DE1029726B

DE1029726B - Vakuumdichte Verbindung eines vorzugsweise rohrfoermigen Keramikteiles hoher Festigkeit mit einem eine scheibenartige Stirnflaeche aufweisenden Metallteil

Info

Publication number: DE1029726B
Application number: DET11247A
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Pulfrich
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1955-08-06
Filing date: 1955-08-06
Publication date: 1958-05-08

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine vakuumdichte Verbindung zwischen einem Keramikteil und einem Metallteil.

Insbesondere in der Technologie elektrischer Entladungsgefäße kommt es häufig vor, daß ein Keramikteil mit einem Metallteil verbunden werden soll. Bislang hat man danach getrachtet, die Werkstoffe für diese Teile derart auszuwählen, daß sie möglichst gut im Ausdehnungskoeffizienten übereinstimmen. Das führt dazu, daß bestimmte Materialgruppierungen nach diesem Prinzip nicht brauchbar sind, da die durch den Lötvorgang in der Verbindungsstelle auftretenden mechanischen Spannungen das Werkteil unerwünscht hoch beanspruchen, zum Teil sogar zum Bruch des Werkteiles, insbesondere der Keramik, führen würden. Man hat versucht, diese Schwierigkeiten dadurch zu umgehen, daß man Keramik sehr hoher Festigkeit verwendete und diese durch eine Lötung mit dem Metallteil verbindet, die aus einem Lot besteht, welches die von. den verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten herrührenden mechanischen Spannungen in sich durch Verformung aufnimmt. Diesem Verfahren haftet jedoch der Nachteil an, daß das Lot keine ausreichend feste und sichere Verbindung zwischen dem Metallteil und der Keramik herstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, der es ermöglicht, ein Keramikteil und ein Metallteil zu verbinden, die wesentlich unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten besitzen, wobei die Nachteile der vorgenannten bekannten Verbindungsarten nicht auftreten.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Verbindungsflächan des Keramikteiles und des Metallteiles als Kegelflächen auszubilden und des weiteren diese beiden Teile durch eine von den Kegelflächen eingeschlossene Lötung zu verbinden. Zweckmäßig wird der Winkel zwischen der Kegelbasis und der Erzeugenden des Kegelmantels relativ klein gewählt, z. B. in der Größenordnung von 5 bis 30°.

Es ist an sich eine Lötung mit kegelflächeuartiger Ausbildung eines Keramikteiles und eines Metallteiles bekannt, jedoch handelt es sich hierbei um die Verwendung einer Keramik und eines Metalls, die praktisch genau gleiches Ausdehnungsverhalten besitzen, so daß bei dieser bekannten Verbindung das der Erfindung zugrunde liegende Problem gar nicht gegeben ist. Dort findet vielmehr diese Lötung Anwendung, um ein gutes Einfließen des Lotes in die Verbindungsstelle zu gewährleisten.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In der Zeichnung ist in Fig. 1 ein rohrförmiges Keramikteil 1 dargestellt, das zweckmäßig aus einer Aluminiumoxyd-Keramik besteht und somit sehr hohe

Vakuumdichte Verbindung

eines vorzugsweise rohrförmigen

Keramikteiles hoher Festigkeit

mit einem eine scheibenartige Stirnfläche

aufweisenden Metallteil

Anmelder:

Telefunken G.m.b.H.,
Berlin NW 87, Sickingenstr. 71

Dr, Hans Pulfrich, Neu-Ulm/Donau,
ist als Erfinder genannt worden

Festigkeit besitzt. Dieses Keramikteil 1 ist an seinem zur Verbindung vorgesehenen Ende kegelförmig angeschliffen, also mit einer Kegelfläche versehen. Das an diesem Keramikteil 1 zu befestigende Metallteil 3, das zweckmäßig aus einem Metall mit im Vergleich zur Keramik niedrig liegender Streckgrenze, wie z. B. weichgeglühtem Kupfer, besteht, besitzt im wesentlichen eine scheibenartige Ausbildung und ist an seiner zur Verbindung mit dem Keramikteil vorgesehenen Fläche ebenfalls mit einer Kegelfläche versehen. Diese Kegelfläche ist der des Keramikteiles angepaßt, derart, daß zwischen diese beiden Werkteile 1 und 3 ein Lot eingefügt werden kann. Dieses Lotmetall besitzt zweckmäßig größere Festigkeit als das Metallteil 3. Als besonders geeignet für diesen Zweck ist ein sogenanntes Titanlot anzusprechen, das beispielsweise durch eine Legierungsbildung zwischen einer zwischen die Teile 1 und 3 eingelegten Titanfolie und dem Metall des Werkteiles 3 gewonnen werden kann. Eine andere für diesen Zweck besonders geeignete Legierung ist eine aus einem Kupfer-S ilber-Eutektikum mit Titangehalt bestehende Legierung. Weitere für derartige Legierungen geeignete Metalle sind beispielsweise Nickel, Eisen, Kupfer und Silber, die bei einer bestimmten Temperatur mit dem Titan eine Legierung zu bilden in der Lage sind, welche die Keramik gut benetzt und eine gute Verbindung mit der Keramik ergibt.

Die Verbindung der Werkteile 1 und 3 durch Lötung wird zweckmäßig nach dem in der Patentanmeldung T 10964 VIa/80b angegebenen Verfahren durchgeführt. Zu diesem Zweck werden gemäß der Lehre der Patentanmeldung Titan und ein Lotmetall,

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wie ζ. B. Silber oder ein Silber-Kupfer-Eutektikum, in Form dünner Folien oder in Form von Metallpulver aufgebracht und darauf das Metallteil 3 gefügt. Die so zusammengestellte Baueinheit wird dann in einer Schutzgasatmosphäre oder im Vakuum auf eine Temperatur erhitzt, bei der die Legierucgsbiidung zwischen dem Titan und dem Lotmetall eintritt. Gegebenenfalls kann auch das Metall des Werkteiles 3 zusammen mit einer Titanfolie oder mit Titanpulver bereits als Ausgangsmaterial für die Legierung dienen. Die Gewichtsteile der an der Legierung zu beteiligenden Materialien und die Temperatur, bei der die Legierungsbildung erfolgt, sowie die Zeit der Erhitzung zur Legierungsbildung werden zweckmäßig derart gewählt, daß sich, wie in der Patentanmeldung bereits dargelegt, die optimale Haftfestigkeit des Lotes mit der zur Anwendung kommenden Keramik ergibt.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung der vakuumdichten Verbindung zwischen dem Keramikteil und dem Metallteil vermeidet, daß infolge der ungleichen Ausdehnungskoeffizienten das Metallteil 3 beim Abkühlen nach dem Lötvorgang verzogen bzw. verworfen wird und gegebenenfalls im erkalteten Zustand schief auf dem Keramikteil 1 befestigt ist. Durch die kegelförmige Ausbildung wird vielmehr erzwungen, daß beispielsweise die Ebene der eingezeichneten öffnung 4 stets senkrecht zur Achsrichtung des Keramikrohres 1 liegt. Die bei der Abkühlung zwischen dem Metallteil 3 und der Keramik 1 auftretenden Spannungen werden nämlich wegen der hohen Streckgrenze der Keramik 1 und des Lotes 2 in den Metallteil 3 durch innere Verformung aufgenommen. Diese innere Verformung vermeidet daher das unerwünschte Werfen des Metallteiles beim Abkühlungsvorgang.

Die Ausbildung der Kegelfläche kann auch so erfolgen, daß die Einbuchtung gerade entgegengesetzt liegt, d. h. daß beispielsweise bei dem in der Zeichnung in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel die innere Wandung des Keramikrohres 1 gegenüber der äußeren etwas zurückversetzt ist, während sie bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel vorspringt. Die mit dem Keramikkörper zu verbindenden Metallteile brauchen keineswegs Lochscheiben zu sein, sondern es können hierfür auch beispielsweise zylinderartige Bolzen verwendet werden, die mit kegelförmigen Ansätzen, insbesondere auch Ansätzen in Scheibenform, versehen sind. Als Materialien für ein nach der erfindungsgemäßen Lehre ausgebildetes Bauteil eignen sich besonders weichgeglühtes Kupfer und Aluminiumoxyd-Keramik, die über ein aus einer Titanlegierung bestehendes Lot verbunden sind.

Bei Anwendung der Erfindung auf eine Scheibenröhre, wie sie in der Patentanmeldung T10964 VIa/80b dargestellt ist, empfiehlt es sich, die einzelnen scheibenartigen Metallteile bzw. scheibenartigen Ansätze einheitlich nach einer Seite hin kegelförmig auszubuchten, da dann sichergestellt ist, daß die beim Lötvorgang auftretenden Schwund- und Dehnungserscheinungen alle gleichsinnig laufen und somit die ursprünglich eingestellten Elektrodenabstände erhalten bleiben. In der Fig. 2 der Zeichnung ist eine derartige Röhre dargestellt, wobei für die entsprechenden Werkteile die der Fig. 1 entsprechenden Bezeichnungen übernommen wurden. Die Anode dieser Röhre wird, wie bereits vorstehend erwähnt, durch einen zylinderförmigen Bolzen 5 gebildet, der mit einem die Form einer Kegelfläche besitzenden ringartigen Flansch 6 versehen ist. Auch diese Röhre ist ebenso, wie bereits in der Patentanmeldung angegeben, pumpstengellos ausgebildet, d. h., die Röhre wird so aufgebaut, daß zunächst zwei Baugruppen, nämlich die Anodenseite und Kathodenseite, entstehen. Diese beiden Baugruppen werden dann unter Zwischenlage eines Gitterringes 7 und gegebenenfalls

ίο von Distanzplättchen zwischen den die Baugruppen abschließenden Metallscheiben 9, 10 im Pumpstand nach der Evakuierung des gesamten Raumes durch eine Abschlußlötung 8 verbunden. Die Schlußlötung kann, wie auch bereits in der Patentanmeldung angegeben, beispielsweise mittels eines Silber-Kupfer-Eutektikums als Lot geschehen, das bei etwa 780° C schmilzt und die Endscheiben der beiden Baueinheiten verbindet. Die Zuführung des Heizstromes zu dem in der Hülsenkathode 11 mit der Wärmedrossel 12 an-

ao geordneten Brenner 13 erfolgt über zwei stumpf angelötete, ebenfalls kegelförmig ausgebildete Metällscheiben 14 und 15. Die Hochfrequenzanschlüsse werden durch die Scheiben 6 (Anode), 8, 9, 10 (Gitter) und 14 (Kathode) gebildet und sind im Durchmesse* zweckmäßig nach einer Richtung des Systenls hin ab¹ gestuft.

Claims

Patentansprüche:

1. Vakuumdichte Verbindung eines Vorzugs^ weise rohrförmigen Keramikteiles hoher Festigkeit mit einem eine scheibenartige Stirnfläche aufweisenden Metallteil, das einen im Vergleich zur Keramik insbesondere stark unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, insbesondere für eine elektrische Entladungsröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsflächen des Keramikteiles und des Metallteiles derart als Kegelflächen ausgebildet sind, daß der Winkel zwischen der Kegelbasis und der Erzeugenden des Kegelmantels größenordnungsmäßig 5 bis 30° beträgt und daß diese beiden Teile über ein von den Kegelflächen eingeschlossenes Lot verbunden sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallteil aus einem Werkstoff besteht, der die durch die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten auftretenden mechanischen Spannungen durch innere Verformung aufnimmt.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot eine größere Festigkeit als das Metallteil besitzt.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik eine größere Festigkeit als das Metallteil besitzt.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Keramik eine Aluminiumoxyd-Keramik vorgesehen ist, daß das Metallteil aus einem Werkstoff mit niedrigerer Streckgrenze als die Keramik besteht, z. B. aus weichgeglühtem Kupfer, und daß das Keramikteil und das Metallteil durch ein aus einer Titanlegierung bestehendes Lot verbunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften :
Espe und Knoll, »Werkstoffkunde der Hochvakuumtechnik«, 1936, S. 352.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen