DE1596862B2 - Verfahren zum hermetisch dichten Einschmelzen von Metalldurchführungen aus Tantal oder Niob in Glas, sowie Einschmelzung und ihre Verwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, wie es im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist, sowie auf eine Einschmelzung und ihre Verwendung.

Die Druckschrift A. Z i η k e, »Technologie der Glasverschmelzungen«, Leipzig 1961, S. 51, gibt ganz allgemeine Hinweise auf verschiedene Möglichkeiten, Metalle in Glas einzuschmelzen, wobei jedoch in bezug auf Tantal oder Niob keinerlei Hinweis enthalten ist. Diese Metalle nehmen aber hinsichtlich der Einschmelztechnik eine Sonderstellung ein. Soweit es sich bei den Einschmelzungen nach dieser Druckschrift um Druckanglasungen handeln sollte, wird der Druck unter Verwendung eines Stahl-Druckringes erzeugt. In dieser Druckschrift ist keine Lehre gegeben, eine Einschmelzung mit einem oxidfreien Metall zu machen. Vielmehr ist die Verwendung von oxidiertem Metall besonders hervorgehoben, und nur der Fall des Molybdäns, eingeschmolzen jedoch in Quarz, ist ein Fall einer oxidfreien Einschmelzung.

Bezüglich eines wie noch im Zusammenhang mit der Erfindung ausführlich zu erörternden positiven Meniskus des angeschmolzenen Glases ist zu erwähnen, daß eine solche Form in der genannten Druckschrift als eine von vielen Einschmclzarten genannt ist. Es ist nichts darüber ausgesagt, wo und weshalb man anstelle einer mehrfach dargestellten meniskusfreien Einschmelzung im Einzelfalle eine Einschmelzung mit positivem Meniskus mit Vorteil anwenden solle. '■

In der US-PS 32 75 358 ist ein Verfahren zum Einschmelzen von Tantal und Niob beschrieben. Angegeben ist dort, dafür ein solches Glas zu verwenden, das bezüglich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten im wesentlichen gleich große Werte wie das Tantal oder das Niob bzw. nur geringe, und zwar nach Plus und Minus begrenzte Toleranzabweichungen des Temperaturkoeffizienten hat. Weiter ist ausdrücklich angegeben, voroxidiertes Tantal zu bevorzugen. Es; ist dort keinerlei positiver Meniskus vorgesehen. ·

Diese US-PS zeigt, daß die Entwicklung des Standes, der Technik in eine Richtung geführt hat, die in mehreren Punkten wesentlich verschieden von derjenigen ist, die mit der noch nachfolgend zu beschreibenden Erfindung eingeschlagen worden ist.

Ganz unabhängig von Metall-Glas-Einschmelzungen sind im Stand der Technik zum Abdichten von Elektrolytkondensatoren, in denen Elektrolyte aus eine Korrosion hervorrufenden Chemikalien, wie Lithiumchlorid, Schwefelsäure und Essigsäure, enthalten sind, Ringe aus Teflon verwendet worden. Diese Ringe sind unter Druck eingesetzt. Solche Abdichtungen haben zunächst eine zufriedenstellende Wirksamkeit, verlieren diese aber nach einer bestimmten Zeit, insbesondere unter dem Einfluß von Stoßen, Vibrationen und Temperaturschwankungen, so daß der Elektrolyt dann an der Abdichtungsstelle hindurchtreten kann. Damit verschlechtern sich nicht nur die Werte des Elektrolytkondensators, sondern es werden vor allem auch um den Kondensator herum angeordnete weitere Bauelemente angegriffen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hermetische Abdichtung einer Metalldurchführung aus Tantal oder Niob anzugeben, die insbesondere eine nach der Abdichtung vorzunehmende Oxidation des Tantal oder Niob zuläßt und auch gegen wie oben angegebene Elektrolyte zuverlässig abdichtet.

Diese Aufgabe wird mit einem wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Verfahren erfindungsgemäß gelöst, wie dies das Kennzeichen des Patentanspruches 1 angibt.

Eine nach der Erfindung hergestellte Einschmelzung läßt sich insbesondere als hermetisch dichte, elektrisch isolierte Metalldurchführung in einer metallenen öse verwenden.

Mit einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Einschmelzung läßt sich ein Elektrolytkondensator mit einer völlig zuverjässigen Abdichtung gegen das Austreten von Elektrolyt herstellen. Ein solcher Elektrolytkondensator hat eine besonders hohe Güte.

Darüber hinaus läßt sich die Erfindung aber auch auf sonstige Bauelemente anwenden, bei denen Tantal-Glas- oder Niob-Glasverbindungen enthalten sind.

Mit der Erfindung ist von der üblichen Praxis abgegangen worden, eine Einschmelzung unter Verwendung oxidierten Metalls, d. h. die Einschmelzung in oxidierender Atmosphäre durchzuführen. Das Vorhandensein einer oxidierten Metalloberfläche erscheint darum als wünschenswert, da sie sowohl im Glas als auch im Metall lösbar ist, so daß sie wie ein Kitt wirkt, der eine gute Verbindung gewährleistet. Tatsächlich haftet Glas auch gar nicht an der Oberfläche eines

Metalls, die nicht oxidiert ist (siehe Partridge, Glass-To-Metal Seals, The Society of Glass Technology, 1949, Seite 213).

Dafür ist es möglich, eine hermetische Abdichtung zwischen Glas und Metallen, wie Tantal und Niob, auch in der Weise herbeizuführen, wie Abdichtungen zwischen Glas und anderen Metallen geschaffen werden, nämlich durch enge Zusammenfügung von Metall und Glas sowie Erhitzung in Luft auf eine Temperatur über den Schmelzpunkt des Glases. Diese Technik in Verbindung mit Tantal oder Niob ist jedoch für die Herstellung von Kondensatoren ungeeignet, weil Tantal und Niob dabei einem Vorgang unterworfen sind, der als Wasserstoff-Versprödung bekannt ist, und/oder ein Oxid an ihrer Oberfläche bilden, wenn das Metall und das Glas auf die Temperatur gebracht werden, bei welcher das Glas am Metall anschmilzt. Wenn dies geschieht, kann sich eine elektrolytische Oxidformation auf der Oberfläche des Metalles nicht ausbilden. Tritt dies aber nicht ein, dann haben solche Bauelemente wenig Eignung für Kondensatoren. Wenn nicht eine elektrolytische Oxidformation auf wenigstens einer Metalloberfläche des Bauelementes erzeugt werden kann, besitzen die so hergestellten Kondensatoren einen beträchtlichen Verlustwiderstand, geringe Spannungsfestigkeit und eine kurze Lebensdauer.

Die elektrolytische Oxidformation wird auf Tantal beispielsweise elektrochemisch herbeigeführt, indem ein elektrischer Strom durch ein Bad mit wäßriger Lösung von Phosphorsäure und Titanchlorid geleitet wird, wobei das Metall hineingehängt ist. Das Tantal wirkt dabei als Anode. Die so hergestellte elektrolytische Oxidformation bildet ein amorphes dielektrisches Material, Tantalpentoxid, das auf dem Metall als ein sehr dünner gleichmäßiger Überzug entsteht. Dieser Oxidüberzug ist sowohl gleichmäßig hinsichtlich der Dicke als auch der Ausdehnung, d. h. er ist gleichmäßig in sich geschlossen. Im Gegensatz dazu ist thermisch gewachsenes Tantalpentoxid, bei dem das Oxid auf dem Tantal durch direkte Reaktion mit Sauerstoff gebildet wird, von kristallinem Aufbau und neigt dazu, einen nicht gleichmäßigen Überzug zu bilden. Wenn das thermisch gewachsene Tantalpentoxid einen relativ dicken Überzug bildet, wie er durch Erhitzung des Tantals auf eine erhöhte Temperatur in einer oxidierenden Atmosphäre entsteht, so ist es unmöglich, den amorphen Tantalpentoxidüberzug zu erzeugen, der aber für eine hohe Güte von Kondensatoren wesentliche Voraussetzung ist.

Es ist nicht möglich, eine elektrolytische Oxidformation auf dem Tantal oder dem Niob vor der Bildung der Abdichtung herbeizuführen, da die elektrolytische Oxidformation bei den Temperaturen, die zum Anschmelzen des Glases an das Metall erforderlich sind, dazu neigt, sich zu zersetzen.

Für nichtpassende Glasabdichtungen, bei denen die Materialien unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten haben, müssen verschiedene Beschränkungen vorgesehen werden, so daß die Spannungen im Glas unter der Grenze gehalten werden können, bei der das Glas springt. Um iies zu erreichen, benutzt man üblicherweise dünne Dr ihte (dünner als 0,6 mm Durchmesser) für Glasdurchführungen, weiterhin zähe Metalle, die bereits bei Spannungen nachgeben, die unter denjenigen liegen, bei denen das Glas springt. Üblicherweise wird in solchen Abdichtungen Kupfer verwendet, da es trotz seines hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (ungefähr 16,7 · 10-⁶/°C)bei vergleichsweise niedrigen Spannungen nachgibt. Jedoch auch in nichtpassenden Abdichtungen ist es von besonderer Bedeutung, daß das Metall mit einer dünnen Oxidschicht bedeckt ist, damit die Abdichtung wirklich hermetisch ist.

Die erfindungsgemäßen Abdichtungen enthalten wenigstens ein Tantal- oder Niobteil, welches durch das Glas hindurchführt, das an das Metallteil angeschmolzen ist und einen positiven Meniskus in bezug auf das Metallteil bildet. Die Oberfläche der Metalldurchführung ist im wesentlichen frei von Oxid, so daß die

ίο Durchführung in der Lage ist, eine elektrolytische Oxidschicht zu tragen, die später auf der Oberfläche der Metalldurchführung gebildet wird. Das Glas besitzt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der größer ist als derjenige des Metalls, das die Durchführung bildet.

Vorzugsweise kann das Glas innerhalb einer ■ Anschlußöse angeordnet und an diese angeschmolzen sein, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der wenigstens so groß ist wie derjenige des Glases.

Besonders vorteilhaft läßt sich die Erfindung bei Elektrolytkondensatoren verwenden, wozu elektrolytisches Oxid später auf der Oberfläche der Metalldurchführung aufgebracht werden kann, und zwar bis zu der Stelle, wo die Glas-Metallberührung die hermetische Abdichtung bildet.

Die erfindungsgemäße Abdichtung besitzt einen hohen Grad von Dichtigkeit und ist besonders verläßlich, insbesondere in Verbindung mit Kondensatoren und ähnlichen Bauelementen. Weiterhin besitzt die erfindungsgemäße Abdichtung nicht die Nachteile der bekannten »nichtpassenden« Abdichtungen. Die erfindungsgemäße Abdichtung erfordert weder besonders dünne Drähte für die Durchführungen noch sind hierfür Metalle erforderlich, die besonders zäh und nachgiebig sind. Das elektrolytische Oxid kann leicht auf der Oberfläche der Tantal- oder Niobdurchführung aufgebracht werden.

Die besondere Dichtigkeit der erfindungsgemäßen Abdichtung ist auf eine Kombination von Wirkungen zurückzuführen, nämlich die Spannung in der Abdichtung, die von den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ihrer Elemente hervorgerufen werden, und die Adhäsion zwischen dem reinen Metall und dem Glas, die durch Erhitzen der Abdichtung auf eine Temperatur entsteht, bei welcher das Glas das Metall benetzt.

Bei der Herstellung einer solchen Glasabdichtung mit Tantal oder Niob, bei welcher die Tantal- oder Niobdurchführung eine elektrolytische Oxidformation auf ihrer Oberfläche tragen soll, ist es wesentlich, die Anwesenheit von Wasserstoff und Sauerstoff zu unterbinden. Zwar hat die Anwesenheit von Wasserstoff und Sauerstoff bei Raumtemperatur auf die Zusammenfügung von Glas und Tantal- oder Niobdurchführungen im unangeschmolzenen Zustand praktisch keinen schädlichen Effekt auf das Metall, jedoch ist dies grundsätzlich anders, wenn die vorbereiteten Abdichtungen auf den Schmelzpunkt des Glases erhitzt werden, da mit steigender Temperatur die Reaktionsgeschwindigkeit von Metall mit Wasserstoff und Sauerstoff sehr schnell wächst, so daß das Metall für die spätere Benutzung in Kondensatoren unbrauchbar wird. Infolge der Durchführung der Glas-Metall-Anschmelzung in einer inerten Atmosphäre wie Vakuum oder in einer Umgebung von Argon, Helium, Neon, Stickstoff usw. ist es möglich, Glas-Metall-Anschmelzungen zu erzeugen, bei denen die nachfolgende Herstellung einer

elektrolytischen Oxidformation auf der Metalloberfläche nicht unmöglich gemacht ist. Die Anwendung der inerten Atmosphäre verhindert die Bildung eines Oxidüberzuges auf der Tantal- oder Niobdurchführung während des Anschmelzprozesses. Überraschenderweise hat sich ergeben, daß bei einer Glasabdichtung, welche von einer Tantal- oder Niobdurchführung durchsetzt wird und bei der das Glas einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt als das betreffende Metall, sich eine hermetische Abdichtung ergibt, wenn die Anordnung in einer inerten Atmosphäre erhitzt wird, sofern die Erhitzung zu einer Glasverflüssigung ausreicht, bei der es gerade die Tantal- oder Niobdurchführung benetzt und dabei einen positiven Meniskus in bezug auf das betreffende Metall bildet.

Die Erfindung sei nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die Draufsicht einer üblichen Abdichtung für ein Bauelement,

F i g. 2 stellt den Schnitt durch die Anordnung gemäß F i g. 1 dar.

In den Figuren ist eine Anschlußöse 2 gezeigt, die auch ein Teil einer Anschlußhülse sein kann. Sie besteht aus Metall, wie rostfreiem Stahl, Titan, Silber, oder aus einem mit Silber überzogenen Metall, wie Stahl oder rostfreiem Stahl. Es können auch andere Metalle verwendet werden, vorausgesetzt sie vertragen sich mit der Umgebung der Abdichtung, zu denen letztere gehört, z. B. in Verbindung mit einem Elektrolytkondensator. Eine elektrische Durchführung 4 aus Tantal oder Niob durchsetzt die Anschlußöse 2, wobei zwischen beiden keine elektrische Kontaktgabe besteht. Ein Glaskörper 3 füllt den Zwischenraum zwischen der Durchführung 4 und der Anschlußöse 2 vollkommen aus. Das Glas besitzt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der wenigstens so groß ist wie derjenige der Tantal- oder Niobdurchführung. Ein hierfür besonders geeignetes Glas besitzt einen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 90 · 10-⁷/°C. Der Ausdehnungskoeffizient von Tantal liegt demgegenüber beispielsweise ungefähr bei 65 · 10~⁷/°C.

Obwohl die Figuren über eine einzige Durchführung durch die Anschlußöse 2 zeigen, ist es möglich, eine Mehrzahl solcher Durchführungen vorzusehen, wobei vorausgesetzt wird, daß die Durchführungen keinen elektrischen Kontakt mit der Anschlußöse und den anderen Durchführungen bilden. Solche Abdichtungen sind beispielsweise zweckmäßig in Verbindung mit einer Mehrzahl von Kondensatoren verwendbar, die innerhalb eines einzigen Kondensatorbechers angeordnet sind.

Anstelle des in den Figuren gezeigten massiven Drahtes als Durchführung kann auch eine Röhre verwendet werden, wobei ein Draht durch sie hindurchgezogen und die Röhre mit dem Draht dicht geschlossen verschweißt werden kann.

Besonders vorteilhaft wird die Erfindung angewendet auf eine hermetische Abdichtung, wie sie in den Figuren dargestellt ist. Das Glas mit einem Ausdehnungskoeffizienten, der größer als derjenige der Metalldurchführung ist, wird z. B. in Form einer Perle auf den Draht aufgeschoben und in die öffnung der Anschlußöse gebracht. Die derart vorbereitete Anordnung wird dann in inerter Atmosphäre auf oder gerade über die Temperatur erhitzt, bei weicher das Glas die Durchführung benetzt. Beim Abkühlen der Anordnung verfestigt sich das Glas wieder, wobf es unter dem Einfluß seines höheren Ausdehnungskoeffizienten als desjenigen der Durchführung die Neigung hat, sich stärker zusammenzuziehen.

Eine zusätzliche Spannung kann der Abdichtung aufgedrückt werden, indem man die Anschlußöse aus einem Metall aufbaut, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient größer als derjenige des Glases ist. Es ist jedoch nicht notwendig, ein solches Metall zu verwenden, um eine hermetische Abdichtung zu

ίο erhalten. Das Metall der Anschlußöse kann ungefähr denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Glas haben, er kann sogar geringer sein, sofern die Unterschiede der Ausdehnungskoeffizienten des durchgeführten Drahtes und des Glases groß genug sind, um eine Spannung vom Draht auf das Glas auszuüben, und zwar über den gesamten Temperaturbereich, in dem die Abdichtung normalerweise verwendet wird. Da es normalerweise nicht notwendig ist, nachträglich eine elektrolytische Oxidformation auf dem Metall der Anschlußöse herzustellen, kann vor der vollständigen Herstellung der Abdichtung die Anschlußöse oxidiert werden, und zwar durch Erhitzung in einer oxidierenden Atmosphäre, durch Eintauchen in eine oxidierende Lösung oder durch andere bekannte Methoden. Es ist auch möglich, unter Verwendung einer geglühten und daher besonders weichen Anschlußöse mit besonders dünnem Rand eine Ausdehnung und Zusammenziehung der Anschlußöse in einem Grade zu erzielen, der dem Grad der Ausdehnung des Glases eher entspricht als dem Grad der Ausdehnung des Anschlußösenmaterials selbst, vorausgesetzt, daß das Glas gut an der Anschlußöse bindet. Auf diese Weise läßt sich eine hermetische Abdichtung zwischen dem Glas und dem Metall der Anschlußöse herbeiführen, wobei die Dichtigkeit unabhängig von Spannungen in der Abdichtung ist. Bei der Auswahl des Metalles für die Anschlußöse sind jedoch noch weitere Faktoren neben dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zu berücksichtigen, nämlich insbesondere die Verträglichkeit mit anderen Materialien, die in dem betreffenden Bauelement mit der Anschlußöse zusammenwirken.

Silber ist ein besonders geeignetes Anschlußösenmaterial, da es eine Korrosion hervorrufenden Chemikalien großen Widerstand entgegensetzt, wie diese in mit Flüssigkeiten gefüllten Elektrolytkondensatoren verwendet werden. Mit Silber überzogene Anschlußösen sind offensichtlich wirtschaftlicher als massive Silberanschlußösen. Da außerdem mit Silber überzogene Anschlußösen Wärme nicht so gut leiten wie massive Silberanschlußösen, ist das Glas der erfindungsgemäßen Abdichtung weniger der Gefahr ausgesetzt, Sprünge zu erhalten, wenn die Abdichtung beispielsweise in einen Kondensatorbecher eingeschweißt wird. Da Silber relativ weich ist, sind mit Silber überzogene Anschlußösen fester als solche aus massivem Silber und halten daher das Glas mehr unter Spannung. Es sei darauf hingewiesen, daß durch Aufwalzen aufgebrachte Silberplattierungen im allgemeinen nicht befriedigend sind, da diese Art der Silberplattierung dazu neigt, porös zu werden, so daß der eine Korrosion hervorrufende Elektrolyt durchtreten und das plattierte Grundmaterial

angreifen kann. Ein Überzug von etwa 0,1 mm ist genügend dick, um das Grundmaterial zu sch itzen.

Es ist nicht erforderlich, eine Anschlußöse zur Vorbereitung der Abdichtung zu verwenden. Im weitesten Sinne bezieht sich die Erfindung nämlich auf eine hermetische Abdichtung, die bloß aus einer Tantaloder Niobdurchführung besteht, die durch das Glas

hhdurchtriu, wobei sich das Glas unter Spannung befindet, wodurch es in enger Berührung mit der Durchführung steht und wobei das Glas einen positiven Meniskus in bezug auf die Durchführung bildet und der thermische Ausdehnungskoeffizient des Glases wenigstens so groß ist wie der des Metalles der Durchführung. Eine solche Anordnung kann ganz einfach dadurch geschaffen werden, daß man die die Durchführung umgebende Glasmasse in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur erhitzt, bei welcher das Glas den positiven Meniskus in bezug auf die Durchführung bildet. In Anwendung auf einen Kondensator ist es dann selbstverständlich erforderlich, die hermetische Abdichtung durch einen Ring einzufassen, um die Abdichtung in einen Kondensatorbecher einbauen zu können. Hierfür gibt es verschiedene bekannte Möglichkeiten, beispielsweise das Aufdampfen.

Ein wesentlicher Punkt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Temperatur, auf welche die aus Anschlußöse, Glas und Durchführung bestehende Einheit erhitzt wird. Obgleich die Temperatur, auf die die Einheit zwecks Erzielung einer hermetischen ^ Abdichtung erhitzt werden muß, von den Eigenschaften des jeweils verwendeten Glases abhängt, ist es wesentlich, daß die Einheit so weit über den Schmelzpunkt des Glases erhitzt wird, daß das Glas einen positiven Meniskus in bezug auf die Durchführung bildet, d. h. das Glas muß bis zu einer Temperatur erhitzt werden, bei welcher es ausreichend fließt und damit beginnt, an der Durchführung entlangzufließen und diese zu benetzen. Weiterhin ist es für die Herstellung von Metall-Glas-Abdichtungen für Kondensatoren wichtig, im Bereich dicht bei dem Glas eine gute elektrolytische Oxidformation zu schaffen. Wenn das Glas nicht auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt wird, bildet das Glas einen negativen Meniskus in bezug auf die Durchführung, obwohl eine gute hermetische Abdichtung dabei entstehen kann. Bei der Verwendung in Kondensatoren hat sich herausgestellt, daß es sehr schwierig ist, eine gute elektrolytische Oxidformation auf der Durchführung im Bereich dicht bei der Metall-Glas-Berührung zu erzeugen, wenn die Abdichtung die Form eines negativen Meniskus besitzt. Wenn nun die elektrolytische Oxidformation an der Durchführung-Glas-Berührungsstelle der Abdichtung nicht erzeugt werden kann, dann weist der betreffende Kondensator einen erheblichen elektrischen Verlustwiderstand und geringe Spannungsfestigkeit auf. Nach kurzer Benutzungsdauer bewirkt zwar der Batterieeffekt aufgrund der Kondensatorladung eine Oxidbildung in dem Bereich bis zu der Glas-Durchführungsberührungsstelle, wodurch der Verlustwiderstand wieder beseitigt wird. Jedoch besteht die Tendenz bei der Formierung des elektrolytischen Oxides, daß dieses sich gegen das Glas preßt, so daß das Glas im Bereich des negativen Meniskus springt und somit die Abdichtung zerstört wird.

Als Beispiel sei ein Glas gewählt, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient ungefähr bei 90 · 10-⁷/°C liegt und das weich zu werden beginnt bei etwa 820 Grad. Mit einem solchen Glas wird eine gute Dichtigkeit erzielt nicht unter einer Temperatur von 930⁰C, während ein ausreichend positiver Meniskus nicht unter einer Temperatur von 1040⁰C erzielt wird. Diese ungefähren Temperaturangaben sind jedoch nur Beispiele, da die notwendige Temperatur von der jeweils verwendeten Glastype abhängt. Die erforderliche Temperatur zur Erzielung eines positiven Meniskus kann im übrigen bei jedei Glassorte ohne weiteres durch den l-'achmann mittels Versuchen festgestellt werden. Praktisch jede der sogenannten weichen Glassorten, die einen hohen thermischen Ausdehnungskoeffizient besitzen, kann verwendet.werden, vorausgesetzt, daß der elektrische Isolationswiderstand ausreichend hoch ist.

Normalerweise wird die Metall-Glas-Einheit in der inerten Gasatmosphäre bei einem Druck erhitzt, der bei einer Atmosphäre und einem Taupunkt von 17°C oder tiefer liegt. Die Metall-Glas-Einheit kann auch im Vakuum erhitzt werden oder unter verringertem Druck in inertem Gas. Jedoch muß bei Anwendung eines verringerten Drucks darauf geachtet werden, daß das Glas keine Stoffe enthält, die sich erheblich ausdehnen.

Wenn das Glas Unreinheiten oder andere Beimengun-. gen enthält, die sich in einem solchen Fall ausdehnen, dann schäumt das Glas bei wesentlich reduziertem Druck, so daß eine schwache oder unwirksame Abdichtung entsteht. Die Metall-Glas-Einheit kann auch unter inertem Gas bei einem Druck erhitzt werden, der größer als eine Atmosphäre ist, wodurch sich eine ' bessere Wärmeübertragung ergibt als bei verringertem Druck.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise so durchgeführt, daß eine metallische öse, eine Tantaloder Niobdurchführung und eine Glasperle auf der Durchführung zusammengefügt werden, wobei der thermische Ausdehnungskoeffizient des Glases größer als der des Metalls der Durchführung ist, woraufhin diese Anordnung in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur erhitzt wird, bei welcher das Glas einen positiven Meniskus in bezug auf die Durchführung bildet.

Die Abkühlung auf Raumtemperatur einer so zusammengefügten Abdichtung erfolgt zweckmäßig in der inerten Atmosphäre, aus der die Abdichtung erst entfernt wird, wenn die Raumtemperatur erreicht ist.

Die Erfindung umfaßt auch Abdichtungen der vorstehend beschriebenen Art, soweit sie auf elektrische Bauelemente, insbesondere Kondensatoren, anwendbar sind.

Abdichtungen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung des oben erwähnten Glases mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 90 · 10-⁷/°C und einer Temperatur von etwa 1000⁰C hergestellt werden, haben einen Undichtigkeitsgrad von weniger als 1 · 10-⁷cm³/Sekunde, bestimmt bei einem Undichtigkeitsgrad gemessen mit einem Helium-Massenspektrometer. Oft wird sogar ein Undichtigkeitsgrad von weniger als 1 · 10-⁹cmVSekunde erreicht. Die Tantal- oder Niob-Durchführungen solcher Abdichtungen nehmen leicht die Formation eines elektrolytischen Oxides an. Unter Verwendung des erwähnten Glases, einer öse aus rostfreiem Stahl und einer Tantal-Durchführung ist es möglich, eine gute Dichtigkeit über einen Temperaturbereich von ungefähr — 100°C bis ungefähr +175⁰C zu erzielen. Mit entsprechend geeigneten Glas- und ösenmaterialien lassen sich sogar größere Temperaturbereiche beherrschen.

ho Es sei noch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Abdichtung im Zusammenhang mit den verschiedensten Anwendungsfällen benutzt werden kann, insbesondere Kondensatoren mit flüssigem Elektrolyt. Dabei kann die öse leicht mit irgendeinem Gehäuse,

b^r> beispielsweise einem Kondensatorbecher, verbunden werden, insbesondere durch Schweißen oder Weich- und Hartlöten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 528/6

Claims (7)

15 9b 862 Patentansprüche:

1. Verfahren zum hermetisch dichten Einschmelzen von Metalldurchführungen aus Tantal oder Niob in Glas, gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen: Verwendung eines Einschmelzglases mit einem Ausdehnungskoeffizienten größer als derjenige des Tantals oder Niobs, Einschmelzen des Tantals oder Niobs mit oxidfreier Metalloberfläche in inerter Atmosphäre, Bildung eines gegenüber dem Metall positiven Glasmeniskus durch ausreichend lange Erhitzung des Glases über seine Schmelztemperatur.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glas mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von ungefähr 90 · 10-⁷/°C verwendet wird.

3. Einschmelzung, hergestellt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß diese Einschmelzung von einer Metallöse umgeben ist, die von der Metalldurchführung durch das Glas isoliert ist, wobei das Material der öse einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der wenigstens ungefähr so groß ist wie der des Glases.

4. Einschmelzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die öse aus Silber oder einem mit Silber überzogenen Metall besteht.

5. Einschmelzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die öse aus hoch geglühtem, weichem Metall besteht, an das das Glas gebunden ist, wobei die öse einen dünnen, wallartigen Rand besitzt, der sich mit der thermischen Ausdehnung des Glases ausdehnt und zusammenzieht und dabei mehr nachgiebig ist als dem Ausdehnungskoeffizienten der öse entspricht.

6. Verwendung einer Einschmelzung, hergestellt nach Anspruch 1 oder 2 oder nach Anspruch 3, 4 oder 5 für eine Metalldurchführung eines elektrischen Bauelementes.

7. Verwendung nach Anspruch 6 bei einem Kondensator, insbesondere Elektrolytkondensator.