DE1646735C - Flammspritzmasse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verbesserungen beim Auf- Die deutsche Patentschrift 258 505 beschreibt ein spritzen von kupfer- und silberhaltigen Flammspritz- Verfahren zur Herstellung dichter metallischer Übermassen. Insbesondere bezieht sie sich auf eine ver- züge durch Flammspritzen, wobei auch erwähnt ist, besserte Kupfer- und/oder Silber enthaltende Flamm- daß man die Leichtflüssigkeit des Überzugsmaterials spritzmasse, auf ein Verfahren zum Aufspritzen eines 5 erhöhen kann, indem man den Metallen Flußmittel leitenden Überzuges auf eine keramische Oberfläche zusetzt.

unter Verwendung dieses Flammspritzmaterials und Der Zusatz von Fluß-nitteln zum Metall ist selbst-

auf keramisches Material, das eine derart aufge- verständlich in der Flamraspritztechnik seit langen

spritzte Oberfläche aufweist. Jahren bekannt. Vor altem hat man beim Spritz-

Das bekannte Flammspritzverfahren wird weit- io schweißverfahren das Aufspritzen von Metallen gegehend in wirtschaftlicher Weise ausgeübt; es besteht meinsam mit einem Fiüiimittel bereits für verschiedarin, eine beispielsweise aus Metall oder feuerfestem dene Kombinationen durchgeführt. In diesem ZuMaterial bestehende Flammspritzmasse auf Tempe- sammenhang kommt dem Zusatz von Flußmitteln raturen zu erhitzen, bei denen sie mindestens in der jedoch eine ganz andere Aufgabe zu als bei der Er-Wärme erweicht wird, und sie dann gegen eine 15 findung, wo es sich darum handelt, .avf eine UnterGrundlage zu schleudern, um auf dieser einen Belag lage aus keramischer Masse einen äußerst fest hafteuauszubilden. Das Aufspritzen erfolgt im allgemeinen den und außerdem leitenden Überzug aufzubringen, unter Verwendung bekannter Flammspritzpistclen; Es hat sich nämlich herausgestellt, daß das Auffcei den Pulverspritzpistolen wird die Flammspritz- spritzen des leitfähigen Materials selbst keine befriemasse in Form eines Pulvers angewandt, während ao digenden Ergebnisse liefert. In keiner der beiden bei Pistolen vom Drahttyp das Flammspritzmaterial Veröffentlichungen ist irgend ein Hinweis darüber zu in Form eines Drahtes oder Stabes eingesetzt wird. finden, daß die Zugabe von Glas sich überraschen-

Um sicherzustellen, daß der aufgespritzte Überzug derweise in einer extrem starken Erhöhung der

auf der Unterlage mit ausreichend fester Bindung Haftfestigkeit der leitenden Metalle auswirken

haftet, ist es im allgemeinen erforderlich, die zu be- 35 könnte. Nach der Erfindung ist es also auf denkbar

»pritzende Oberfläche in ausreichender Weise durch einfache Weise gelungen, leitende Metalle mit Unter-

Aufrauhen vorzubehandeln oder eine befriedigende lagen aus keramischen Massen unter Erhaltung der

Bindung auf andere Weise sicherzustellen, beispiels- Leitfähigkeit in äußerst fester Verbindung aufzu-

Weise durch Aufspritzen einer Molybdän-Binde- bringen.

fcbicht. Für viele Zwecke ist es erwünscht, eine 30 Selbst wenn es bekamnt gewesen wäre, andere Keramikoberfläche mit einem Überzug aus Silber Materialien wie Wolfram mit Glas bei guter Haftoder Kupfer zu beschichten. Beispielsweise kommt festigkeit auf Unterlagen aufzubringen, könnte hierdies besonders in der Elektronik in Frage, wo man durch nicht nahegelegt sein, daß Mischungen von vielfach einen elektrisch leitenden Kupfer- oder Glas mit Kupfer und/oder Silber in einfachster Weise Silberbelag auf einem keramischen Körper oder einem 35 das Haftfestigkeitsproblem bei Aufrechterhaltung der lolchen mit keramischer Oberfläche benötigt. Das gewünschten Leitfähigkeit lösen. Sehr wesentlich ist Aufspritzen von Kupferüberzügen auf derartige es in diesem Zusammenhang, daß, wie aus Beispiel 1 keramische Flächen hat sich jedoch nicht als prak- hervorgeht, an die erfindungsgemäß beschichtete lisch erwiesen. Schwierigkeiten entstanden bei einer Oberfläche Kupferdrähte angelötet werden konnten, ausreichenden Aufrauhung der keramischen Ober- 40 ohne daß eine zusätzliche Überschichtung erforderfläche auf mechanischem Wege, wie man sie zwecks Hch war. Die aufgelöteten Drähte und der erfindungs-Sicherstellung einer einwandfreien. Bindung des auf- gemäße Überzug waren dabei sehr fest miteinander gespritzten Materials benötigte. Eine Oberflächen- verbunden, während die Verbindung zwischen Überraahigkeit von 8 Mikron, vorzugsweise mit Veikrat- zug und Isolator in keiner Weise negativ beeinflußt iungen (undercuts), ist im allgemeinen für eine be- 45 worden waren.

friedigende Bindung zwischen dem flammgespritzten Gegenstand der Erfindung ist das Aufbringen lei-Überzug und der Unterlage Voraussetzung. Durch tender Kupfer- oder Silberüberzüge auf eine keradie übliche Sandstrahlbehandlung erreicht man aber mische Oberfläche mit Hilfe des Flammspritzverfahtine Aufrauhung dieses Ausmaßes nicht, was auf die rens, wobei die erwähnten Nachteile nicht auftreten, harte Natur des keramischen Materials ^urückzufüh- 50 Weiterhin wird es erfindungsgemäß möglich, Kupierten ist. Außerdem ist für viele Zwecke ein mecha- oder Silberüberzüge festhaftend auf keramische Oberftisches Aufrauhen der Oberfläche nicht erlaubt, da flächen aufzuspritzen, ohne von den üblichen Aufauf diesem Wege die erforderlichen Toleranzen ge- rauhmethoden Gebrauch machen zu müssen.
Itört werden können. Die Flammspritzmasse der Erfindung enthält

Aus der Literaturstelle WADCTR 59-415, S.9 ist 55 Kupfer und/oder Silber als leitendes Metall und ist es bekannt, Wolframoberflächen mit einer Schicht dadurch gekennzeichnet, daß sie 4 bis S Vohimaus Borsilikatglas zu Überziehen. Dae Aufspritzen prozent Glas in einer bei dem Flammspritzverfahren von Glas in Mischung mit Kupfer und/oder Silber ist mit den Metallen zusammetuchmelzbaren Form enthicr nicht angegeben, sondern das überziehen von hält. Nach der Erfindung erhält man auf der Unteraufgespritzten Wolframbelägen mit einem Gl as über- 60 lage zäh haftende leitende Überzüge, sogar auf dichzug. Zunächst ist hier erwähnt, daß ein Belag aus ten glatten keramischen Oberflächen. Wolfram mit Zirkonoxyd und/oder Aluminiumoxyd Das Aufspritzen der Masse der Erfindung kann mit durch Flammspritzen überzogen werden soll. Weiter· einer Kupfer und/oder Silber sowie Glas enthaltenden hin ist dann beschrieben, daß man einen Wolfram· Masse erfolgen, die irgendwie in üblicher Weise als draht mit Borsilikatglas überziehen kann, wobei man «a Flammspritzmaterial aufbereitet worden ist. Dem' das Glas aufspritzt. Von einem gemeinsamen Auf' entsprechend können Metall und Glas in Form eines spritzen von Wolfram mit Glas im Rahmen einer üblichen Flammspritzpulvers eingesetzt werden, das Mischung ist mit keinem Wort die Reds. eine Mischung von Metallpulver und Glaspulver dar-

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stellt, Das Pulver coil Einzelteilchen von üblicher gewünschten Durchmesser ausziehen. In gleicher

Größe haben, beispielsweise sollen die Teilchen- Weise können Drähte aus Silber und Glas hergestellt

größen zwischen 3 und 150 Mikron liegen, Vorzugs- werden,

weise zwischen 15 und 105 Mikron, obgleich die ge- Die Metall und Glas enthaltende Flammspritznaue Teilchengröße und die zugehörigen Toleranzen 5 masse der Erfindung eignet sich besonders zum Aufvon der besonderen Art des Flammspritzgerätes ab- spritzen auf keramische Oberflächen, wie solche aus hängen. Die erwähnten Zahlen für Teilchengrößen Aluminiuloxyd, Quarz, Steatit, Forstest, Zirkon oder und Toleranzen liegen im Rahmen des in der Tech- Cordierit. Das aufgespritzte Material liegt dann in nik üblichen. Die Mischung kann 4 bis 50 Volum- zäher Bindung mit den Unterlagen vor, sogar wenn Prozent Glas und vorzugsweise 20 bis 45 Volum- io deren Oberfläche dicht und verhältnismäßig glatt ist, prozent Glas enthalten, insbesondere sollen aber wie dies beispielsweise bei einer Oberflächenrauheit 35 Volumprozent Glas vorliegen. Soweit hier von von weniger als durchschnittlich 0,3 Mikron der Fall Volumprozent Glas gesprochen wird, bezieht sich ist. Diese wurde nach der USA-Standard Methode diese Angabe auf das echte Volumen (im Gegensatz B 46.1-1955 gemessen. Dabei wurde mit einem zum Schüttvolumen), bezogen auf das Gesamt- 15 Schnittabstand (cutoff distance) von 0,75 mm und der volumen an Kupfer und/oder Silber und Glas in der 0,75-Mikron-(maximum)-Skala mit einem Rauheits-Mischung, meßgerät (Profilometer) gearbeitet, das von der

Kupfer Kann in Form der bekannten Kupfer- Micrometrical Manufacturing Co., Ann Arbor, Michi-

Flammspritzpulver vorliegen, die auch aus Teilchen gan, hergestellt wird.

einer Kupferlegierung, die überwiegend Kupfer ent- ao Die Oberfläche braucht vor dem Aufspritzen ledighalten, wie Messing, Beryllium—Kupfer, Kupfer— lieh gereinigt zu werden. Die aufgespritzten Überzüge Nickel, Kupfer—Chrom und Zinnbronzen, bestehen liegen beispielsweise in einer Dicke von 50 bis können. 250 Mikron vor. Trotz der Anwesenheit vcn Glas

In gleicher Weise kann das Silber in Form be- sind die Überzüge in hohem MaUe elektrisch leitend

kannter Silber-Flammspritzpulverteilchen oder SiI- 15 und leicht zu verlöten, so daß Drähte oder elektrische

berlegierungs-Flammspritzpulverteilchen vorliegen. Elemente unmittelbar unter Verwendung normaler

Mischungen von Kupfer und Silber können in allen Zinnverlötungen miteinander vereinigt werden

gewünschte Mengenverhältnissen angewandt werden. können.

Das Glas soll irgendein bekanntes und flammspritz- Es ist auch möglich, auf die zunächst mit der

bares Glas sein, vorzugsweise verwendet man Kiesel- 30 Masse der Erfindung aufgespritzte Unterlage ein üb-

säure enthaltende Glasur, insbesondere Borsilicat- liches Flammspritzmaterial auf Metallbasis oder auf

schmelzgläser, Kobaltoxyd enthaltende Gläser oder der Basis feuerfester Substanzen aufzuspritzen, so daß

übliche Kalknatrongläser. eine ausreichende Haftfestigkeit vorliegt. Die Masse

Statt einer Pulvermischung kann das Flammspritz- der Erfindung dient hierbei als bindende Zwischenpulver in Form einer Masse vorliegen, von der jedes 35 schicht. Beispielsweise läßt sich auf die zunächst mit Einzelteilchen sowohl das oder die Metalle und Glas einem Glas enthaltenden t'serzug versehene Grundenthalten. Dementsprechend können die einzelnen lage Kupfer oder Silber ohne Glas unmittelbar auf-Pulverteilchen aus zusammengeschmolzenen Aggre- spritzen, so daß die keramische Grundlage einen gaten von Kupfer und Glas bestehen oder auü Kör- Kupfer- oder Silberüberzug trägt, während die Glas pem, die einen KupfeAern mit einem Glasüberzug 40 enthaltende Schicht als verbindende Zwischenschicht enthalten bzw. einen Giaslceni mit einem Kupferüber- vorliegt. Auf die zunächst aufgebrachte, Glas entzug. Die den Kern umhüllende Komponente kann in haltende Schicht lassen sich andere Substanzen, wie Form einer echten Glas- oder Kupferschicht vor- Platin, Zinn, Lötmittel, Aluminiumoxyd usw., aufliegen. Sie kann aber auch aus kleineren Teilchen der _ spritzen.

Überzugsmasse wie aus Kupfer oder Glas bestehen, 45 Die Erfindung eignet sich besonders für die Her-

die mit Hilfe eines Bindemittels an den Kern gebun- stellung von Materialien für den elektrischen oder

den worden sind. Beispiel: Ein Bindemittel, das sich elektronischen Sektor, beispielsweise kann man eine

bei den Flammspritztemperaturen zersetzt, z. B. ein elektrisch leitende Kupferschicht auf einen glatten

phenolischer Lack. Die gleichen Komponenten korn- dichten Isolator aufspritzen, z. B. einen Aluminium-

men natürlich auch für Silber in Frage. 50 oxyd-Isolator. Auf, diese Weise lassen sich z. B. Tafeln

Das Flammspritzpulver der Erfindung läßt sich in mit gedruckter Schaltung erfindungsgemäß herstellen, üblicher Weise mit einer Pulverflammspritzpistole indem man das Schaltschema durch eine Schablone aufspritzen, beispielsweise einer solchen, die eineVer- auf eine Grundlage von hoher Dichte, beispieleweise brennung und die Verbrennung unterhaltende Gase auf eine solche von Aluminiumoxid aufspritzt. Die wie Wasserstoff und Sauerstoff verwendet, oder einer 55 stromverbrauchenden Elemente, wie Kondensatoren, Plasma-Flammspritzpistole. Das Pulver kann auch in Widerstände, Transistoren usw., können leicht auf den Form eines Stabes oder Drahtes eingearbeitet worden aufgespritzten Belag gelötet werden. Die Erfindung sein, beispielsweise mit Hilfe eines aus Polyäthylen läßt sich auch zum Aufspritzen von Brücken oder bestehenden Bindemittels, und in üblicher Weise mit Verbindungen zwischen vorher gelegten Teilen von einer Flammspritzpistole aufgespritzt werden. Das 60 Stromkreisen einsetzen, um elektrische Kontinuität leitende, aus Metall und Glas bestehende Material der zu bewirken. Einzelbestandteile wie Polleitungsisola-Erfindung kann auch unmittelbar zu einem Flamm- toren könnsn aufgespritzt werden, um das Anlöten spritzdraht verformt worden sein, beispielsweise der erforderlichen Metallteile zu erleichtern. Kondendurch Einarbeitung einer kompakten Mischung von satoren können durch das Aufspritzen auf die gegen-Glas und Kupferpulver in einer KupferhUlle. Dabei 6s Uberliegenden Seiten einer keramischen Platte auskann man einen Kupfermantel mit der Pulvermischung gebildet werden. Die aufgespritzten Beläge können aus Glas und Kupfer füllen, das Ende zuschweißen auch zur Wärmeübertragung benutzt werden, um und den Mantel auf den für den Flammspritzdraht z. B. gleichmäßige Wärme der Oberfläche eines Kera-

Claims (6)

5 6 mikkörpors zuzuführen oder die Strahlung von dieser B e i s ρ i e 1 4 Fläche abzuleiten. Die Bindung des Metall-Glas-Überzuges auf der Beispiel 1 wurde wiederholt, dabei jedoch an Stelle Unterlage erfordert keinerlei Erhitzen der Grund- des hier angewandten Glases Kalknatronglas, also lage, wodurch Verzerrungen oder Rißbildung oder 5 normales Fensterglas, benutzt. Auch in diesem Falle ungünstige andere Einwirkungen auf diese ausge- wurden gleich gute Ergebnisse erhalten, schaltet sind. R . . , - Die nachstehenden Beispiele veranschaulichen die 's " Erfindung. Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, ίο daß das Aufspritzen mit einer Metco-Typ-2 M- B ei spiel 1 Plasma-Flammspritzpistole erfolgte, wobei eine Kupferpulver (runde Einzelteilchen von hoher Ε-Düse zum Einsatz kam. Stickstoff wurde als Pias-Reinheit mit einer Teilchengröße zwischen 44 und magas unter einem Druck von 3,5 kg/cm2 und einer 88 Mikron) wurde mit etwa 38 Volumprozent, bezo- Menge von 2,83 m3 angewandt, während Wasserstoff gen auf das Gesamtvolumen an Borsilikatglas, ver- 15 bei 3,5 kg/cm3 Druck und 140 l/Std. eingesetzt wurde, mischt. (Borsilikatglas = Corning Glas Comp. Die Pistole arbeitet bei 75VoIt und 250 Ampere Nr. 7052 Covar Sealing Glas mit etwa 15 bis 140 Mi- unter einer Auftragsgeschwindigkeit von 3,IS kg/Std. krön großen Teilchen.) Vorher war eine glatte, un- und einem Sprühabstand on 7,5 bis 10 cm. Es wurde glasierte Oberfläche einer gesinte-ten Aluminium- ein elektrisch hochleitfähigfr Überzug ausgebildet, oxydgrundlage von hoher Dichte durch leichte Strahl- 20 der dem nach dem Beispiel 1 erhaltenen Belag entbehandlung mit Aluminiumoxydpulver der Kör- sprach, nung 60 gereinigt worden; behandelt wurde mit Beispiel 6

1.4 kg/cm² Luftdruck bei einem Abstand von 15,2 cm.

Diese Oberfläche hatte eine Oberflächenbeschaffen- Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme,

heit von etwa 0,25 bis 0,40 Mikron. Die Unterlage 35 daß ein Silberpulver mit einer Teilchengröße von 44

wurde auf etwa 121° C vorerhitzt, Uli wasserkonden- bis 125 Mikron an Stelle des Kupfers aufgespritzt

sierte Feuchtigkeit zu entfernen. Das Aufspritzen der wurde. Der Überzug haftete ausgezeichnet und war Pulvermischung erfolgt mit der Metco 2P-Thermo- elektrisch leitend.

spray-Pistole unter Verwendung einer P7-Metall- „ . ;_ei 7

düse; Wasserstoff wurde mit einem Überdruck von 30 ' P

1.05 kg/cm² in einer Menge von 4,2 m²/Std., Sauer- Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, stoff unter einem Druck von 1,05 kg/cm² und einer daß das Aufspritzen auf verschiedene Grundlagen Menge von 850 l/Std. angewandt; das Trägergas- erfolgte, einschließlich Berylliumoxyd, Zirkonoxyd, kontrollgerät war auf 14 Rasten eingestellt; Auftrags- Quarz, Steatit, Forsterit, Zirkon und Cordierit. geschwindigkeit: etwa 2,7 kg/Std. Erhalten wurde ein 35 „ . . . „

127 Mikron dicker Belag von ausgezeichneter Haft- Beispiel 8 festigkeit. Der Belag war elektrisch leitend, da mit Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, einem Standard-Widerstandsmesser nachgewiesen daß der 125 Mikron dicke Belag aus Kupfer-Glas werden konnte, daß im wesentlichen weniger als mit einer Aluminiumoxydschicht von 250 Mikron 1 Ohm Widerstand über eine 7,5 cm Belagoberfläche 40 Dicke überzogen wurde. Flamtngespritzt wurde Aluauftrat. An die beschichtete Oberfläche wurden Kup- miniumoxydpulver vom Typ Metco Nr. 101 mit einer ferdrähte angelötet, ohne daß eine zusätzliche Über- Teilchengröße von 15 bis 44 Mikron; benutzt wurde schichtung erforderlich war; das Auflöten wurde mit eine Thermospritzpistole vom Typ Metco 2 P unter gewöhnlichen Zinn-Blei-Lötmitteln und einem Eisen- Verwendung einer P7-C-Keramikdüse. Acetylen Lötkolben vorgenommen. Die aufgelöteten Drähte 45 wurde unter einem Druck von 0,84 kg/cm² in einer und der Überzug waren sehr fest miteinander ver- Menge von 790 l/Std. und Sauerstoff unter einem bunden, während die Bindung zwischen Überzug und Druck von 1 kg/cm² und einer Menge von Isolator in keiner Weise negativ beeinflußt worden 1,33 nWStd. angewandt. Der Trägergaskontrollregler war. arbeitet mit 12 Rasten, die Auftragsgeschwindigkeit _B · ■ . j so betrug 1,02 kg/Std. Der flammgespritzte Aluminium-P oxydbelag war fest auf der Kupfer-Glas beschichteten

Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, keramischen Unterlage gebunden und stellte ober-

daß auf eine glasierte Aluminiumoxydgrundlage auf- halb der elektrisch leitenden Kupfer-Glas-Schicht

gespritzt wurde, wobei gleich gute Ergebnisse an- eine elektrische Isolierung dar.

fielen. 55 „ . . , „

Beispiel 9

^e'^s *" ^e Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme,

Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß das Kupfer durch eine Mischung von Kupfer-

daß an Stelle von Covar Sealing-Glas (ein Glas mit pulver und 50 Gewichtsprozent Zinnpulver einer

niedriger thermischer Ausdehnung) ein solches von ^6o Teilchengröße von 44 bis 105 Mikron ersetzt wurde,

hoher the.mischer Ausdehnung angewandt wurde. bezogen cuf den Gesamtgehalt an Kupfer plus Zinn.

Dieses Glas gehörte zur Gattung der hoch-SiO_f-halti- Gleich gute Ergebnisse wurden erhalten,

gen Gläser, die neben anderen Bestandteilen einen „ , , ...

geringen Prozentsatz an Kobaltoxyd enthalten und Patentansprüche,

die im allgemeinen in der Porzellan-Emailliertechnik 65 1. Flammspritzmasse, die Kupfer und/oder

dazu benutzt werden, auf Stahlunterlagen eine gute Silber als elektrisch leitende Metalle enthält, da'

Haftfestigkeit gefärbter DeckUberzUge sicherzustellen, durch gekennzeichnet, daß sie etwa ^Λ

Hs wurden gleich gute Ergebnisse erhalten. bis 50, insbesondere 20 bis 45 Volumprozent

Glas in einer mit den Metallen gemeinsam flammspritzbaren Form enthält.

2. Flammspritzmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Form einer Pulvermischung von Metall und Olas vorliegt.

3. Flammspritzmasse nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas ein Borsilikat-Schmelzglas ist.

4. Flammspritzmasse nach Anspruch 1 bis 3, dadufch gekennzeichnet, daß sie etwa 35 Volum* pfo2enf Glas enthält.

5. Flammspfltzmasse nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen PuI-

verkörner Teilchen darstellen, die das leitende Metall und Olas gemeinsam enthalten.

6. Flammspritzmasse nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie in Form eines Flammspritzdrahtes vorliegt, insbesondere eines solchen, dessen HUIIe aus dem leitenden Metalt und dessen Seele aus leitendem Metall und Glaspulver besteht.

7, Verfahren zum Flammspritzen unter Verwendung der Flamrmpfltefltasse nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Masse auf ein« keramische Grundlage, insbesondere eine solche aus Alurniniumoxyd, aufspritzt,