DE1558902C - Verfahren zum Herstellen von Lot verbindungen zwischen Kohlekorpern und Korpern aus Metall, Keramik, Quarz oder Kohle - Google Patents

Description

Dampfdruck im Vergleich zu dem üblichen Hartloten aufweisen.

Erreicht wird dies bei dem im ersten Absatz beschriebenen Verfahren zum Herstellen von haftfesten, insbesondere vakuumdichten Lötverbindungen für Elektronenröhren zwischen einem Kohlekörper und einem anderen Körper aus temperaturfestem Stoff, wie Kohle, Metall, Keramik oder Quarz, mittels eines eine flüssige Phase bildenden Lotes unter Erhitzung im Vakuum, in einer inerten oder reduzierenden Atmo-Sphäre nach der Erfindung dadurch, daß das aus einem Gemisch von Molybdänkarbid der 0,5- bis 3,0fachen Gewichtsmenge mit entweder einem oder mehreren der Metallboride von Eisen, Nickel oder Kobalt in Pulverform oder mit einem Pulvergemisch in eutektischen Anteilen aus Eisen, Nickel oder Kobalt und elementarem Bor bestehende Lot unmittelbar auf die zu verbindenden Flächen aufgebracht oder dort erst durch die aufgebrachten Komponenten gebildet und bis etwas oberhalb des Schmelzpunktes derjenigen Boridverbindung oder derjenigen sich ausbildenden flüssigen Phase mit dem niedrigsten Schmelzpunkt kurzzeitig erhitzt wird.

Dieses Verfahren beruht auf den nachfolgenden experimentellen Erkenntnissen, nämlich, daß Schmelzen von Metallboriden oder eutektische Schmelzen von Metall-Bor-Systemen von Nickel, Eisen, Kobalt entweder für sich allein oder aber im Gemisch untereinander und jeweils im Gemisch mit Molybdänkarbid entsprechend ihrer chemischen Natur sowohl hochschmelzende Metalle, wie z. B. Molybdän, Wolfram, Rhenium, als auch Kohle, Quarz und Keramik so gut benetzen und auf ihnen haften, daß sie direkt als Lot zur Verbindung von entsprechenden Teilen miteinander verwendet werden können. Derartige Teile können somit haftfest miteinander verbunden werden, wenn sie an den Verbindungsflächen mit einem erfindungsgemäßen Gemisch von Borid und Karbid bedeckt werden und kurzzeitig bis knapp über den Schmelzpunkt des Bonds oder der sich jeweils bildenden flüssigen Phase im Vakuum oder in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre erhitzt werden.

In der nachfolgenden Übersicht sind die Schmelzpunkte der vorher genannten, für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Metallboride angegeben.

im angegebenen Beispiel durch den Zusatz von Mo₂C in den angegebenen Grenzen der Schmelzpunkt gegenüber dem des reinen Borids nicht wesentlich erhöht (auf 1200 bis 1250° C) wird, während die Benetzung durch das Gemisch erheblich verbessert werden kann.

Durch die Wahl des jeweiligen erfindungsgemäßen Metallborides bzw. der Komponenten des betreffenden Gemisches ist somit einerseits die Temperatur gegeben, die zum Erreichen einer haftfesten Verbindung benötigt wird, andererseits aber auch die Temperaturgrenze festgelegt, die im späteren Betrieb von den miteinander verbundenen Teilen nicht überschritten werden darf, damit die Verbindung haftfest erhalten bleibt.

Darüber hinaus ist es aber auch möglich, an Stelle eines erfindungsgemäßen Metallborides oder eines Gemisches von diesen Metallboriden für das Lötmittel als Ausgangssubstanz Gemische in eutektischen Anteilen von f einteiligen Pulvern aus dem entsprechenden Metall und elementarem Bor zu verwenden. Dabei kann die Zusammensetzung des Pulvergemisches auch von stöchiometrischer Zusammensetzung sein, so daß das sich dabei bildende Lot Verhältnisse ergibt, wie sie praktisch auch bei Ausgang von dem betreffenden Metallborid erzielt werden. Es hat sich aber ergeben, daß mit besonderem Vorteil die Menge des Boranteiles geringer als entsprechend dem Anteil bei einer stöchiometrischen Zusammensetzung gewählt werden kann, und zwar im Hinblick auf sich ausbildende besondere Eutektika mit erheblich unterschiedlichen, insbesondere niedrigeren Schmelzpunkten. Diese Maßnahme stellt eine zusätzliche Möglichkeit dar, die Löttemperatur vielseitig zu variieren, z. B. gemäß der nachfolgenden Übersicht:

Komponentenanteil

Schmelzpunkt

Borid	Schmelzpunkt des Borides
Ni2B Ni3B Co2B Fe2B Mo2B	1125°C 1160°C 1280°C 1389°C 1850°C

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Danach kann z. B. bei einer Temperatur bis 1250°C eine Verbindung von Kohleteilen untereinander oder mit Teilen aus Metall, wie z. B. Molybdän, oder auch aus Keramik mit metallisierter Oberfläche durch Aufbringen eines Gemisches aus Nickelborid mit dem 0,5- bis 3fachen gewichtsmäßigen Anteil an Molybdänkarbid erfindungsgemäß hergestellt werden. Systematische Untersuchungen haben nämlich gezeigt, daß Ni mit 18,4 Atomprozent

= 4 Gewichtsprozent Bor 1080° C

Co mit 18, 5 Atomprozent

= 4 Gewichtsprozent Bor 1095° C

Während bei den bisher beschriebenen einzelnen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Lötverfahrens das Lot mit seiner flüssigen Phase wirklich das eigentliche lötende Medium bildet, kann dagegen in allen den Fällen, in denen Körper mit merklich unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten, z. B. Keramikkörpern, verbunden werden sollen, das erfindungsgemäß eingesetzte Lot auch nur zum Benetzen einer oder beider der zu verbindenden Oberflächen zwecks Schaffens einer lötfähigen Unterlage verwendet werden. Als tatsächliches Lot wird in diesen Fällen ein übliches Hartmetallot, insbesondere mit niedrigem Schmelzpunkt, z. B. ein Lot aus dem Au-Ag-Eutektikum ver- ^ wendet. Bei besonders extremen Verhältnissen kann' außerdem jeweils noch eine Kupferfolie an der Lötstelle zwischengefügt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat unter anderem den wesentlichen Vorteil, daß durch einfaches Variieren der Ausgangssubstanzen für das Lot ein großes besonders günstiges Temperaturspektrum beschritten werden kann und daß außerdem das erfindungsgemäß eingesetzte Lot im Hinblick auf Vakuumverhältnisse einen sehr niedrigen Dampfdruck hat.

Claims (5)

1 2 . vakuumdichte Verbindungen,' ζ. Β. mit Metallen, Patentansprüche: Keramiken oder auch Glas, bekannt waren. Nachdem es aber in neuerer Zeit vakuumdichte

1. Verfahren zum Herstellen von haftfesten, ins- Kohlearten, wie Gaskohle oder pyrolytische Kohle besondere vakuumdichten Lötverbindungen für 5 oder auch pyrolytisch beschichtete Kohle gibt, ergab Elektronenröhren zwischen einem Kohlekörper und sich das Bestreben nach Anwendung von Kohleköreinem anderen Körper aus temperaturfestem Stoff, pern in stärkerem Maße bei der Elektronenröhrenwie Kohle, Metall, Keramik oder Quarz, mittels herstellung. Besonders ,werden thermisch hochbelasteines eine flüssige Phase bildenden Lotes unter Er- bare Elektroden in Elektronenröhren mit besonderem hitzung im Vakuum, in einer inerten oder reduzie- io Vorteil aus kohlenstoff hergestellt. Es ergibt sich jedoch renden Atmosphäre,, dad u rc h geke η η- "■ dabei' die Notwendigkeit, diese Elektroden aus Kohle zeichnet, daß das aus einem Gemisch von mit anderen Teilen der Röhre, insbesondere solchen Molybdänkarbid der 0,5- bis 3,0fachen Gewichts- aus hochschmelzenden Metallen, wie Molybdän und menge mit entweder einem oder mehreren der Wolfram oder aber auch aus Keramik öder Quarz oder JMetallboride von Eisen, Nickel oder Kobalt in 15 auch ebenfalls aus Kohle zu verbinden. ■

. Pulverform oder mit einem Pulvergemisch in eutek- Es ist aus der französischen Patentschrift 1 350 772 tischen Anteilen aus Eisen, Nickel oder Kobalt und bekannt, Teile aus Graphit von Flugzeug-Explosionselementarem'Bor bestehende Lot unmittelbar auf motoren bei den im Betrieb auftretenden hohen Temdie zu verbindenden Flächen aufgebracht oder dort peraturen gegen Wärmeschocks bzw. gegen Korroerst durch die aufgebrachten Komponenten gebil- 20 sionserscheinungen durch Überzüge aus hochschmeldet und bis etwas oberhalb des Schmelzpunktes zenden Metallen, wie W, Mo, Zr, Hf, Ta, Ti oder Nb, derjenigen Boridverbindung oder derjenigen sich oder aus deren Verbindungen wie Karbide, Nitrate ausbildenden flüssigen Phase mit dem niedrigsten oder Boride zu schützen und diese Überzüge wegen Schmelzpunkt kurzzeitig erhitzt wird. ihrer schlechten Temperaturwechselbeständigkeit in-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 25 folge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizeichnet, daß der Anteil des Bors entsprechend der zienten nicht direkt, sondern auf eine als Unterlage stöchiometrischen Zusammensetzung des betreffen- dienende dünne Zwischenschicht aus einer Mischung

, den Borids oder auch für ein Eutektikum besonders aus dem vorstehend genannten Überzugsmaterial mit niedrigen Schmelzpunktes geringer gewählt ist. einem oder mehreren der Metalle der Platingruppe, wie

3. Verfahren nach einem oder mehreren der vor- 30 Ru, Rh, Pd, Os, Ir oder Pt, aufzubringen, indem das angehenden Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn- betreffende 1 bis 50% Platinmetall bzw. -metalle entzeichnet, daß für Verbindungen mit Keramik- haltende Pulvergemisch im Vakuum oder unter einer körpern die betreffenden Keramikflächen vorher in kontrollierten Atmosphäre auf 2000 bis 3000⁰K erhitzt üblicher Weise metallisiert werden. . ' wird¹.

4. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 1, 35 -Aus der französischen Patentschrift 1 355 568 ist es dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verbindung weiter bekannt, für eine Betriebstemperatur in der von Körpern mit sehr unterschiedlichen thermi- Größenordnung von 2800⁰K das vorher erwähnte sehen Ausdehnungskoeffizienten, z. B. Keramik- Herstellungsverfahren für Überzüge mit einer eines körpern, das im Anspruch 1 angegebene Lot nur oder mehrere der Pt-Metalle enthaltenden Zwischen-

• zum Überziehen der Lötflächen als Unterlage für 40 schicht für Hartlötverbindungen von Körpern aus eine Lötverbindung mit einem üblichen, insbeson- Graphit miteinander oder mit solchen aus hochdere Hartmetallot vom niedrigen Schmelzpunkt, schmelzenden Metallen zu verwenden, indem das beverwendet wird. treffende Pulvergemisch zwischen den zu verbindenden

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Flächen eingefügt, auf eine entsprechend hohe Tempezeichnet, daß das Verlöten mittels eines Hartmetall- 45 ratur erwärmt wird.

lotes unter Beifügen von Kupferfolien erfolgt. " Durch die Auswahl der genannten hochschmelzen

den Metalle ist das Verfahren auf die Erstellung von Teilen sehr hoher Wärmebeständigkeit abgestellt und

— erfordert deshalb entsprechend hohe Temperaturen bei

, 50 der Herstellung, die aber für Elektronenröhren nicht

zur Anwendung kommen. . .

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be-

von haftfesten, insbesondere vakuumdichten Lötver- steht deshalb darin, ein für Elektronenröhren möglichst, bindungen zwischen einem Kohlekörper und einem ~ generell verwendbares Lötverfahren mit geeigneten anderen Körper aus temperaturfestem Stoff, wie Kohle, 55 Loten zu schaffen, bei dem außerdem durch Variation Metall, Keramik oder Quarz, mittels eines eine flüssige der Ausgangssubstanz für das Lot ein möglichst großes Phase bildenden Lotes unter Erhitzung im Vakuum, Temperaturspektrum erfaßbar ist, insbesondere im in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre. Hinblick auf nacheinander auszuführende Mehrfach-

Kohle als Werkstoff fand bisher auf dem Sektor lötungen mit unterschiedlicher Löttemperatur. Um Elektronenröhren weniger Anwendung, obwohl Kohle 60 außer haftfesten, vor allem vakuumdichte Verbindunin der Verwendung als Elektrodenmaterial einige recht gen herzustellen, ist trotz angestrebter niedriger Lötgünstige Eigenschaften, wie z. B. geringes spezifisches temperatur eine besonders gute Benetzung der zu verGewicht, gutes Wärmeabstrahlungsvermögen, geringe bindenden Flächen mit dem Lot erforderlich. Dabei Sekundär- und thermische Elektronenemission auf- darf das zu verwendende Lot im Betrieb der betreffenweist. Maßgeblich für die bisherige geringe Anwendung 65 den Elektronenröhre auf keinen Fall, auch nicht bei von Kohle als Werkstoff im Elektronenröhrenbau ist erhöhter Temperatur, einen störenden Einfluß auf den wohl der Umstand, daß Kohle nach allgemeiner Auf- Funktionsmechanismus ausüben, soll also beispielsfassung als nicht vakuumdicht gilt und bisher keinerlei weise bei hohen Temperaturen einen sehr niedrigen