DE1231608B - Verfahren zum Verbinden eines Metallteiles mit einem vorzugsweise stabfoermigen Keramikteil und hiernach hergestellte Metallkeramik-verbindung - Google Patents

Description

• Verfahren zum Verbinden eines Metallteiles mit einem vorzugsweise stabförmigen Keramikteil und hiernach hergestellte Metallkeramikverbindung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbindung eines Metallteiles mit einem insbesondere stabförmigen Keramikteil.
• Zur Herstellung derartiger Verbindungen ist es bekannt, auf die Keramikoberfläche einen Belag aus pulverförmig aufgebrachtem hochschmelzendem Metall, wie Eisen oder Molybdän oder Wolfram, bei einer hohen Temperatur, beispielsweise 1350 bis 1400° C, aufzubrennen, wobei die Höhe der Temperatur in an sich unerwünschter Weise durch die Erweichung der erhitzten Keramik bestimmt ist. Dieses Einbrennen des Belages erfolgt in einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre. Die so vorbehandelte Keramik wird dann mittels eines Lotes, meistens aus einer Kupfer-Silber-Legierung bestehend, mit dem Metallteil verbunden. Bei diesem Verfahren kommt es darauf an, daß die beiden Lötpartner, nämlich die Keramik und das Metall, möglichst gut im Ausdehnungskoeffizienten übereinstimmen, da sonst infolge der bei der Abkühlung nach der Lötung auftretenden mechanischen Spannungen einer der Lötpartner oder die Lötstelle selbst beschädigt wird. Bei Einhaltung dieser Bedingung läßt sich auch eine hinreichend gute vakuumdichte Verbindung erzielen. In der Praxis kommt jedoch auch häufig die Aufgabe vor, zwei Lötpartner miteinander zu verbinden, die in ihren Ausdehnungseigenschaften relativ unterschiedlich sind, beispielsweise also eine Keramik, die ein alkalifreies dichtgebranntes Steatit ist und die einen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 70 . 10-7 besitzt, und ein Metallteil aus Eisen, das einen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 120 - 10r7 besitzt. Dabei kommt es meist gar nicht auf eine vakuumdichte Verbindung an, sondern lediglich auf eine zuverlässige mechanische Verbindung. Bei Anwendung des vorgeschilderten bekannten Verfahrens führt die Abkühlung unweigerlich zu starken Spannungen in der Keramik, die insbesondere bei Anordnung der Keramik in einer Aussenkung des Metallteiles zu einer unerwünschten Kerbwirkung an der Lötstelle führt. Die nach diesem Verfahren hergestellten Lötverbindungen besitzen daher keinesfalls die erforderliche mechanische Festigkeit, sondern gehen bei der geringsten Beanspruchung zu Bruch.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Weg aufzuzeigen, der es ermöglicht, das vorgenannte Verfahren auch für die Verbindung zweier Lötpartner anzuwenden, die relativ unterschiedlich im Ausdehnungskoeffizienten sind.
• Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Erzielung einer temperaturwechselbeständigen Verbindung bei Verwendung eines im Ausdehnungskoeffizienten wesentlich von der Keramik verschiedenen Metalls das Pulver aus hochschmelzendem Metall in die Keramikoberfläche bei einer derart niedrigen Temperatur einzubrennen, daß die eingebrannte Schicht für den späteren Lötvorgang gerade noch die Benetzung der Keramik übernimmt. Die weitere Behandlung der Verbindung erfolgt dann analog dem vorbekannten Verfahren.
• Nachstehend wird an Hand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert.
• Der Anwendung der Erfindung kommt besondere Bedeutung zu für den Aufbau von Lauffeldröhren, wie er im Patent 1209 662 beschrieben wurde. Bei dem dort beschriebenen Aufbau werden die in üblicher Weise für die Wendelabstützung bzw. Halterung benutzten Keramikstäbe an einer sogenannten Aufbaubasis festgelötet, die ihrerseits das Strahlerzeugungssystem der Lauffeldröhre oder den Elektronenauffänger enthalten kann. Diese Aufbaubasis dient bei der Anordnung nach dem älteren Vorschlag als Bezugsfläche für das Elektrodensystem der Röhre. Die Aufbaubasis wird dabei zweckmäßig als Metalltopf ausgebildet, der zugleich als Zuganode oder sonstige Elektrode des Röhrensystems dient. In der Zeichnung ist in F i g. 1 zunächst schematisch dargestellt, wie ein derartiges Teil in der Praxis beschaffen ist. In der zur Verbindung vorgesehenen Oberfläche des als Aufbaubasis dienenden Metallteiles 1 sind für die drei der Wendelhalterung dienenden Keramikstäbe 2 Aussenkungen 3 vorgesehen, die etwa eine Tiefe von 0,5 mm besitzen und dem Durchmesser der Keramikstäbe angepaßt sind. Die Keramikstäbe bestehen aus einem alkalifreien dichtgebrannten Steatit, während die Aufbaubasis aus Eisen hergestellt ist. Der Durchmesser der Aussenkungen ist den Keramikstäben derart angepaßt, daß diese bei Raumtemperatur gerade hineinbewegtwerden können.
• Die Vorbereitung der Keramikstäbe erfolgt in der Weise, daß sie an ihren Enden auf eine Länge von etwa 1 mm und an der Stirnfläche mit einer in einer Collodiumlösung aufgeschlämmten Eisenpulverpaste bestrichen und in reduzierender Atmosphäre bei nur etwa 1000° C eingebrannt werden. Die eingebrannte Metallisierung ist bei einer derartigen Wahl der Einbrenntemperatur in der Lage, beim späteren Lötvorgang nur die Benetzung für das flüssige Lot zu übernehmen; und besitzt selbst nicht die für eine vakuumdichte Verbindung an sich erforderliche Verankerung auf der Keramikoberfläche. Die eingebrannte Metallisierung wird zur besseren Benetzung für das Lot nachträglich in an sich bekannter Weise galvanisch verkupfert.
• Die so vorbereiteten Keramikstäbe und die mit den Aussenkungen versehene Aufbaubasis werden dann, so wie in F i g. 2 der Zeichnungen dargestellt, in einer Lötlehre zu einer Baueinheit vereinigt. Zu diesem Zweck wird die Aufbaubasis 1 auf eine Lötlehre 4 aufgeschoben, die eine in Richtung der Rotationssymmetrieachse sich erstreckende zylinder-oder rohrförmige Fortführung 5 besitzt. Diese Fortführung ist achsparallel von drei Führungsstäben 6 umgeben, von denen in der F i g. 2 - wegen der Schnittdarstellung - nur zwei sichtbar sind. Nach Aufschieben der Aufbaubasis 1 auf das Lehrenteil 5 wird in eine zentrische Bohrung des Teiles 5 eine die später einzusetzende Wendelleitung im Durchmesser nachbildende Stablehre 7 eingesetzt. Nunmehr werden die im Durchmesser genau geschliffenen Keramikstäbe 2 in die für die Lötverbindungen vorgesehenen Vertiefungen bzw. Aussenkungen des Bodens der Aufbaubasis 1 eingelegt und beispielsweise mittels federnder Schellen 8 an zwei im Durchmesser etwas vorspringende Abschnitte 9 der Stablehre 7 angepreßt. Der Durchmesser dieser Abschnitte 9 wird dabei zweckmäßig derart gewählt, daß der aus den Keramikstababständen sich ergebende Durchmesser des einbeschriebenen Kreises entweder geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der später zwischen die Keramikstäbe einzulagernden Wendel. Dabei sind dann im späteren Zustand die Keramikstäbe, beispielsweise mittels Schellen, an die Wendelleitung anzudrücken. Oder die Abstände der Keramikstäbe sind derart gewählt, daß der sich hieraus ergebende Durchmesser des einbeschriebenen Kreises dem Wendelleitungsdurchmesser entspricht, so daß gegebenenfalls zur Einführung der Wendel die so gebildete Keramikreuse nur geringfügig aufzuspreizen ist. Im letzteren Fall können unter Umständen die Mittel zur Zusammenpressung der Reuse, wie die Schelle, fortfallen. Es ist jedoch auch hier unter Umständen zweckmäßig, derartige Mittel vorzusehen, wenn ein besonders gleichmäßiges Anliegen der Stäbe an der Wendelleitung angestrebt wird, also beispielsweise eine Schelle oder ein hierzu gleichwertiges Mittel. Nach Einsetzen der Keramikstäbe 2 in die Aufbaubasis 1 unter gleichzeitiger Einfügung des Lotes, z. B. in Form eines Lotringes, wird auf die Führungsstäbe 6 das Lehrenoberteil 10 aufgeschoben, das mittels Führungsbohrungen eine Verwindung der Keramikreuse von dieser Seite aus unterbindet und gleichzeitig die Keramikstäbe 2 leicht gegen die Aufbaubasis 1 andrückt. Die aufbaubasisseitige Sicherung gegen eine Verwindung der Keramikstabreuse ist dadurch geschaffen, daß die Lage der Aufbaubasis mittels Nut und Nase an einer Stelle 11 der Lehre festgelegt ist. Die endgültige Lötung kann nach soweit erfolgtem Aufbau nunmehr durchgeführt werden, z. B. in einer Schutzgasatmosphäre mittels Erhitzung über die Induktionsschleife 12 einer Hochfrequenzlötvorrichtung. Nach dem Löten werden die einzelnen Lehrenteile 7 und 10 sowie die Schellen 8 entfernt, und die so geschaffene Keramikreuse nebst Aufbaubasis kann als Baueinheit für den fertigen Zusammenbau des Elektrodensystems verwendet werden.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Verbinden eines Metallteiles mit einem vorzugsweise stabförmigen Keramikteil, bei dem nach Einbrennen eines Pulvers aus hochschmelzendem Metall in die Keramikoberfläche das Keramikteil mit dem Metallteil durch ein Lot, insbesondere durch eine Silber-Kupfer-Legierung, verbunden wird, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß zur Erzielung einer tem= peraturwechselbeständigen Verbindung bei Verwendung eines im Ausdehnungskoeffizienten wesentlich von der Keramik verschiedenen Metalles das Pulver aus hochschmelzendem Metall in die Keramikoberfläche bei einer derart niedrigen Temperatur eingebrannt wird, daß die eingebrannte Schicht für den späteren Lötvorgang gerade noch die Benetzung der Keramik übernimmt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von einem alkalifreien dichtgebrannten Steatit als Keramik, und Eisen als Metall in die Keramikoberfläche an der späteren Verbindungsstelle in reduzierender Schutzgasatmosphäre ein Eisen- oder Molybdänbelag bei einer Temperatur von etwa 1000° C eingebrannt wird und daß gegebenenfalls der eingebrannte Belag zur besseren Benetzung der Keramik beim späteren Löten nachträglich galvanisch verkupfert wird.
3. 3. Nach einem Verfahren der Ansprüche 1 oder 2 hergestellte Metallkeramikverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines stabförmigen Keramikteiles das Keramikteil mit seinem stabförmigen Ende in einer Aussenkung des Metallteiles angeordnet ist, und daß diese Aussenkung derart ausgebildet ist, daß sie durch Kapillarwirkung das Lotmetall während des Lötens an der Berührungsfläche der Werkteile festhält.