DE1646710C3 - Verfahren zum Herstellen einer vakuumdichten und hochtemperatur-festen Verbindung von Keramik- oder Glasteilen mit Teilen aus Metall oder Keramik - Google Patents

Description

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Das Aufdampfen dieser Metalle durch Zersetzen der Oberfläche ist, desto fester ist auch hier die Bindung

Halogenide erfolgt bei einer Temperatur über 500° C zwischen der keramischen Oberfläche und dem Metall,

in Inertgasatmosphäre bei einem Druck von einer Wolfram wurde nach dem obigen Verfahren in einer

Atmosphäre oder bei vermindertem Druck. Stärke von 0,5 μ auf die Querschnittsfläche einsr kera-

Der Molybdän-oder Wolframfilm kann auch durch 5 mischen Röhre von 15 mm Durchmesser, 20 mm

Zersetzen von Wolfram- oder Molybdäncarbonyl auf Länge und 1 mm Stärke abgeschieden, und die Röhre

der Oberfläche eines keramischen Körpers aufgedampft wurde an eine Kupferröhre mit gleichen Abmessungen

werden. mit Silberlot hart angelötet. Die auf diese Weise er-

Die Erfindung wird nun an Hand der folgenden Bei- zielte Verbindung war bei 10~^s mm Hg vakuumdicht.

spiele näher erläutert: io Ferner hielt die Lötstelle, welche die keramische Röhre

_R . I₁ ^und die Kupferröhre miteinander verband, dem beim

^{eispiel l} Abschrecken von 800 auf O⁰C auftretenden thermi-

Wasserstoff wurde mit einer Strömungsgeschwindig- sehen Schock stand,

keit von 1 Liter/Minute über au^f 100°C erhitztes Beispiel 3

Molybdänpentachloridpulver geleitet. Das Mischgas 15

aus Molybdänpentachlorid und Wasserstoff wurde Molybdäncarbonyl wurde durch Erhitzen auf 200°C über die Oberfläche eines auf 500° C erhitzten kerami- verdampft und in einem Vakuumbehälter an der Oberschen Körpers geleitet, wobei das Molybdän auf der fläche einer auf 500⁰C erhitzten keramischen Platte keramischen Oberfläche niedergeschlagen wurde. Da- zersetzt, wobei sich metallisches Molybdän abschied, bei wurde eine feste metallische Oberfläche erhalten. 20 Auf diese Weise wurde eine feste metallische Ober-

Die hierbei ablaufende chemische Reaktion ent- fläche erhalten. Die Zersetzung des Molybdäns entspricht der folgenden Gleichung: sprach der folgenden Formelgleichung:

₅ Mo(CO)_e -» Mo + 6CO

⁵ 2 * ²5 Auf die oben beschriebene Weise wurde Molybdän

in einer Stärke von 0,5 μ auf die Querschnittsfläche

Die Temperatur der keramischen Oberfläche, auf einer auf 500°C erhitzten keramischen Röhre von

der das metallische Molybdän durch Reduktion von 15 mm Durchmesser, 20 mm Länge und 1 mm Stärke

Molybdänpentachlorid nach der obigen Formel- niedergeschlagen und die Röhre mit Silberlot an eine

gleichung gebildet und auf der keramischen Ober- 30 Kupferröhre mit gleichen Abmessungen hart angelötet,

fläche niedergeschlagen wird, soil mindestens 50O⁰C Die auf diese Weise hergestellte Lötstelle war bei

betragen. Je höher die Temperatur der keramischen 10"⁸ mm Hg vakuumdicht. Außerdem hielt diese Löt-

Oberfläche ist, desto fester ist die Bindung zwischen stelle dem beim Abschrecken von 800 auf 0°C auf-

der keramischen Oberfläche und dem Metall. tretenden thermischen Schock stand.

Auf die oben beschriebene Weise wurde Molybdän 35

mit einer Stärke von 0,5 μ auf die Querschnittsfläche Beispiel 4

einer auf 500°C erhitzten keramischen Röhre von Wolframcarbonyl wurde durch Erhitzen auf 200° C

15 mm Durchmesser, 20 mm Länge und 1 mm Stärke verdampft und auf der Oberfläche einer auf 500°C

aufgedampft und die Röhre an eine Kupferröhre mit in einem Vakuumbehälter erhitzten keramischen

denselben Abmessungen mit Silberlot hart angelötet. 40 Platte abgeschieden, wobei sich metallisches Wolfram

Die so hergestellte Verbindung war bei 10~⁸ mm Hg als feste metallische Oberfläche abschied. Die Zer-

vakuumdicht. Außerdem hielt diese Verbindung setzung des Wolframcarbonyls erfolgte gemäß der

zwischen der keramischen Röhre und der Kupferröhre folgenden Formelgleichung:

dem beim Abschrecken von 800 auf 0°C auftretenden W(CO) -> W + 6CO

thermischen Schock stand. 45

Die obige Reaktion unter Bildung einer Aufdampf- Wolfram wurde auf die oben beschriebene Weise

schicht auf der keramischen Röhre wurde bei einer auf die Querschnittsfläche eines auf 500° C erhitzten

Temperatur der Röhre von 800 und 10O0°C wieder- keramischen Rohrs von 15 mm Durchmesser, 20 mm

holt. Dabei wurden, ähnlich wie bei dem obigen Ver- Länge und 1 mm Stärke in einer Schichtdicke von

such, gute Ergebnisse erhalten. 50 0,5 μ abgeschieden; anschließend wurde dieses Rohr

. . mit Silberlot an ein Kupferrohr von gleichen Abmes-

beispiel l sungen hart angelötet. Die auf diese Weise gebildete

Wasserstoff wurde mit einer Strömungsgeschwindig- Lötstelle war bei 10~⁸ mm Hg vakuumdicht und

keit von 1 Liter/Minute über auf 150°C erhitztes widerstand dem beim Abschrecken von 800 auf 0°C

pulverförmiges Wolframhexachlorid geleitet. Die aus 55 auftretenden thermischen Schock.

Wolframhexachlorid und Wasserstoff bestehende Gas- Als keramische Stoffe bei den obigen Beispielea

mischung wurde über eine auf 900" C erhitzte kerami- eignen sich beispielsweise Stoffe wie Tonerde, Zirkon-

sche Oberfläche geleitet, wobei sich Wolfram abschied. erde, Forsterit, Cordierit, Beryllerde u. dgl. Dampft

Dabei wurde eine feste metallische Oberfläche erhalten. man auf diese keramischen Stoffe nach dem in den

Die hierbei stattfindende chemische Umsetzung ent- 60 obigen Beispielen beschriebenen Verfahren Metalle

spricht der folgenden Formelgleichung: auf, so erhält man sowohl thermisch als auch mecha-

WCI Λ 3H -*■ W I 6HCI "¹^⁰'¹ ^^{es(e rneta}"'^scne Oberflächen. Das Verfahren

^{β 2} läßt sich auch bei Verwendung von kristallisiertem

Die Temperatur der keramischen Oberfläche beim Glas an Stelle von keramischen Stoffen anwenden.

Niederschlagen von metallischem Wolfram auf dieser 65 Wie aus den obigen Beispielen ersichtlich, läßt sich Oberfläche unter Reduktion von Wolframhexachlorid ein fester Metallfilm bei einer niedrigen Temperatur soll, ebenso wie im Beispiel 1, mindestens 500°C be- von 500⁰C aufdampfen, wobei gleichzeitig eine feste

traeen. Je höher die Temperatur der keramischen metallische Oberfläche entsteht. Ein Metallisieren und

Verschmelzen nach dem üblichen Metallpulver-Metalüsierungsverfahren läßt sich bei dieser Temperatur nicht durchführen.

Es ist ferner bemerkenswert, daß eine noch festere metallische Oberfläche erhalten werden kann, wenn das nach dem obigen Verfahren bei 500°C metallisierte keramische Werkstück oder metallisiertes, kristallisiertes Werkstück aus Glas in Wasserstoffatmosphäre bei höherer Temperatur behandelt wird. Eine solche Behandlung kann jedoch beim Herstellen von Lötstellen ausreichender Stärke für übliche Zwecke entfallen.

Die Aufdampfgeschwindigkeit der Metallschicht aus den Halogeniden läßt sich durch Verändern der Strömungsgeschwindigkeit des Wasserstoffs und der Halogenidmenge in einfacher Weise regeln; ferner läßt sich die Aufdampfgeschwindigkeit der Metallschicht aus den Carbonylverbindungen öhre weiteres durch Verändern des Dampfdruckes oder der Strömungsgeschwindigkeit regeln und in beiden Fällen auf einen Bereich zwischen 0,1 bis 10 μ/Minute einstellen.
' An der nach dem obigen Verfahren hergestellten metallisierten Oberfläche eines keramischen Werk-Stücks kann beispielsweise ein Werkstück aus Kupfer, z. B. in Form eines Leitungsdrahtes od. dgl. angebracht werden. Hierzu wild die metallisierte Oberfläche bei 800⁰C mit Wasserstoff behandelt, die auf dem keramischen Werkstück befindliche 0,5 μ starke

ίο Metallschicht wird in an sich bekannter Weise kupferplattiert und das so überzogene keramische Werkstück 5 Minuten in einem Wasserstoffofen auf 500° C erhitzt. An dieser kupferplattierten Oberfläche lassen sich andere Werkstücke, wie Leitungsdrähte od. dgl., in einfacher Weise und ohne Fehler anlöten.

Die Bindung zwischen dem keramischen Stoff und dem in dem Beispiel aufgebrachten Kupfer ist sowohl mechanisch als auch thermisch fest und vakuumdicht.

Claims (2)

I 2 sich jedoch nicht für eine gasdichte Verbindung. Patentansprüche: Dieses bekannte Verfahren unterscheidet sich daher hinsichtlich Aufgabe und Lösung giundsätzlich von

1. Verfahren zum Herstellen einer vakuum- der Erfindung.

dichten und hochtemperatur!esten Verbindung von 5 In der Literaturstelle »Vapor Plating« von

Keramik- oder Glasteilen mit Teilen aus Metall Powell, Campbell und G ο η s e r,

oder Keramik durch Aufdampfen einer metalli- New York 1955, S. 52 bis 57, ist ebenfalls lediglich

sehen Molybdän- oder Wolframschicht, d a- ein Metallniederschlagsverfahren und kein Verfahren

durch gekennzeichnet, daß das auf zum Herstellen einer gasdichten Verbindung beschrie-

über 500°C erhitzte Keramik- oder Glasteil durch io ben. Aus dieser Literaturstelle ergibt sich lediglich die

Reduzieren des entsprechenden Metallhalogenide Verfahrenstechnik zum Herstellen eines Metalls durch

mit Wasserstoff oder durch thermisches Zersetzen Reduktion des Metallhalogenide, weiche lediglich

des entsprechenden Metall-Carbonyls metallisiert einen Verfahrensschritt der Erfindung darstellt,

und anschließend in an sich bekannter Weise mit Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfah-

einem Metallteil oder einem metallieierten Keramik- 15 rens besteht demgegenüber darin, daß das auf über

teil hartverlötet wird. 500°C erhitzte Keramik- oder Glasteil durch Redu-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zieren des entsprechenden Metallhalogenide mit zeichnet, daß die Hartverlötung mit einem Silberlot Waeserstoff oder durch thermisches Zersetzen des entdurchgeführt wird. sprechenden Metall-Carbonyls metallisiert und an-

20 schließend in an sich bekannter Weise mit einem Metallteil oder einem metallisierten Keramikteil hart-

verlötet wird.

Die Erfindung schafft beträchtliche Verbesserungen beim Metallisierungsverfahren, insbesondere bei der 25 Herstellung von Metallüberzügen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen Bei dem herkömmlichen Metallpulver-Metallisie-

einer vakuumdichten und hochtemperaturfesten Ver- rungsverfahren wird die Oberfläche eines keramischen bindung von Keramik- oder Glasteilen mit Teilen aus Werkstücks mit Metallpulvern, die als Hauptbestand-Metall oder Keramik durch Aufdampfen einer metalli- teil metallisches Molybdän oder Woifram enthalten, sehen Molybdän- oder Wolframschicht. 30 metallisiert, und dann werden die keramischen Stoffe

Die Erfindung eignet sich insbesondere zum Her- und die Metalle durch Hartverlöten miteinander verstellen von keramischen Produkten, wie Elektronen- bunden. Bei diesem Verfahren wird das aufzubringende röhren, bei denen keramische Stoffe mit keramischen metallische Molybdän oder Wolfram, jeweils als Stoffen und keramische Stoffe mit Metallen verbunden Pulver in organischen Lösungsmitteln suspendiert. Es werden; insbesondere eignet sich die Erfindung zum 35 ist aber sehr schwierig, diese pulverförmigen Metalle Herstellen einer gasdichten Bindung, die hohen auf eine feine, unregelmäßige keramische Oberfläche, Arbeitstemperaturen widersteht und gleichzeitig eine z. B. eine Oberfläche mit sehr kleinen Löchern von starke mechanische Festigkeit der verbundenen Ober- 50 μ Durchmesser, aufzubringen. Ferner erfordert das flächen aufweist. Sintern beim Metallisierungsverfahren eine Behand-

Verfahren zum Herstellen von gasdichten Verbin- 40 lung bei hohen Temperaturen von 1300 bis 1600°C in düngen zwischen keramischen Werkstücken und Me- Wasserstoffatmosphäre.

tallen sind bereits Gegenstand zahlreicher Unter- Bei der Erfindung werden die obigen Nachteile aussuchungen gewesen, wobei folgende Verfahren prak- geschaltet. Erfindungsgemäß kann die Oberfläche eines tisch ausgeführt werden: aus keramischem Material oder kristallisiertem Glas

Prinzipiell sind zur Zeit drei Verfahren weitgehend 45 bestehenden Werkstücks selbst bei niedrigen Tempein Gebrauch: das Metallpulver-Metallisierungsverfah- raturen metallisiert werden; darüber hinaus lassen ren, das Aktivmetallverfahren und das Hydridverfah- sich gasdichte Verbindungen in einfacher Weise und ren. ohne Mängel herstellen.

In der Literaturstelle Ind. Eng. Chem. 51 (1959) (11), Ferner läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren

S. 1391, ist ein Verfahren zum Überziehen von UO₈- 50 für gasdichte Verbindungen zwischen unterschied-Pulveni mit metallischem Wolfram beschrieben. Zu liehen Werkstofftypen keramischer Werkstücke andiesem Zweck wird WCI₀ mit Wasserstoff reduziert. wenden. Es ist daher ein besonderes Merkmal der Er-Aus dem Verfahren gemäß dieser Literaturstelle ergibt findung, daß sich keramische Stoffe mit feiner, komsich jedoch keinerlei Hinweis auf die Herstellung einer plizierter Oberfläche und kristallisiertes Glas durch gasdichten Verbindung, noch ist bei dem bekannten 55 chemisches Niederschlagen aus der Dampfphase, ohne Verfahren eine gasdichte Bindung von pulverförmigen Schwierigkeit mit Molybdän oder Wolfram metallisie-Stoffen an Wolfram erforderlich. Die Erfindung schafft ren lassen.

demgegenüber ein Aufdampfverfahren zum Herstellen Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aufge-

einer gasdichten Verbindung und unterscheidet sich dampfte Molybdän oder Wolfram ist sehr fest und daher grundsätzlich von dem bekannten Verfahren. 60 haftet, selbst wenn die keramische Oberfläche unregel-

In der Lileraturstelle »Bericht des Batelle Institutes mäßig ist, fest auf der Oberfläche des keramischen BMI«, 14440, vom 25. 5. 60 ist lediglich ein Verfahren Werkstücks. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Überziehen von UO₂-Pulver mit Metallen, wie wird der aus metallischem Molybdän oder Wolfram Mo, W usw. durch Dampfphasenreduktion der ent- bestehende Film auf der Oberfläche eines keramischen sprechenden flüchtigen Metallhalogenide beschrieben. 65 Werkstücks beispielsweise durch Reduzieren der Ferner ist die Stärke des Metallüberzugs bei dem Ver- Halogenide dieser Metalle, z. B. Molybdänpentafahren gemäß dieser Literaturstelle sehr groß und liegt chlorid oder Wolframhexachlorid, mit Wasserstoff zwischen 1 und 8 μ. Ein derart starker Überzug eignet aufgedampft.