DE1289478B

DE1289478B - Verfahren zur Herstellung einer Bindung zwischen einem keramischen Material und einem Metall

Info

Publication number: DE1289478B
Application number: DE1966G0048234
Authority: DE
Inventors: Jorgensen Paul J
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1965-10-21
Filing date: 1966-10-19
Publication date: 1969-02-13
Also published as: GB1128567A; SE306493B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bindung zwischen einem keramischen Material und einem Metall. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Bindungen zwischen einem hitzebeständigen Metall und einem aus Aluminiumoxyd bestehenden Material. Die Bindung wird mittels eines Materials hergestellt, das einen hohen Gehalt an Aluminiumoxyd enthält und im allgemeinen in Lucalox-Lampen verwendet wird. In diesen Lampen können Alkalimetalldämpfe Teile der Lampe angreifen und -diese betriebsunfähig machen.
Bisher ist die Bindung von keramischen Teilen zu anderen keramischen Teilen oder zu hitzebeständigen Metallteilen im allgemeinen durch Anbringen eines Metallfilmes auf die keramische Oxydoberfläche hergestellt worden. Unter-den verschiedenen bekannte Verfahren wird beispielsweise bei dem Molybdän-Magnesium-Verfahren auf der Oberfläche des keramischen Materials eine Mischung aus Magnesium und Molybdänpulvern gebrannt. Beim Hydridprozeß wird ein Hydrid des Titans oder des Zirkons auf die Oberfläche des keramischen Materials aufgebracht und in einer nichtoxydierenden Atmosphäre durch Erhitzen zersetzt. Dabei bildet sich eine Metallschicht, die dann mit einem leitfähigen Lötmittel verbunden werden kann. Dieses Verfahren wird in dem USA: Patent 2 928 755 beschrieben.
Bei einem anderen Verfahren, das als das Aktivlegierungsverfahren bezeichnet wird, werden die Teile durch die Bildung eines geschmolzenen Lötmittels zwischen den zu verbindenden Teilen verbunden. Das Lötmittel enthält ein reaktionsfähiges Metall wie beispielsweise Titan öder - Zirkonium. Während diese Verfahren nützlich sind bei vorgewählten Situationen, ist die Verwendung solcher Bindungen auf Arbeitstemperaturen im Bereich von etwa 400 bis 600° C beschränkt. Bei diesen Arbeitstemperaturen bleiben die Bindungen unversehrt.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, verbesserte Bindungen zwischen keramischen Materialien und Metallen herzustellen.
Es wurde festgestellt, daß das Verbindungsglas, das zur Bindung des Alun-iiniumoxydteiles mit dem hitzebeständigen Metall verwendet wird, eine verbesserte Bindung herstellt, wenn das Hitzebeständige Metall mit Wolframtrioxyd beschichtet wird.
Ein solches Verbindungsmaterial liefert eine wesentlich bessere Adhäsion an das hitzebeständige Metall. Beispielsweise kann bei der Herstellung einer Alkalimetalldampf enthaltenden Natrium-Lucalox-Lampe eine Niobmetallendkappe mit Wolframtrioxyd beschichtet werden. Die Niobmetallendkappe kann auch mit aktivem Metall beschichtet werden, das dann während der Bindung oxydiert wird. Für die Bindung des Niobs an den polykristallinen Aluminiumoxydkörper wird ein Aluminiumoxydglas mit mindestens 99,5 % Aluminiumoxyd verwendet. Man erhält so eine sehr gute Bindung.
Trotz der guten Bindung versagt die Lampe beim Betrieb. Es wird angenommen, daß der Natriumdampf der Lampe während des Betriebes das Wolframtrioxyd reduziert und die Bindung porös macht. Durch diese Porösität diffundiert das Natrium in der Lampe in das Bindungsmaterial hinein, und die Lampe versagt, wenn das Arbeitsverhältnis erschöpft ist.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß das obige Problem gelöst werden kann, indem das Wolframtrioxyd durch Zirkonmmdioxyd (Zr02) er-. setzt wird, das durch den Natriumdampf während des Betriebs der Lampe nicht reduziert wird. Bei der Verwendung von Zirkoniumdioxyd bleibt die Bindung bestehen, man erhält eine verbesserte Haftfestigkeit, und die Lampe arbeitet über einen längeren Zeitraum. Dadurch wird eine bessere Bindung zwischen dem keramischen Material und dem Metall erhalten. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bindung zwischen einem keramischen Material und einem Metall, das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein hitzebeständiges Material mit Zirkonium beschichtet wird und mit dem keramischen Material mittels eines verbindenden Glases verbunden wird, wobei das Zirkonium während des Verbindens zu Zirkoniumdioxyd oxydiert wird.
Das Zirkondioxyd wird auf dem Niob gebildet, indem das hitzebeständige Metall so mit Zirkonhydrid beschichtet wird, daß ein kontinuierlicher Überzug über den Teil entsteht, der mit dem verbindenden Glas in Kontakt gebracht wird. Dann wird die Beschichtung zu Zirkonium reduziert. Nach Erhitzung des beschichteten hitzebeständigen Metalls und des Aluminatverbindungsglases (aluminate sealing glass) bildet die Zirkoniumlegierung mit dem hitzebeständigen Metall und dem Zirkonium an der Oberfläche ein Oxyd, das in dem verbindenden Glas eingebaut wird. Dadurch wird eine wesentlich verbesserte Haftfestigkeit erreicht: Vorzugsweise wird eine Zirkoniumhydridbeschichtung mit einem Durchmesser von annähernd 0,0025 cm -verwendet, obgleich eine dickere oder dünnere Beschichtung möglich ist, Das Verfahren nach der Erfindung bezieht sich nicht nur auf die Herstellung von Bindungen zwischen einem keramischen Material und einem Metall sondern auch auf das Herstellen von Bindungen zwischen Glas und Metall und umgekehrt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung einer Bindung zwischen einem keramischen Material und einem Metall, dadurch gekennzeichnet, daß ein hitzebeständiges Metall mit Zirkonium beschichtet wird und mit dem keramischen Material mittels eines verbindenden Glases verbunden wird, wobei das Zirkonium während des Verbindens zu Zirkoniumdioxyd oxydiert wird.
2. Verfahren nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als hitzebeständiges Metall Niob verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als keramisches Material ein polykristalliner Aluminiumoxydkörper mit mindestens 99,5 % Aluminiumoxyd verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindungsglas ein Stoff verwendet wird, der im wesentlichen aus Aluminiumoxyd besteht.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfläche zwischen dem Metall und dem verbindenden Glas aus einer Zirkoniumlegierung des hitzebeständigen Metalls und einer Mischung aus dem verbindenden Glas und Zirkoniumdioxyd gebildet wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel zwischen dem hitzebeständigen Metall und dem Aluminiumoxydkörper eine Mischung aus Aluminiumoxydglas und Zirkoniumdioxyd verwendet wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Lampe Niob mit einem polykristallinen Aluminiumoxyd durch eine Zusammensetzung verbunden wird, die aus Aluminiumoxydglas und Zirkondioxyd besteht. B. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren einer Lampe eine mit Alkalimetalldämpfen in Berührung kommende Bindung zwischen einem hitzebeständigen Metall und einem Aluminiumoxydkörper aus einer Zirkondioxydbeschichtung auf dem hitzebeständigen Metall und einem verbindenden Aluminiumoxydglas gebildet wird.