DE1421829C - Schmelzabdichtmasse aus einer keramischen Grundmasse und einem Glasbindemittel, deren Anteile zur Einstellung des Ausdehnungskoeffizienten dosiert sind, für vorgeformte Bauteile - Google Patents
Schmelzabdichtmasse aus einer keramischen Grundmasse und einem Glasbindemittel, deren Anteile zur Einstellung des Ausdehnungskoeffizienten dosiert sind, für vorgeformte BauteileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schmelzabdichtmasse für vorgeformte Bauteile, bestehend aus einer keramischen
Grundmasse und einem Glasbindemittel, deren Anteile zur Erzielung eines bestimmten Ausdehnungskoeffizienten
entsprechend dosiert sind.
Die größeren Bestandteile zusammengesetzter Gegenstände, z. B. der Trichter- und der Bildschirmteil
einer Kathodenstrahlröhre, lassen sich als vorgeformte Bauteile z. B. aus Glas, Keramik oder Metall herstellen
und werden mit Hilfe einer Schmelzabdichtmasse zu dem fertigen Gegenstand zusammengesetzt.
Eine solche Masse muß einen mit demjenigen der vorgeformten Bauteile übereinstimmenden Wärmeausdehnungskoeffizienten,
jedoch eine Verschmelztemperatur aufweisen, die unterhalb des Deformationspunktes der vorgeformten Bauteile liegt. 3»
Blei-Bor-Silikat-Gläser für diesen Zweck sind beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 642 633 beschrieben.
Ferner ist eine Gruppe von Blei-Zink-Borat-Gläsern für diesen Zweck aus der britischen Patentschrift
634 548 bekanntgeworden.
Entglaste Glasabdichtungen, bei denen ein geschmolzenes Abdichtglas wenigstens teilweise durch
Entglasung kristallisiert ist, und für die Herstellung solcher entglasten Glasabdichtungen geeignete Blei-Zink-Borat-Gläser
sind beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 889 952 beschrieben. Das imZusammenhang
damit erläuterte Abdichtverfahren eignet sich besonders zur Herstellung evakuierter Elektronenröhren
od. dgl. Die Glasabdichtung läßt sich bei vergleichsweise niedriger Temperatur herstellen, indem
man die Abdichtmasse durch Entglasung in ein Material mit kristalliner Struktur umwandelt, welches
ohne Gefahr der Erweichung oder des Fließens beträchtlich höheren Temperaturen zu widerstehen vermag.
Die Anwendbarkeit solcher Verschmelzabdichtverfahren und die zur Durchführung verwendeten Abdichtgläser
sind jedoch nicht unbeschränkt. Beispielsweise stellt die Vielfalt der bei der Herstellung der vorgeformten
Bauteile verwendeten Materialien, insbesondere auf dem elektrischen und elektronischen Arbeitsgebiet,
eine Vielzahl optimaler Bedingungen zur Abdichtung solcher Materialien. Von besonderer Bedeutung
ist die Notwendigkeit verträglicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Abdichtmasse
und den abzudichtenden Oberflächen. Nicht selten ist die für einen besonderen Fall erforderliche Menge an
Abdichtmasse so klein, daß die Entwicklung eines neuen Glases für dieses Anwendungsgebiet nicht lohnt.
Ein weiteres Problem ergibt sich aus dem Wunsch, minimale Abdichttemperaturen bei der Herstellung
vieler elektronischer Teile zu verwenden, um sowohl die thermischen Schädigungen empfindlicher Materialien
zu vermeiden, als auch ein gleichzeitiges Abdichten und Sintern zu ermöglichen. Außerdem wird
ständig an Abdichtmassen und Zwischenabdichtungen die Forderung nach höherer mechanischer Festigkeit
gestellt.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Schmelzabdichtmasse, die im wesentlichen aus Bleigläsern
besteht, die sich wegen ihrer niedrigen Einschmelztemperatur für den beabsichtigten Verwendungszweck
besonders eignen. Da jedoch der Ausdehnungskoeffizient solcher Bleigläser, insbesondere
dann, wenn sie mehr als 75 Gewichtsprozent PbO enthalten, relativ hoch ist und sie sich deshalb nicht
überall einsetzen lassen, müssen sie modifiziert werden. Durch die Erfindung wird eine Schmelzabdichtmasse
vorgeschlagen, bei der es gelungen ist, durch geeigneten Zusatz den Ausdehnungskoeffizienten gesteuert herabzusetzen.
Erfindungsgemäß bestehen die keramische Grundmasse aus im Glas ungelösten Zirkoniumsilikat und
das Glasbindemittel aus einem Bleiglas mit einem relativ hohen Anteil an PbO und einem geringen Anteil
an SiO2.
Die Erfindung soll im folgenden an Hand einiger Beispiele näher erläutert werden.
Beispicll
Die folgende Tabelle zeigt die errechneten Zusammensetzungen
in Gewichtsprozent und die physikalischen Eigenschaften von zwei typischen thermisch
entglasbaren Glaszusammensetzungen (in Gewichtsprozent): '
| X | Y | |
| PbO | 76 11 9 2 2 103 366 |
83,5 7,5 7,5 |
| ZnO | 1,5 115 336 |
|
| B2O, | ||
| BaO | ||
| SiO2 | ||
| Ausdehnungskoeffizient · 10~7 (O bis 30O0C) Erweichungspunkt |
50 Jedes Glas kann mit einem Grundglas mit einem verträglichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und
einem vergleichsweise höherliegenden Erweichungspunkt abgedichtet werden. Das Glas X wird in eine
thermisch entglaste Abdichtung bei Erwärmung auf 4400C für etwa 1 Stunde umgewandelt. Eine vergleichbare
Abdichtung erhält man aus dem Glas Y bei halbstündiger Erwärmung bei 4200C.
Man erhält ein inniggemischtes Abdichtmaterial, indem man 100 Teile des Glases Y mit 100 Teilen
Zirkoniumoxid (in beiden Fällen Volumteile) vermahlt. Diese Mischung wird in einem organischen
Träger suspendiert und auf die Oberfläche eines Glases mit verhältnismäßig hohem Erweichungspunkt
und einem Expansionskoeffizienten von 99 · IO-7 aufgebracht.
Bei einem halbstündigen Erwärmen bei 42O0C entsteht ein mit dem Grundglas abgedichtetes
thermisch entglastes Glas-Zirkon-Material. Eine im wesentlichen identische Abdichtung erhält man in
ähnlicher Weise zwischen dem Glas X ohne hitzebeständigen Zuschlag und dem gleichen Grundglas. Die
Beobachtung zeigt, daß die Ausdehnungsanpassung in
jeder Abdichtung im wesentlichen die gleiche ist. Dies zeigt die gemäß der Erfindung erwünschten Abänderungen
bei Ausdehnungskoeffizienten und Abdichttemperatur.
Ein stabiles Abdichtglas, das ohne Entglasung abzudichten vermag, wird aus den folgenden Bestandteilen
hergestellt (in Gewichtsprozent):
827„PbO
10 7o B2O3
10 7o B2O3
5% SiO2
3 7o Al2O3
In einer Kugelmühle werden Mischungen dieses Glases mit Zirkoniumoxid hergestellt und die Ausdehnungskoeffizienten
für die fertigen Mischungen wie folgt bestimmt:
Gewichtsprozent
Zirkoniumoxid
Zirkoniumoxid
O
13
20
26
13
20
26
Ausdehnungskoeffizient ■
(25 bis 3200C)
(25 bis 3200C)
ίο-7
114
98
90
84
98
90
84
| der folgenden Zusammensetzungen Gewichtsprozent): |
S | PbO | hergestellt (in | X |
| ZnO | A | 76 11 |
||
| B2O, | 76,5 11 |
9 2 2 |
||
| SiO, | 9,1 2,4 |
|||
| 10 BaO | 1 | |||
| Al2O3 | ||||
Es werden Abdichtzusammensetzungen durch Mischen von Zirkoniumoxid mit entglasbaren Gläsern
Die fertigen Mischungen wurden in rechteckige Blöcke gepreßt, auf die Glasabdichttemperatur von etwa
450° C gebracht und dort zur Erzielung einer Entglasung
gehalten. Die Blöcke wurden dann in kleine Platten mit einer Größe von 6,3 · 6,3 mm · 57,1 mm
zerschnitten. Nunmehr wurden Bruchmodulmessungen in Gruppen solcher Platten aus jeder Zusammen-
ao setzung vorgenommen, wobei die Anzahl der Proben in jeder Gruppe wenigstens sechs betrug. Die folgende
Tabelle zeigt die Zusammensetzungen in Anteilen an Glas und Gewichtsprozentualem Zirkoniumoxidzuschlag
mit durchschnittlichen Bruchmodul (M.O.R.)-Werten bei Raumtemperatur (R. T.) und bei 4000C,
gemessen jeweils in kg/cm2.
Die zuletzt angegebene Mischung zeigt eine geringe Neigung zum Fließen, ergab jedoch noch eine haftende
Abdichtung auf dem Glas. Dies zeigt die etwas größere Aufnahmefähigkeit eines stabilen Abdichtglases für
einen hitzebeständigen Zuschlag.
35
| Zusammensetzung | M.O.R. (R.T.) | M.O.R. (4000Q |
| x + o'/,j X + 2V2 Yo: X + 57„ X+ 10% A + 0% A+ 5% A+ 10% |
330 414 469 378 301 427 490 |
336 384 462 370 217 363 427 |
Claims (1)
- Patentanspruch:Schmelzabdichtmasse für vorgeformte Bauteile, bestehend aus einer keramischen Grundmasse und einem Glasbindemittel, deren Anteile zur Erzielung eines bestimmten Ausdehnungskoeffizienten entsprechend dosiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die keramische Grundmasse aus im Glas ungelöstem Zirkoniumsilikat und das Glasbindemittel aus einem Bleiglas mit einem relativ hohen Anteil an PbO und einem geringen Anteil an SiO, besteht.
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