DE1471339C - Verbindung zwischen einem Gegenstand aus keramischem Material und einem Gegenstand aus Metall mittels eines warmhärtenden Klebstoffs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung zwischen einem Gegenstand aus keramischem Material und einem Gegenstand aus Metall mittels eines warmhärtenden Klebstoffs, wobei mindestens ein Hilfsstück zwischen den beiden Gegenständen angeordnet ist.

In der Technik ist es oft notwendig, Gegenstände miteinander zu verbinden, die aus Materialien mit verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind. Wenn zur Herstellung einer Verbindung ein Klebstoff gewählt wird, der bei höherer Temperatur, z. B. über 150° C, aushärtet, können beim Abkühlen so hohe Spannungen in den Gegenständen entstehen, daß Risse in den miteinander verbundenen Gegenständen auftreten.

Es ist bekannt, diese Spannungen dadurch herabzumindern, daß zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Gegenständen ein Hilfsstück in Form einer Zwischenschicht angebracht wird, die aus einem Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten zwisehen denen der Materialien der Gegenstände besteht. Um befriedigende Ergebnisse zu erzielen, muß diese Zwischenschicht jedoch verhältnismäßig dick sein, z. B. 10 mm und mehr, wodurch viele technische Schwierigkeiten anderer Art auftreten können. Bei Versuchen wurde festgestellt, daß bei Verwendung eines bei höherer Temperatur aushärtenden Klebstoffs Spannungen in dem Material mit dem niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten auftreten. Wenn dieses Material nur einen geringen Zugspannungswiderstand hat, wie z. B. viele keramische Materialien, können diese Spannungen Risse einiger Millimeter oberhalb der Klebfuge hervorrufen.

Es ist ferner bekannt, die Haftung zwischen zu verbindenden Teilen aus Keramik und Metall unter Verwendung einer Glas- oder Emailschmelze dadurch zu verbessern, daß an dem Metallteil ein Hilfsstück angeschweißt oder angelötet wird, das aus einem Metall besteht, auf dem die Glas- oder Emailschmelze besser als auf dem zu verbindenden Metallteil haftet, und das flexibler als das zu verbindende Metallteil ist. Hierdurch wird jedoch lediglich eine Verbesserung der Wärmebeständigkeit der Klebfuge erzielt. Eine solche Verbesserung ist bei Anwendung von warmhärtenden Klebstoffen nicht erforderlich, da mit diesen Klebstoffen Metall-Keramik-Verbindungen mit ausreichender Wärmebeständigkeit und hoher mechanischer Festigkeit erzielt werden. Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, die bereits erwähnte Rißbildung zu verhindern, die einige Millimeter von der Klebfuge entfernt im Keramikteil auftritt.

Es wurde nunmehr gefunden, daß durch Anwendung von Hilfsstücken geeigneter Form, durch die die Zugspannungen über einen größeren Teil der Oberflächen der zu verbindenden Gegenstände verteilt werden, die auftretenden Zugspannungen in vielen Fällen unter die Bruchgrenze des Materials mit dem niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten herabgesetzt werden können.

Die erfindungsgemäße Keramik-Metall-Verbindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsstück die Form eines offenen Behälters mit aufrecht stehendem Rand aufweist, daß zumindest der aufrecht stehende Rand den Gegenstand aus keramischem Material an Stellen umfaßt, die bei einer Verbindung der beiden Gegenstände ohne das Hilfsstück nicht mit Klebstoff in Berührung kommen, daß der aufrecht stehende Rand mit diesen Stellen mittels Klebstoff verbunden ist und daß andere Teile des Hilfsstücks mit beiden Gegenständen durch warmhärtenden Klebstoff verbunden sind.

Das Hilfsstück braucht nicht eine Einheit zu sein. Es ist auch möglich, daß das Hilfsstück aus mehreren Teilstücken besteht, die zusammen die Form eines offenen Behälters aufweisen. Die Vorteile dieser Ausführungsform sind weiter unten näher erläutert.

Es stellte sich heraus, daß gute Ergebnisse durch Verwendung eines Hilfsstücks erzielt werden, das aus einem Metall mit dem gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Metall besteht, an dem ein keramischer Gegenstand befestigt werden soll. Es ist jedoch vorteilhaft, ein Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten zu verwenden, der zwischen denen der aneinander zu befestigenden Materialien liegt oder gleich dem niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten ist. Dabei werden die Zugspannungen in dem Gegenstand aus dem Material mit dem niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten infolge der festgeklebten aufrecht stehenden Ränder des Hilfsstücks bzw. der Hilfsstücke verringert.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die

Fig. 1, 2 und 3 zeigen schaubildlich Hilfsstücke, die zur Befestigung von Gegenständen mit einer rechteckigen Bodenfläche verwendbar sind; die

F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch einen keramischen Gegenstand, der mit einer Metallplatte erfindungsgemäß verbunden ist.

Das Hilfsstück kann aus einer Einheit in Form eines offenen Behälters bestehen. Dieser offene Behälter kann auch aus verschiedenen Teilen zusammengesetzt sein, was in den F i g. 2 und 3 dargestellt ist. Die in diesen F i g. 2 und 3 dargestellten Teile ermöglichen es, gegenseitige Maßunterschiede, die z. B. bei einer Reihe von keramischen Gegenständen auftreten können, auf geeignete Weise zu kompensieren. Letztere Bauarten sind auch wirtschaftlich vorteilhaft. Wird ein technisch einfaches Verfahren bevorzugt, so ist es zweckdienlicher, ein einheitliches Hilfsstück zu benutzen. Der offene Behälter oder dessen Teile können auf einfache Weise, z. B. aus einem Metall wie rostfreiem Stahl, Chromeisen oder anderen geeigneten Metallen oder Legierungen, hergestellt werden. Gute Ergebnisse wurden mit Plattenstärken von 0,5 bis 1 mm erzielt.

Vorzugsweise wird die Höhe des aufrecht stehenden Randes nicht größer als etwa die Hälfte des Abstandes von dem gegenüberliegendem Rande und nicht kleiner als ein Achtel dieses Abstandes gewählt. Es hat sich ergeben, daß bei den zwischen diesen Werten liegenden Höhen der Ränder eine günstige Spannungsverteilung in dem zu verklebenden Gegenstand auftritt. Sehr gute Ergebnisse wurden dadurch erzielt, daß die Höhe des aufrecht stehenden Randes etwa gleich einem Viertel des Abstandes zwischen zwei einander gegenüberliegenden Rändern gewählt wurde. Der Spielraum zwischen einem Hilfsstück in Form eines offenen Behälters und dem Gegenstand kann z. B. 0,5 bis 1 mm betragen.

F i g. 5 zeigt einen Körper 1 im Schnitt, der aus Ferroxcube besteht, und der an einer Metallfläche 2 unter Verwendung eines Hilfsstücks 3 in Form eines offenen Metallbehälters nach F i g. 1 festgeklebt ist. Die Klebstoffschicht 4 befindet sich auch zwischen dem aufrecht stehenden Rand 6 und dem Körper 1. Zwischen dem Behälter und der Metallplatte befindet

sich eine Klebstoffschicht 5, die aus dem gleichen Klebstoff besteht, wie er für die Klebstoffschicht 4 benutzt wird. Es können für die beiden Klebstoffschichten verschiedene Klebstoffsorten verwendet werden.

Ein wesentlicher Teil einer Ultraschall-Reinigungsapparatur besteht aus dem sogenannten Wandler, dessen Wirkung darin besteht, daß die zugeführte elektrische Leistung in mechanische Schwingungen umgewandelt wird. Das eigentliche Wandlerelement besteht häufig aus einem keramischen Material, z. B. Ferroxcube. Mindestens eines dieser Elemente wird zum Erzielen einer guten Wirksamkeit und einer bequemen Handhabung an oder in einem Gefäß aus abnutzungsfestem, chemisch widerstandsfähigem Material, meistens rostfreiem Stahl, festgeklebt. Bei dieser Konstruktion wird die Klebstoffschicht hohen wechselnden Kräften (10 bis 50 kg/cm²) hoher Frequenzen (20 bis 40 kHz) ausgesetzt. Um in der Klebstoffschicht die Verlustleistung infolge mechanischer Verluste auf ein Mindestmaß herabzusetzen, muß die Klebstoffschicht dünn und aus einem harten Klebstoff gebildet sein. Die Klebstoffschicht soll weiter bis zu etwa 100° C ihre Festigkeit aufrechterhalten, da es häufig möglich sein muß, die Reinigungsflüssigkeit auf diese Temperatur zu erhitzen. Warmhärtende Klebstoffsorten, welche diese Bedingungen erfüllen, können auf der Basis von Äthoxylin-Harzen hergestellt werden und sind käuflich erhältlich. Bei diesen Klebstoffsorten liegt die geeignete Aushärtungstemperatur gewöhnlich zwischen 150 und 200° C.

Infolge des Unterschiedes zwischen den Ausdehnungskoeffizienten von Ferroxcube (7 · 10~⁶) und von rostfreiem Stahl (16,2 · 10~⁶) entstehen jedoch beim Abkühlen von der Aushärtungstemperatur des Klebstoffs (gewöhnlich 150° C) her so hohe Spannungen in dem Ferroxcube, daß dieses Material häufig einige Millimeter oberhalb der Klebstoffschicht zerbricht.

Indem nun gemäß der Erfindung ein offenes Gefäß mit einer Bodenfläche von etwa 40 · 40 mm aus Chromeisen (Ausdehnungskoeffizient 9,8 · 10~⁶) mit einer Stärke von 0,5 mm mit einem aufrecht stehenden Rand mit einer Höhe von 1 cm und ein Klebstoff auf Äthoxylin-Harzbasis benutzt .wurden, traten keine Risse mehr in dem Ferroxcubekörper auf, auch nicht, wenn der Klebstoff bei 200° C ausgehärtet und das Ganze auf —80° C abgekühlt wurde.

Mit einem offenen Gefäß aus rostfreiem Stahl wurden ebenfalls gute Ergebnisse erzielt.

Die Befestigung läßt sich auf einfache Weise durchführen, indem in dem offenen Gefäß die erforderliche Menge Klebstoff 4 geschmolzen und der Körper 1 eingeführt und gegebenenfalls der Klebstoff erhärtet wird, worauf die Klebstoffschicht 5 zwischen dem offenen Gefäß 3 und der Metallplatte 2 angebracht und das Ganze auf die zum Aushärten erforderliche Temperatur erhitzt wird.

Die Erfindung wurde vorstehend an Hand der Befestigung von Gegenständen mit einer rechteckigen, festzuklebenden Bodenfläche erläutert. Es

ίο werden entsprechende Ergebnisse erzielt mit sonstigen Bodenflächen, z. B. kreisförmigen Bodenflächen. Die Hilfsstücke lassen sich daran auf einfache Weise

anpassen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verbindung zwischen einem Gegenstand aus keramischem Material und einem Gegenstand aus Metall mittels eines warmhärtenden Kleb-Stoffs, wobei mindestens ein Hilfsstück zwischen den beiden Gegenständen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsstück die Form eines offenen Behälters mit aufrecht stehendem Rand aufweist, daß zumindest der aufrecht stehende Rand den Gegenstand aus keramischem Material an Stellen umfaßt, die bei einer Verbindung der beiden Gegenstände ohne das Hilfsstück nicht mit Klebstoff in Berührung kommen, daß der aufrecht stehende Rand mit diesen Stellen mittels Klebstoff verbunden ist und daß andere Teile des Hilfsstücks mit beiden Gegenständen durch warmhärtenden Klebstoff verbunden sind.

2. Keramik-Metall-Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsstück aus mehreren Teilstücken besteht, die zusammen die Form eines offenen Behälters aufweisen.

3. Keramik-Metall-Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsstück aus einem Material mit einem Ausdehnungskoeffizienten zwischen denen der zu verbindenden Gegenstände besteht.

4. Keramik-Metall-Verbindung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsstück einen aufrecht stehenden Rand aufweist, dessen Höhe zwischen der Hälfte und einem Achtel des Abstandes von dem gegenüberliegenden Rande liegt.

5. Verwendung der Keramik-Metall-Verbindung nach den Ansprüchen 1 bis 4 für Wandler aus keramischem Material, die an einer Metallfläche festgeklebt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen