehnungskoeffizienten und der niedrigen Verschmelzungstemperatur die erfindungsgemäßen Gläser eine verbesserte Stabilität aufweisen.
  • Wie beschrieben zeigen die Gläser eine überraschende und merklich verbesserte Wasserbeständigkeit. Diese Verbesserung ist insbesondere auf das beschriebene Vorhandensein von ROxid zurückzuführen. Dessen Effekt ist überraschend, weil davon ausgegangen wird, dass Glasmaterialien mit hoher thermischer Ausdehnung auch sozusagen lockere Verbindungen innerhalb des Glasnetzwerkers aufweisen müssen und das genannte ROxid das Glasnetzwerk insbesondere im Zusammenwirken mit Bi2O3 anscheinend stabilisiert, ohne die thermische Ausdehnung zu behindern. Ein solcher Effekt war nicht absehbar. Ebenso erlaubten es die erfindungsgemäßen Fügegläser, eine hermetisch dichte Verbindung insbesondere zu den genannten Metallen herzustellen.
  • Die Erfindung sieht ebenso vor, dass die angegebene erfindungsgemäße Glaszusammensetzung beispielsweise zur Dehnungsanpassung, d.h. zur Anpassung des Ausdehnungskoeffizienten, noch mit Füllstoffen versehen sein kann. Dadurch ist insbesondere ein Senken des thermischen Ausdehnungskoeffizienten möglich.
  • Um die Glaszusammensetzung einer IR-Erwärmung zugänglich zu machen, können die vorgenannten Gläser mit Dotierstoffen versehen werden, die ein Emissionsmaximum im Bereich von Infrarot-Strahlung, insbesondere IR-Strahlung einer IR-Quelle aufweisen. Beispielhafte Materialien hierfür sind Fe, Cr, Mn, Co, V, Pigmente. Durch die Infrarot-Strahlung kann das so aufbereitete Glasmaterial örtlich gezielt erwärmt werden.
  • Des Weiteren zeichnet sich die Durchführung, insbesondere Batterie- oder Kondensator- oder Superkondensatordurchführung mit den erfindungsgemäßen Gläsern gegenüber Durchführungen im Stand der Technik, insbesondere denjenigen mit Kunststoff als Dichtmaterial, durch eine hohe Temperaturbeständigkeit, insbesondere Temperaturwechselbeständigkeit aus. Eine hermetische Dichtheit ist auch bei Temperaturänderung beziehungsweise bei Wechseln der Temperatur zur Verfügung gegeben.. Die hermetische Dichtheit stellt sicher, dass keine Flüssigkeit insbesondere Batterieflüssigkeit austreten kann und/oder Feuchtigkeit in das Gehäuse eindringt. Unter hermetischer Dichtheit wird verstanden, dass bei einem Druckunterschied von 1bar die Helium-Leckrate <1·10-8 mbar Is-1, bevorzugt <1·10-9 mbar Is-1 liegt.
  • Des Weiteren weist das Fügeglas, die Fügeverbindung und/oder die Durchführung, insbesondere die Kondensator- und/oder Superkondensator- und/oder Batteriedurchführung, eine ausreichende chemische Beständigkeit, insbesondere gegenüber Wasser und zumindest den untersuchten nicht-wässrigen Elektrolyten auf.
  • Verwandt werden können die Durchführungen mit der erfindungsgemäßen Glaszusammensetzung bzw. den Fügegläsern in elektrischen Einrichtungen, insbesondere Speichereinrichtung, insbesondere einer Batterie, bevorzugt einer Batteriezelle. Das Gehäuse der Batteriezelle besteht bevorzugt aus dem gleichen Material wie der Grundkörper der Durchführung, insbesondere einem Leichtmetall. Der Grundkörper ist bei Batteriezellen bevorzugt Teil des Batteriegehäuses. Bevorzugt handelt es sich bei der Batterie um eine Lithium-Ionen-Batterie.
  • Die Batterie und/oder der Kondensator und/oder der Superkondensator können insbesondere einen wassherhaltigen oder einen nicht-wässrigen Elektrolyten aufweisen. Die nicht-wässrigen Elektrolyten können insbesondere auf Carbonatbasis beruhen, insbesondere auf einer Carbonatmischung. Die Carbonatmischung kann ein Ethylencarbonat in Mischung mit Dimethylcarbonat mit einem Leitsalz, beispielsweise LiPF6, umfassen. Ein solcher Elektrolyt ist z.B. der allgemein bekannte Batterie-Elektrolyt LP30. Eine andere bekannte Klasse von Batterie-Elektrolyten beinhalten neben Wasser Adipinsäure und Ammoniak. Die Beständigkeit des erfindungsgemäßen Fügeglases gegenüber Wasser und diesen Elektrolyten wurde getestet.
  • In Tabelle 1 werden zunächst Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Zusammensetzungen des Fügeglases in mol% auf Oxidbasis angegeben, wobei AB für ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fügeglases steht.
  • In Tabelle 2 sind als Vergleichsbeispiele nicht-erfindungsgemäße Fügegläser untersucht wurden, wobei VG für Vergleichsbeispiel steht.
  • Die Wasserbeständigkeit aller Ausführungsbeispiele wurde wie zuvor beschrieben bestimmt. Entsprechend der Testergebnisse wurde eine Klassifikation der Wasserbeständigkeit gut, befriedigend und unzureichend gebildet. Die Bewertung der Beständigkeit erfolgte visuell nach dem 4-Augen-Prinzip:
    Gut: Probengeometrie und Farbe unverändert
    Befriedigend: Probe definierter Geometrie, leichte Farb- & Transparenzänderung
    Unzureichend: Probengeometrie und Farbe verändert
  • Ebenso bestimmt wurden für die meisten erfindungsgemäßen Fügegläser auch die Beständigkeit gegenüber LP 30 und dem beschriebenen wasserhaltigen Elektrolyten.
  • Die Gläser wurden in Bezug auf die Elektrolyt-Beständigkeit mit einem 8 × 8 × 2 mm großen Glasstück untersucht. Die Untersuchung erfolgte mit Bezug auf die aus dem Prüfstück herausgelösten Komponenten, insbesondere Alkalien Li, Na, K und/oder P und/oder Bi nach jeweils 10, 20, 30 und maximal 40 Tagen.
  • Die Bewertung der Beständigkeit erfolgte visuell nach dem 4-Augen-Prinzip:
  • Für das Bulkmaterial wurde kategorisiert:
    Gut: Probengeometrie und Farbe unverändert
    Befriedigend: Probe definierter Geometrie, leichte Farb- & Transparenzänderung
    Unzureichend: Probengeometrie und Farbe verändert
  • Die Elektrolytlösung wurde ebenfalls visuell kategorisiert:
    Gut: Elektrolyt: KEINE Farbeveränderung
    Befriedigend: Elektrolyt: leichte Farbeveränderung
    Ungenügend: Elektrolyt: Dunkelfärbung
  • Alle Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Fügegläser zeigen eine gute Wasserbeständigkeit. Dies gilt für alle der genannten ROxide. Interessant ist, dass in AB11 und AB12 zwar gute Wasserbeständigkeiten erreicht werden, die Beständigkeit gegenüber wasserhaltigen Elektrolyten aber deutlich schlechter ist. Dies zeigt, dass der Angriff von wasserhaltigen Elektrolyten auf das Fügeglas nicht nur über das Wasser, sondern ebenso über die Leitsalze sowie die anderen im Elektrolyten enthaltenen Substanzen erfolgt. Allerdings sind auch die Fügegläser entsprechend AB11 und AB12 gut beständig gegenüber dem nicht-wässrigen Elektrolyten LP30. Allerdings zeigen VG5 und VG17, dass die Beständigkeit von Fügegeläsern gegenüber wasserhaltigen Elektrolyten durchaus besser sein kann als die gegenüber Wasser.
  • Ebenso angegeben sind in den Tabellen 1 und 2 die Werte für Tg. Tg ist einfach zu bestimmen und gibt einen Hinweis auf die Verschmelz- bzw. Verarbeitungstemperatur. Zwar liegt Tg deutlich unter diesen, jedoch gilt, dass je niedriger Tg ist, desto niedriger ist auch die Verschmelz- bzw. Verarbeitungstemperatur. Da Tg bei allen Ausführungsbeispielen weit unterhalb des Schmelzpunktes insbesondere von Leichtmetallen liegt, sind diese auch für das Herstellen von Fügeverbindungen mit Leichtmetallen und/oder Metallen mit ähnlich niedrigem Schmelzpunkt geeignet.
  • Alle erfindungsgemäßen Fügegläser der Tabelle 1 sind hochdehnend, d.h. sie weisen einen CTE auf, der sie zum Herstellen von Fügeverbindungen mit den genannten Metallen, insbesondere Leichtmetallen, geeignet macht.
  • Weiterhin binden alle erfindungsgemäßen Fügegläser der Tabelle 1 zu den genannten Metallen, insbesondere Leichtmetallen, so gut, dass eine hermetisch dichte Verbindung zwischen Fügeglas und Metall entsteht.
  • Die erfindungsgemäßen Fügegläser erfüllen also eine Vielzahl von Anforderungen gleichzeitig, nämlich eine mindestens gute Wasserbeständigkeit, einen hohen CTE und eine niedrige Verarbeitungstemperatur bzw. Tg, welche die Herstellung von Fügeverbindungen mit den genannten Metallen, insbesondere Leichtmetallen ermöglichen, sowie vorteilhaft eine gute Beständigkeit gegenüber dem nicht-wässrigen Elektrolyten LP30 sowie in den meisten Ausführungsformen eine gute Beständigkeit gegenüber wasserhaltigen Elektrolyten.
  • Der Vergleich der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele in Tabelle 1 mit den Vergleichsbeispielen in Tabelle 2 zeigt, dass trotz ähnlicher Grundglassysteme die Anwesenheit des genannten ROxid zu einer sehr deutlichen Verbesserung der Wasserbeständigkeit führt. Interessanterweise weisen alle Vergleichsbeispiele der Tabelle 2 bestenfalls befriedigende Wasserbeständigkeiten auf. Manche Vergleichsbeispiele sind sogar absolut unzureichend wasserbeständig.
  • Vergleicht man z.B. AB2 mit VG2, stellt man fest, dass sich der P2O5-Gehalt deutlich unterscheidet, nämlich bei VG2 über dem erfindungsgemäßen Gehalt liegt und eine deutlich geringere Wasserbeständigkeit und eine unzureichende Beständigkeit gegenüber LP30 aufweist.
  • In der Tabelle 2 sind die Vergleichsbeispiele VG1 bis VG19 aufgeführt, welche Fügegläser darstellen, die nicht Gegenstand der Erfindung sind. Die Wasserbeständigkeit Fügegläser aller Vergleichsbeispiele VG 1 bis VG19 sind höchstens als befriedigend zu bezeichnen. Einige sind sogar unzureichend. Im Vergleich dazu weisen die erfindungsgemäßen Fügegläser mit dem ROxid als Zusammensetzungsbestandteil eine zumindest gute und damit deutlich gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Wasserbeständigkeit auf. VG18 und VG19 entglasen bei der Herstellung der Fügeverbindung sogar und sind damit für die Herstellung derselben unbrauchbar.
  • Wird hingegen der Anteil von P2O5 reduziert, wird eine verbesserte Wasserbeständigkeit erwartet, aber ebenso der thermische Ausdehnungskoeffizient so weit reduziert, dass ein Verbund mit Leichtmetallen nicht mehr möglich ist.
  • Die meisten erfindungsgemäßen Fügegläser weisen auch eine gute Beständigkeit gegen wasserhaltige Elektrolyten auf. Gleiches gilt für die chemische Beständigkeit gegenüber den beschriebenen nicht wässrigen Elektrolyten.
  • Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Fügeglases ist demnach so ausbalanciert, dass mehrere Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden. Dies sind insbes. die Wasserbeständigkeit, der thermische Ausdehnungskoeffizient und bevorzugt die chemische Kompatibilität zu Leichtmetallen, die Voraussetzung für das Herstellen einer Fügeverbindung ist. Insbes. muss das Fügeglas das Leichtmetall benetzen können. Zwischen allen den genannten Komponenten eines erfindungsgemäßen Fügeglases besteht ein Zusammenwirken, welches dazu führt, dass die vorgenannten Voraussetzungen erfüllt werden. Den Erfindern ist es zu verdanken, dass ein Zusammensetzungsbereich für Fügegeläser mit verbesserter Wasserbeständigkeit angegeben werden kann, deren thermische Ausdehnungskoeffizienten das Herstellen von Fügeverbindungen mit Leichtmetallen ermöglicht.
  • Die genaue Betrachtung der Ausführungsbeispiele ergibt, dass es ein komplexes Zusammenwirken der Komponenten wie P2O5 und der Alkalien sowie Bi2O3 und Roxid in den angegebenen Zusammensetzungsbereichen sein muss, welche die Verbesserung der Wasserbeständigkeit gegenüber der Vergleichsbeispiele und damit den aus dem Stand der Technik bekannten Fügegläser zur Folge hat.
  • Aufgrund der Komplexität dieses Zusammenwirkens ist das Ergebnis überraschend und war nicht vorhersehbar.
  • Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figur und der Ausführungsbeispiele ohne Beschränkung hierauf beschrieben werden.
  • Es zeigen
    • 1: eine erfindungsgemäße Durchführung;
    • 2: eine weitere erfindungsgemäße Durchführung mit Abdeckmaterial
  • In 1 ist eine Durchführung 1 gemäß der Erfindung gezeigt. Die Durchführung 1 umfasst als Leiter insbesondere als stiftförmigen Leiter einen Metallstift 3, der bevorzugt aus einem Material, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, besteht sowie als Grundkörper 5 ein Metallteil, das erfindungsgemäß aus einem niedrig schmelzenden Metall, d.h. einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, besteht. Der Metallstift 3 wird durch eine Öffnung 7, die durch das Metallteil 5 hindurchgeht, hindurchgeführt. Obwohl nur das Hindurchführen eines einzelnen Metallstiftes durch die Öffnung gezeigt ist, könnten auch mehrere Metallstifte durch die Öffnung hindurchgeführt werden, ohne dass von der Erfindung abgewichen wird.
  • Die Außenkontur der Öffnung 7 kann bevorzugt rund oder aber auch oval ausgebildet sein. Die Öffnung 7 geht durch die ganze Dicke D des Grundkörpers bzw. Metallteils 5 hindurch. Der Metallstift 3 ist in ein Glasmaterial 10 eingeglast und wird im Glasmaterial 10 durch die Öffnung 7 durch den Grundkörper 5 hindurchgeführt. Das Glasmaterial 10 ist das erfindungsgemäße Fügeglas. In den Grundkörper 5 wird die Öffnung 7 durch beispielsweise einen Trennvorgang, bevorzugt Stanzen, eingebracht. Um eine hermetische Durchführung des Metallstiftes 3 durch die Öffnung 7 bereitzustellen, wird der Metallstift 3 in einem Glaspfropfen aus dem erfindungsgemäßen Glasmaterial 10 eingeschmolzen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Herstellungsweise besteht darin, dass auch unter erhöhten Belastungen auf den Glaspfropfen, z. B. bei einer Druckbelastung, ein Herausdrücken des Glaspfropfens mit Metallstift aus der Öffnung 7 vermieden wird. Die Verschmelztemperatur des erfindungsgemäßen Glasmaterials mit dem Grundkörper liegt 20 K bis 100 K unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des Grundkörpers 5 und/oder des stiftförmigen Leiters.
  • Die in 2 dargestellte Durchführung entspricht der Durchführung der 1, nur ist auf dem Glasmaterial bzw. Glaspfropfen 10 das Abdeckmaterial 11 aufgebracht, das wie beschrieben ein Abdeckpolymer oder besonders vorteilhaft ein Abdeckglas sein kann. Insbesondere vorteilhaft ist das Abdeckglas 11 das zuvor beschriebene Titanatglas.
  • Insbesondere kann das Abdeckmaterial 11 auf der Außenseite der Durchführung angebracht sein. Die Außenseite liegt der Innenseite gegenüber. Die Innenseite ist üblicherweise die Innenseite eines Gehäuses. Das Glasmaterial 10 ist daher in der Regel in Kontakt mit den Elektrolyten insbes. einer Batterie und/oder eines Akkumulators und/oder eines Kondensators und/oder eines Superkondensators. Folglich muss das Glasmaterial 10 des Glaspfropfens beständig gegenüber diesen Elektrolyten sein. Wie beschrieben ist das erfindungsgemäße Fügeglasglas beständig gegenüber Wasser sowie den untersuchten wasserhaltigen und/oder nicht-wässrigen Elektrolyten. Das Abdeckmaterial 11 auf der Außenseite kommt nicht in Kontakt mit den Elektrolyten, aber mit den Umweltbedingungen. Entsprechend kann das Abdeckmaterial 11 auf andere Eigenschaften optimiert werden, z.B. auf eine nochmals bessere Wasserbeständigkeit, auf Schlagfestigkeit, auf Abriebsfestigkeit usw.. Das beschriebene Titanatglas ist beispielsweise nicht so beständig gegenüber wasserhaltigen und insbesondere nicht-wässrigen Elektrolyten wie das erfindungsgemäße Fügeglas, aber ggfls. noch wasserbeständiger. Entsprechend stellt die Durchführung entsprechend 2 eine bevorzugte Ausführungsform einer Durchführung dar.
  • Die hierin angegebene Zusammensetzung des Fügeglases zeichnet sich dadurch aus, dass die Glasmaterialien sehr hohe thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, die im Bereich 14 + 10-6 K-1, bevorzugt im Bereich 15 + 10-6 K-1, bis 17 + 10-6 K-1 für Temperaturen zwischen 20° C und 300° C liegen und damit in dem Bereich der thermischen Ausdehnung von Leichtmetallen wie Aluminium, aber auch von ähnlichen Metallen für die im Wesentlichen stiftförmigen Leiter 11, die durch das Glasmaterial durchgeführt, nämlich beispielsweise Kupfer. So besitzt Aluminium bei Zimmertemperatur eine thermische Ausdehnung α = 23 + 10-6K-1, Kupfer von 16,5 + 10-6K-1. Um zu verhindern, dass beim Einglasen das Leichtmetall des Grundkörpers und eventuell auch des Metallstifts schmilzt oder deformiert, liegt die Schmelztemperatur des Glasmaterials unterhalb der Schmelztemperatur des Materials des Grundkörpers und/oder Leiters.
  • Die Verschmelztemperatur der zu verwendenden Glaszusammensetzung liegt dann im Bereich 250° C bis 650° C. Das Einglasen des im Wesentlichen stiftförmigen Leiters 3 in den Grundkörper 5 vor Einsetzen der Durchführung in die Öffnung 7 wird dadurch erreicht, dass das Glas zusammen mit dem Leiter, insbesondere dem stiftförmigen Leiter, auf die Verschmelztemperatur des Glases erwärmt wird, so dass das Glasmaterial erweicht und in der Öffnung den Leiter, insbesondere den stiftförmigen Leiter, umschließt und am Grundkörper 9 anliegt. Wird, wie oben beschrieben, beispielsweise Aluminium als Leichtmetall mit einem Schmelzpunkt TSchmelz = 660,32° C für den Grundkörper 9 verwandt, so liegt die Verschmelztemperatur des Glasmaterials, wie oben angegeben, bevorzugt im Bereich 350° C bis 640° C.
  • Bevorzugt ist das Material des stiftförmigen Leiters 3 identisch zum Material des Grundkörpers oder gehört zumindest zur gleichen Materialklasse. Üblicherweise wird das Material des Leiters insbesondere in elektrochemischen Anwendungen abhängig von den verwendeten Elektrolyten gewählt und der Funktion in der Zelle gewählt. Der stiftförmige Leiter kann als Material Aluminium, eine Aluminiumlegierung, AlSiC, Kupfer,eine Kupferlegierung, CuSiC- oder NiFe-Legierungen, eine Kupferseele, d. h. ein NiFe-Mantel mit Kupferinnenteil oder CF25, d. h. eine Kobalt-Eisenlegierung, Silber, eine Silberlegierung, Gold oder eine Goldlegierung umfassen.
  • Besonders vorteilhaft handelt es sich bei der hierin beschriebenen Durchführung im eine Druckeinglasung. Dabei wird das Fügeglas mit dem zumindest einen Leiter einem Gehäuseteil und/oder Grundkörper platziert und dann erhitzt, so dass alle Elemente miteinander verschmelzen. Während der Abkühlung verfestigt sich das Fügeglas und das Gehäuseteil und/oder Grundkörper zieht sich stärker zusammen als das Glas. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien wird das Fügeglas in der Durchgangsöffnung unter Kompression gesetzt und abgedichtet. Dabei ist der thermische Ausdehnungskoeffizient des Fügepartners, hier im Allgemeinen des Metalls, insbesondere des Leichtmetalls, größer als derjenige des Fügeglases.
  • Die Einglasungen, mit dem in Tabelle 1 angegebenen Glasmaterial sind wie beschrieben wurde hermetisch dicht. Dies gilt insbesondere für mit den angegebenen Glasmaterialien hergestellte Durchführungen. Alle angegebenen Gläser wurden in Durchführungen mit Aluminium als Material des Grundkörpers getestet und erwiesen sich als hermetisch dicht.
  • Als Materialien für den Grundkörper wird bevorzugt ein Leichtmetall wie Aluminium (Al), AlSiC, eine Aluminiumlegierung, Magnesium, eine Magensiumlegierung, Titan, eine Titanlegierung verwandt. Alternative Materialien für den Grundkörper sind Metalle wie Stahl, rostfreier Stahl, Edelstahl oder Werkzeugstahl.
  • Die erfindungsgemäßen Glaszusammensetzungen stellen Fügegläser, insbesondere für eine Verwendung in Fügeverbindungen mit Leichtmetallen zur Verfügung, mit einer geringen Prozesstemperatur, einer Verschmelztemperatur, die geringer als der Schmelzpunkt von Aluminium ist, einen hohen Ausdehnungskoeffizient α und einer hervorragenden Beständigkeit gegenüber Batterieelektrolyten und einer deutlich verbesserten Wasserbeständigkeit. Obwohl die Glaszusammensetzungen für eine Verwendung bei Durchführungen, insbesondere Batteriedurchführungen, beschrieben ist, ist sie hierauf nicht beschränkt, andere Anwendungsgebiete sind beispielsweise der Verschluss von Gehäusen, von Sensoren und/oder Aktuatoren oder auch Kondensatoren und/oder Superkondenstatoren). Prinzipiell sind die Durchführungen für alle Einsatzzwecke im Leichtbau geeignet, insbesondere als Durchführungen in elektrischen Bauteilen, die leicht sein müssen und temperaturbeständig. Derartige Bauteile kommen beispielsweise im Flugzeugbau und in der Raumfahrt vor. Ebenso möglich ist der Einsatz in der Medizintechnik, insbesondere in diagnostischen Geräten und/oder in Implantaten.
  • Die erfindungsgemäßen hochdehnenden Fügegläser haben gegenüber bekannten hochdehnenden Fügegläsern den Vorteil, dass sie sehr viel beständiger gegenüber Wasser sind. Es wird vermutet, dass dies eine Folge des Zusammenspiels zwischen Bi2O3 und dem beschriebenen ROxid ist, welche anscheinend zumindest in Bereichen das Netzwerk der Glasmatrix so stabilisieren, dass die dafür empfindlichen Bestandteile, insbesondere seine Phosphorbestandteile, nicht oder zumindest weniger leicht herausgelöst werden. Gleichzeitig können die erfindungsgemäßen Fügegläser einen insbesondere hermetischen Verbund mit Leichtmetallen eingehen. Dies macht die erfindungsgemäßen Fügegläser insbesondere in hoch beanspruchten und/oder Massenprodukten einsetzbar, beispielsweise in medizintechnischen Produkten und/oder Batterien für die Elektromobilität. Tabelle 1
    AB1 AB2 AB3 AB4 AB5 AB6 AB7 AB8 AB9 AB10 AB11
    B2O3 6,2 6,2 6,1 5,85 6,1 6,5 5,9 6,15 6,15 6,25 6
    Al2O3 12,15 12,25 11,85 12,2 12,35 12,5 11,2 12,1 12 12,05 12,1
    P2O5 40,55 38 39,5 38,2 38,3 38,7 41,7 41,7 41,7 41,6 41,75
    Bi2O3 3,45 3,75 2,85 3,7 3,8 3,8 3,4 4,4 4,4 4,5 4,4
    Li2O
    Na2O 15,9 16,8 15,9 16,45 16 20,4 16,1 16,05 16,2 15,9 16,1
    K2O 17,65 18,7 18,85 19 19 13,3 17,5 17,65 17,5 17,7 17,7
    BaO
    CaO 0,1 0,15 0,15 0,3 0,15 0,1
    MnO2 3,75 3,9 4,5 4 4,05 4,4
    SiO2 0,25 0,25 0,3 0,3 0,25 0,3 4,2 0,05 0,05 0,15 0,15
    GeO2
    SnO2 2
    Fe2O3 1,8
    Ta2O5 1,9
    Nb2O5 1,85
    PbO
    Summe 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
    Summe ROxid 4,1 4,3 4,95 4,6 4,45 4,8 4,2 1,95 2,05 2 1,95
    Tg [°C] 401 407 411 409 404 425 411 421 416 422 413
    Ew [°C] 567
    CTE[25;300] 16,2 16,23 15,48 16,22 16,16 15 16,4 15,5 16,1 16 15,8
    CTE[25;Tg] 18,7
    Wasserbeständigkeit gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut
    wasserhaltiger Elektrolyt gut gut gut gut gut gut befriedigend
    LP 30 gut gut gut gut gut gut gut
    Tabelle 1 (Fortsetzung)
    AB12 AB13 AB14 AB15 AB16 AB17 AB18 AB19 AB20 AB21 AB22
    B2O3 6,3 7 7 5,2 7 6,9 6,9 6,9 6,9 6,9 5,85
    Al2O3 12,2 13 13 11,1 13 13 13 13 13 13 12,5
    P2O5 41,4 36,1 39,3 42 39,3 39,3 39,3 39,3 39,5 39,5 38,75
    Bi2O3 3,6 5,8 5,8 4,6 5,8 5,8 5,8 5,8 5,8 5,8 3,85
    Li2O
    Na2O 15,9 20,4 20,4 21,3 20,4 20,4 20,4 20,4 20,4 20,4 17,25
    K2O 18 14,38 14,38 12,5 14,38 14,4 14,3 14,3 14,3 14,3 16,3
    BaO
    CaO 0,12 0,12 0,1 0,12 0,1
    MnO2 3,2 3,2 4
    SiO2 0,05 1,4
    GeO2 2,55 0,2
    SnO2 0,3
    Fe2O3 0,3
    Ta2O5 0,1
    Nb2O5 0,1
    PbO
    Summe 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
    Summe ROxid 2,6 3,32 0,12 3,3 0,12 0,2 0,3 0,3 0,1 0,1 5,5
    Tg [°C] 420
    Ew [°C]
    CTE[25;300] 16 16,6 16,6 15,8 16,3 16,3 16,2 16,2 16,2 16,2 15,7
    CTE[25;Tg]
    Wasserbeständigkeit gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut gut
    wasserhaltiger Elektrolyt unzureichend
    LP 30 gut
    Tabelle 2
    VG1 VG2 VG3 VG4 VG5 VG6 VG7 VG8 VG9 VG10
    B2O3 6 5,8 7,6 5,4 5 3,6 6,9 4,8 7,6 4,7
    Al2O3 12 12,3 4,2 2 9 10,75 13 8,6 4,2 8,7
    P2O5 40 43,55 46,5 46,4 36,6 48,1 39,5 43,3 47,5 43,3
    Bi2O3 0 4,4 1 1,4 2 3,9 5,8 0 0 0
    Li2O 7,7 17,3
    Na2O 15 15,8 28,3 28,4 15 16,1 20,4 17,3 28,3
    K2O 18 18,05 12,4 16,3 19,5 17,5 14,4 17,3 12,4 17,3
    BaO 8,7 8,7
    CaO 0,05
    SiO2 0,1 0,05 0,05
    ZnO
    Cs2O
    PbO 9 5,2
    Summe 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
    Summe ROxid 0 0,1 0 0,1 0 0,05 0 0 0 0
    Tg [°C] 401 425 339 286 334 407 375 325 354
    CTE[25;300] 16,3 15,9 19,7 19,2 16,7 16,4 16,5 19 14,9
    CTE[25;Tg] 23,8
    Wasserbeständigkeit Befriedigend Befriedigend Unzureichend Unzureichend Unzureichend Unzureichend Befriedigend Unzureichend Unzureichend Unzureichend
    wasserhaltiger Elektrolyt Unzureichend Befriedigend Unzureichend Unzureichend Befriedigend gut
    LP 30 Elektrolyt gut Unzureichend gut gut gut gut
    Tabelle 2 (Fortsetzung)
    VG11 VG12 VG13 VG14 VG15 VG16 VG17 VG18 VG19
    B2O3 4,8 4,8 5,2 1,8 4,7 8,9 9,4 13,6 8,7
    Al2O3 2 2 12,7 9,4 9,5 6,6 6,35 5 6,4
    P2O5 43,3 37,1 39,5 38,4 37,9 35,5 35,35 32,7 32,8
    Bi2O3 2,9 2,3 2 3,9 4 3,3
    Li2O 34,6 42,1 6,9 7,4
    Na2O 16,5 19,8 16,4 23,1 32,3 26,2 17,9
    K2O 19 17,9 19,1 17 11,2 18,5 23,5
    BaO 15,3 14
    CaO
    SiO2 0,1 0,1 1,5
    ZnO 10,3 12,4
    Cs2O 4,1
    PbO
    Summe 100 100 100 100 100 100 100 100 100
    Summe ROxid 0 0 0,1 10,4 12,4 0 1,5 0 0
    Tg [°C] 369 359 367 341 360 350 349
    CTE[25;300] 13,7 14,8 19,1 18,9 17,4 21 19,9 21,0 22,9
    CTE[25;Tg]
    Wasserbeständigkeit unzu-reichend unzureichend unzureichend unzureichend unzureichend unzureichend unzureichend unzureichend unzureichend
    wasserhaltiger Elektrolyt befriedigend
    LP 30 Elektrolyt gut gut gut unzureichend befriedigend

Claims (15)

  1. Fügeglas mit verbesserter Wasserbeständigkeit, das bis auf höchstens Verunreinigungen frei ist von PbO, einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten a(25-300) von 14·10-6K-1 bis 17·10-6K-1 und bevorzugt eine Glastransformationstemperatur Tg von 390°C bis 430°C aufweist, enthaltend in mol% auf Oxidbasis B2O3 4 - 8 Al2O3 10 -14 P2O5 36 - 43 Na2O 15 - 22 K2O 12,5 - 20 Bi2O3 2 - 6 ROxid >0 - 6,
    wobei ROxid ein Oxid ist ausgewählt aus der Gruppe MnO2 und/oder SiO2 und/oder SnO2 und/oder Ta2O5 und/oder Nb2O5 und/oder Fe2O3 und/oder GeO2 und/oder CaO.
  2. Fügeglas nach Anspruch 1, wobei ROxid umfasst in mol% auf Oxidbasis MnO2 3,0 - 6,0, bevorzugt 3,2 - 4,9.
  3. Fügeglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ROxid umfasst SiO2 0,01 - 1,8 und/oder GeO2 0,01 - 2,8 und/oder SnO2 0,01 - 2,4 und/oder Fe2O3 0,01 - 2,1 und/oder Ta2O5 0,01 - 2,2 und/oder Nb2O5 0,01 - 2,0 und/oder CaO 0,01 - 0,4.
  4. Fügeglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fügeglas enthält, einzeln oder in jeder Kombination, in mol% auf Oxidbasis P2O5 36 - <42, bevorzugt 37,6 - 39,9, und/oder B2O3 5,5 - 6,8 und/oder Al2O3 11,4 - 12,8 und/oder Na2O 15,4 - 20,9 und/oder K2O 12,8 - 19,8 und/oder Bi2O3 2,5 - 4,5
  5. Fügeglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gehalt der Alkalioxide Li2O und/oder Na2O und/oder K2O in Summe höchstens 36 mol%, bevorzugt höchstens 35 mol% beträgt, insbesondere die Summe aller Alkalimetalloxide Li2O und/oder Na2O und/oder K2O und/oder Cs2O.
  6. Fügeglas nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fügeglas kristalline Bereiche aufweist, welche phosphathaltige Kristallphasen beinhalten.
  7. Fügeglas nach Anspruch 5, wobei die Kristallphasen Kristalle aus dem Bi2O3- P2O5 -System und/oder R2O -Al2O3 - P2O5 - System umfassen, bevorzugt Kristalle aus dem K2O - Al2O3 - P2O5 - System.
  8. Glaspulver beinhaltend das Fügeglas nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Glas-Metallverbund, insbesondere Glas-Leichtmetallverbund und/oder Glas-Leichtmetalllegierungsverbund, umfassend ein Fügeglas nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7.
  10. Glas-Metallverbund nach Anspruch 9, wobei das Metall ausgewählt ist aus der Gruppe Aluminium und/oder Aluminiumlegierung und/oder Titan und/oder Titanlegierung und/oder Magnesium und/oder Magnesiumlegierung und/oder AlSiC und/oder Stahl und/oder Edelstahl und/oder Kupfer und/oder Kupferlegierung.
  11. Glas-Metallverbund nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei das Fügeglas zumindest abschnittsweise von einem Abdeckglas oder Abdeckpolymer bedeckt wird; bevorzugt weist das Abdeckglas eine höhere chemische Beständigkeit als das Fügeglas auf, insbesondere eine höhere Wasserbeständigkeit; bevorzugt ist das Abdeckglas ein Titanatglas.
  12. Verwendung eines Fügeglases nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Durchführung, insbesondere elektrischen Durchführung, mit wenigstens einem Grundkörper aus Metall, insbesondere einem Leichtmetall und/oder einer Leichtmetalllegierung, der wenigstens eine Öffnung aufweist, durch die ein Funktionselement hindurchgeführt ist, das in dem Fügeglas in der Öffnung eingeglast ist und wobei die Öffnung durch das Fügeglas abgeschlossen ist, bevorzugt hermetisch dicht abgeschlossen; bevorzugt handelt es sich bei der Einglasung um eine Druckeinglasung.
  13. Verwendung eines Fügeglases nach Anspruch 12, wobei das Funktionselement zumindest im Bereich der Einglasung ein im Wesentlichen stiftförmiger Leiter ist; bevorzugt umfasst der im Wesentlichen stiftförmige Leiter zumindest im Bereich der Einglasung Kupfer und/oder Aluminium.
  14. Verwendung eines Glas-Metallverbund nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 11 und/oder einer Durchführung nach Anspruch 12 und/oder Anspruch 13 in einer elektrischen und/oder elektronischen und/oder elektrochemischen Einrichtung mit einem Gehäuse umfassend den Glas-Metallverbund und/oder die Durchführung.
  15. Verwendung eines Glas-Metallverbunds und/oder einer Durchführung nach Anspruch 14, wobei die elektrische und/oder elektronische und/oder elektrochemische Einrichtung ausgewählt ist aus der Gruppe Batterie und/oder Akkumulator und/oder Kondensator und/oder Superkondensator und/oder Sensorgehäuse und/oder Aktuatorgehäuse und/oder Mikrocontrollergehäuse und/oder medizinisches Implantat und/oder an den menschlichen oder tierischen Körper anbringbarer Gegenstand und/oder diagnostisches und/oder therapeutisches Gerät.
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