DE1180224B

DE1180224B - Method of soldering beryllium with the aid of a palladium-silver-copper alloy as a soldering agent

Info

Publication number: DE1180224B
Application number: DEM43447A
Authority: DE
Inventors: Denzil Malcolm Atkinson
Original assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Current assignee: Associated Electrical Industries Ltd
Priority date: 1959-09-21
Filing date: 1959-11-21
Publication date: 1964-10-22

Description

Verfahren zum Löten von Beryllium mit Hilfe einer Palladium-Silber-Kupfer-Legierung als Lötmittel Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löten von Beryllium mit Hilfe einer Palladium-Silber-Kupfer-Legierung als Lötmittel.Method for soldering beryllium with the aid of a palladium-silver-copper alloy as soldering means The invention relates to a method for soldering beryllium with the aid a palladium-silver-copper alloy as solder.

Es ist bereits bekannt, für die Verlötung eines Berylliumfensters einer Röntgenröhre mit dem es umgebenden Rahmen aus Monelmetall oder aus einem mit Kupfer überzogenen weichen Stahl einen Lotring aus einer Palladium-Silber-Kupfer-Legierung mit einem Palladiumanteil von 15 °/o zwischen dem Fenster und dem Metallrahmen einzulegen. Die ganze Anordnung wird in einem Ofen auf eine Temperatur erwärmt, die etwas oberhalb des Schmelzpunktes des Lötmittels liegt. Hierbei befindet sich die Röntgenröhre in einer Atmosphäre aus äußerst reinem Wasserstoff oder im Vakuum. Gleichzeitig wird auf die zu verlötenden Teile zwangläufig ein Druck ausgeübt.It is already known for soldering a beryllium window an X-ray tube with the surrounding frame made of Monel metal or with a Copper-coated soft steel with a solder ring made of a palladium-silver-copper alloy with a palladium content of 15% between the window and the metal frame. The whole arrangement is heated in an oven to a temperature slightly above the melting point of the solder. This is where the X-ray tube is located in an atmosphere of extremely pure hydrogen or in a vacuum. Simultaneously pressure is inevitably exerted on the parts to be soldered.

Bei einer anderen Ausführungsform des bekannten Verfahrens wird zwischen einem mit Kupfer galvanisch überzogenen Berylliumfenster und der Röhrenwandung ein Ring aus einer Palladium-Silber-Kupfer-Legierung als Lot eingelegt, das 5 °/a Palladium enthält.In another embodiment of the known method, between a beryllium window galvanically coated with copper and the tube wall Ring made of a palladium-silver-copper alloy inserted as solder, the 5 ° / a palladium contains.

Bei einer weiteren Ausführungsform soll ein Lot aus 72 °/a Silber und 28 °/o Kupfer verwendet werden, wenn zuvor auf einem Teil der geätzten Berylliumfensterfläche zuerst ein galvanischer Niederschlag aus Kupfer und dann aus Palladium aufgebracht ist. Die Dicke derLotringe beträgt in allen Fällen 0,075 mm. Die einwandfreie Bindung und die Vakuumdichtigkeit hängen bei allen Ausführungsformen von einer gewissen Diffusion zwischen dem Lot und den Teilen ab.In a further embodiment, a solder made of 72 ° / a silver should be used and 28% copper if previously used on part of the etched beryllium window area first a galvanic deposit of copper and then of palladium applied is. The thickness of the solder rings is 0.075 mm in all cases. The perfect binding and the vacuum tightness depend on a certain in all embodiments Diffusion between the solder and the parts.

Ferner ist bekannt, zur Hartverlötung zweier Kupferbleche mit einer Feinsilberfolie den Diffüsions= vorgang auszunuten, ohne daß auch nur ein Bestandteil verflüssigt zu werden braucht.It is also known to braze two copper sheets with one Fine silver foil to exploit the diffusion process without any component needs to be liquefied.

Da die Hartverlötung zweier Kupferbleche mit Hilfe einer Feinsilberfolie durch einen reinen Diffusionsvorgang bekannt ist, erscheint es naheliegend, die zuvor bezeichnete Palladium-Silber-Kupfer-Legierung, deren Hauptbestandteil Silber ist, mit einer Unterlage aus Monelmetall oder Kupfer durch Diffusion hart zu verlöten, da das Monelmetall etwa 30 °/o Kupfer enthält. Andererseits erscheint es auch naheliegend, die Palladium-Silber-Kupfer-Legierung durch einen Diffusionsvorgang ohne Verflüssigung eines Bestandteils mit einer Berylliumscheibe zu verbinden, da derartige Beryllium-Silber-Systeme bekannt sind. Schließlich ist auch ein Zusatz von 5 bis 15 °/o Palladium, wie bekannt, für die Güte einer Lötstelle zwischen dem Berylliumfenster und der Wand der Röntgenröhre aus Monelmetall oder mit Kupfer überzogenem Stahl maßgebend.Since the hard soldering of two copper sheets with the help of a fine silver foil is known through a pure diffusion process, it seems obvious that the previously designated palladium-silver-copper alloy, the main component of which is silver is to be hard soldered to a base made of Monel metal or copper by diffusion, since the Monel metal contains about 30 per cent. copper. On the other hand, it also seems obvious the palladium-silver-copper alloy through a diffusion process without liquefaction of a component to connect to a beryllium disk, as such beryllium-silver systems are known. Finally, an addition of 5 to 15% palladium, as is known, for the quality of a solder joint between the beryllium window and the wall of the X-ray tube made of Monel metal or steel coated with copper.

Andererseits ist aber bekannt, daß bei Temperaturen von 750 und 881'C Veränderungen im Silber-Beryllium-System 'stattfinden, deren Auswirkungen auf den Diffusionsvorgang während des Hartlötens und auf die mechanische Festigkeit der endgültigen Lötstelle aber nicht übersehbar sind.On the other hand, it is known that changes in the silver-beryllium system take place at temperatures of 750 and 881 ° C , the effects of which on the diffusion process during brazing and on the mechanical strength of the final solder joint cannot be overlooked.

Das Ziel der Erfindung ist, eine einwandfreiere Verbindung beim Löten von Beryllium als durch die bekannten Verfahren zu erhalten, die also nicht bricht, auch wenn sie hohen Temperaturen bis zu 700°C und starken mechanischen Beanspruchungen, insbesondere starken Zug- oder Schubbeanspruchungen, unterworfen wird.The aim of the invention is to achieve a flawless connection when soldering of beryllium than to be obtained by the known method, which does not break even if they are high temperatures up to 700 ° C and strong mechanical loads, especially strong tensile or shear loads.

Beim Löten von Beryllium mit Hilfe eines Lotes, das 55 bis 700/, Silber, 20 bis 300/, Kupfer und 10 bis 20 °/o Palladium enthält, wird erfindungsgemäß die Lötstelle 5 Minuten lang auf eine Temperatur zwischen 830 und 840°C erwärmt, die vor einer raschen Abkühlung unter 700°C etwa 1 Minute lang auf 910°C gesteigert wird.When soldering beryllium with the help of a solder containing 55 to 700 /, silver, 20 to 300 /, copper and 10 to 20% palladium, the soldering point is heated to a temperature between 830 and 840 ° C for 5 minutes according to the invention which is increased to 910 ° C for about 1 minute before cooling rapidly below 700 ° C.

Vor dem Hartlöten kann das Beryllium geätzt werden, wenn dies auch nicht immer notwendig ist. Eine 5°/oige Lösung von Fluorwasserstoffsäure in Alkohol eignet sich zur Ätzung. Vor dem Hartlöten soll der Rahmen ebenfalls entgast werden.The beryllium can be etched before brazing, if that too is not always necessary. A 5% solution of hydrofluoric acid in alcohol is suitable for etching. The frame should also be degassed before brazing.

Zum besseren Verständnis des Verfahrens gemäß der Erfindung sei die Zeichnung näher erläutert, die miteinander zu verlötende Teile in einer Einspannvorrichtung zeigt. Wie in der Zeichnung zu sehen ist, befindet sich auf der einen Seitenfläche einer zylindrischen Graphitunterlage 1 ein mit ihr aus einem Stück bestehender Ansatz 2, der dazu dient, einen Rahmen 3 aus Monelmetall an seinem Platz festzuhalten, mit dem ein Berylliumfenster 4 hart verlötet werden soll. Andererseits kann der Rahmen 3 auch aus mit Kupfer elektrolytisch überzogenen Flußeisen aufgebaut sein. Zwischen dem Berylliumfenster 4 und dem Rahmen 3 aus Monelmetall wird ein Ring 5 aus Lot eingelegt.For a better understanding of the method according to the invention, the drawing is explained in more detail, which shows parts to be soldered together in a clamping device. As can be seen in the drawing, on one side surface of a cylindrical graphite base 1 there is a projection 2 consisting of one piece with it, which serves to hold a frame 3 made of Monel metal in place, with which a beryllium window 4 is brazed target. On the other hand, the frame 3 can also be constructed from iron electrolytically coated with copper. A ring 5 made of solder is inserted between the beryllium window 4 and the frame 3 made of Monel metal.

Die Dicke des Einlegeringes beträgt zweckmäßigerweise 0,076 mm. Um das Fenster 4 und den Einlegering 5 gegenüber dem Rahmen 3 an der richtigen Stelle anzubringen, ist ein hohler Graphitzylinder 6 vorgesehen, der nach dem Aufsetzen der Teile 4 und 5 auf den Teil 3 über die Graphitunterlage 1 gestülpt wird. Der Zylinder 6 weist eine hohle Mittelbohrung auf, deren Durchmesser gerade größer als der des Fensters 4 und des Einlagerings 5 ist; außerdem weist der Zylinder 6 einen abwärts laufenden Rand 7 auf, der im Gleitsitz rund um den Umfang der Graphitunterlage 1 herum paßt. Wenn der Zylinder 6 aufgelegt ist, hält er das Fenster 4 und den Einlagering 5 gegenüber dem Rahmen 3 in der richtigen Stellung fest.The thickness of the insert ring is expediently 0.076 mm. In order to attach the window 4 and the insert ring 5 in the correct position relative to the frame 3, a hollow graphite cylinder 6 is provided, which is slipped over the graphite base 1 after the parts 4 and 5 have been placed on the part 3. The cylinder 6 has a hollow central bore, the diameter of which is just greater than that of the window 4 and the insert ring 5; In addition, the cylinder 6 has a downwardly running edge 7 which fits around the circumference of the graphite base 1 in a sliding fit. When the cylinder 6 is in place, it holds the window 4 and the insert ring 5 in the correct position relative to the frame 3.

Zur Ausübung eines leichten Druckes auf die Anordnung ist eine Graphithülse 8 vorgesehen, die in die Bohrung des Zylinders 6 hineinpaßt und auf dem Fenster 4 ruht. Die Länge der Hülse 8 in Achsenrichtung ist derart gewählt, daß sie den Zylinder 6 überragt; sie trägt ein Gewicht 9 aus Monelmetall, das auf ihrer Oberseite ruht. Wenn das Fenster 4 einen Durchmesser von 12,7 mm aufweist, kann das Gewicht 9 100 g betragen. Durch die Bohrung des Gewichtes 9 und der Hülse 8 ist ein Thermoelement 10 eingesetzt, das auf dem Fenster 4 ruht, so daß die Temperatur des Fensters genau bestimmt werden kann. Dieses Thermoelement kann eine Schweißstelle aus Platin/Platin-Rhodium haben.In order to exert a slight pressure on the arrangement, a graphite sleeve 8 is provided which fits into the bore of the cylinder 6 and rests on the window 4. The length of the sleeve 8 in the axial direction is chosen such that it protrudes beyond the cylinder 6; it carries a weight 9 made of Monel metal, which rests on its upper side. If the window 4 has a diameter of 12.7 mm, the weight 9 can be 100 g. A thermocouple 10 is inserted through the bore of the weight 9 and the sleeve 8 and rests on the window 4, so that the temperature of the window can be precisely determined. This thermocouple can have a weld made of platinum / platinum-rhodium.

Die gesamte Anordnung wird schnell auf eine Temperatur von 830 bis 840°C in einem Strahlungsofen innerhalb eines Vakuums von 10-5 mm Hg oder weniger gebracht. Andererseits kann eine hochreine Wasserstoffatmosphäre im Ofen aufrechterhalten werden, die nicht unbedingt vollständig getrocknet zu sein braucht. Die Anordnung wird auf dieser Temperatur etwa 5 Minuten lang gehalten und dann auf die Hartlöttemperatur von 910°C gebracht, auf der sie 1 Minute lang gehalten wird. Schließlich wird die Anordnung schnell auf eine Temperatur von 700°C abgekühlt, die sich unter dem Temperaturbereich befindet, bei der eine gegenseitige Diffusion stattfindet. Die Temperaturen werden mit Hilfe des Thermoelementes 10 gemessen.The entire arrangement is quickly brought to a temperature of 830 to 840 ° C in a radiation oven within a vacuum of 10-5 mm Hg or less brought. On the other hand, a high purity hydrogen atmosphere can be maintained in the furnace that does not necessarily have to be completely dry. The order is held at this temperature for about 5 minutes and then to the brazing temperature brought from 910 ° C, at which it is held for 1 minute. Eventually the Arrangement quickly cooled to a temperature of 700 ° C, which is below the temperature range is located, in which mutual diffusion takes place. The temperatures will be measured with the aid of the thermocouple 10.

Eine Verbindungsstelle, die gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellt ist, erweist sich als sehr fest und ist imstande, einer starken Zugbeanspruchung zu widerstehen. Es können Zugbeanspruchungen von 420 kg/cm2 auf eine derartige Verbindungsstelle ausgeübt werden, ohne daß ein Bruch entsteht; die maximalen Beanspruchungen können beträchtlich über diesem Wert liegen. Im Falle einer Röntgenröhre ist es z. B. möglich, ein Fenster auf der Vakuumseite ihres Rahmens anzubringen, wo es Zugbeanspruchungen unterworfen ist, ohne daß eine Gefahr für einen Bruch besteht. Bisher sind hartgelötete Verbindungsstellen mit Beryllium nur imstande, einem Druck zu widerstehen. Außerdem können die Verbindungsstellen mehrere Male erwärmt und abgekühlt werden, ohne daß ein Bruch eintritt, vorausgesetzt, daß die maximale Temperatur unter der Temperatur der gegenseitigen Diffusion, also unterhalb 700°C gehalten wird.A joint made according to the method of the invention is, proves to be very strong and is capable of strong tensile stress to resist. Tensile loads of 420 kg / cm2 can be applied to such a connection point be exercised without causing a break; the maximum stresses can be considerably above this value. In the case of an X-ray tube, it is e.g. B. possible to attach a window on the vacuum side of their frame where there is tensile stress is subject to without risk of breakage. So far are brazed Joints with beryllium are only able to withstand pressure. aside from that the joints can be heated and cooled several times without a break occurs provided that the maximum temperature is below the temperature mutual diffusion, i.e. below 700 ° C.

Claims

Claims: 1. Method for soldering beryllium with the help of a Solder containing 55 to 70 per cent silver, 20 to 30 per cent copper and 10 to 20 per cent palladium contains, characterized in that the soldering point for 5 minutes at a temperature is heated between 830 and 840 ° C, before a rapid cooling below 700 ° C is increased to 910 ° C for about 1 minute.

2. The method according to claim 1, characterized in that the beryllium is etched before soldering. Documents considered: German Patent No. 1 041 607; L ü der, "Handbuch der Löttechnik", Verlag Technik, Berlin 1952, pp. 90 to 98.