DE1665130A1

DE1665130A1 - Metall-Isoliermaterialverbundkoerper und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1665130A1
Application number: DE19671665130
Authority: DE
Inventors: Pomerantz Daniel Ira; George Wallis
Original assignee: PR Mallory and Co Inc
Current assignee: Duracell Inc USA
Priority date: 1966-04-18
Filing date: 1967-04-15
Publication date: 1971-04-29
Also published as: SE326477B; NL6705436A; ES339309A1; CH467224A; GB1178577A; US3470348A; IL27791A; BE697193A; DK125414B

Description

■jri3er Zeichen: M 1052

^etaJ.l-Isoliermaterialverbundkörper und Verfahren zu

seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft die Verbindung unähnlicher i-iaterialien, insbesondere ein neuartiges Verfahren zur i-Ietallisierung eines Isoliermaterials.

Das überziehen oder Beschichten von Isolatoren mit metallen, die normalerweise nicht benetzen, zur Herstellung von elektrischen Kontakten und dergl. erfolgt derzeit nach zanlr ei einen Verfahren. Hierzu gehören Auf dampf ung des Metalls, stromlose Plattierung des Metalls, chemische Abschei dung de3 Metalls oder Schmelzen des Metalls bei hohen Temperaturen. Hach diesen Methoden abgeschiedene Metalle können auch als Zwischenschichten verwendet v/erden, an denen ein zweites iletall haftet, beispielsweise durch Auflöten οuer Schmelzen.

Ein

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Ein anderes Mittel zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Isolator und dem nicht benetzenden Metall besteht darin, eine dazwischenliegende Oxydschient anzuordnen.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuartigen und verbesserten Verfahrens aur Verbindung eines normalerweise nicht benetzenden Metalls mit einen Isoliermaterial. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Mittels zur Erzielung einer direkten Haftung zwischen dem normalerweise nicht benetzenden Metall und dem Isolationsmaterial.

Schließlich ist es aucn ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Lötverbindungen und dergl. mit Isolierstoffen wie Jlas zu schaffen, bei dem die derzeit angewandte zwischengeschaltete Metallisierungsstufe entfällt. Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt, der die Vorrichtung zur

Verbindung von geschmolzenem Blei mit Glas durch Durchleiten eines schwachen elektrischen iitroins erläutert;

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2 einen Schnitt der Vorrichtung zur Herstellung eines Zinnuberzug-s auf einem Glasrohr durch Durcnleiten eines schwacnen elektriscnen Stroms, wobei auch die ;/irkung zu erkennen ist, und

[5 einen ochnitt eines Enddeckels für ein Glasrohr,der eriindungsgemäß hergestellt wurde.

Allgemein ausgedrückt, schafft die Erfindung ein Verfanren zur direkten Verbindung verschiedener geschmolzener Metalle mit verschiedenen Isolierstoffen, wobei das .aetall entweder den Isolator nicht oder nur schlecht beriet r-;t.

jirfinaum:nge:aä.3 v.'ird das geschmolzene hetall mit aem Isoliermaterial in Berührung gebracht,und ein schwacher elektrischer stroti wird kurzzeitig sv/ischen beiden durchgeleitet, bis sich eine Bindung bildet, in der das Metall aas· positive Element darstellt;. Das Isoliermaterial wird .Tiierbei erhixzt, bis es leitfähig ist. Wenn als Isoliermaterial Pyrex-Glas verwendet wird, liegt diese Temperatur

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im !Bereich von etwa 200 bis et v/a 700 C. Der i'ei.rperaturbereicii für Vfeichglas und iceramiscie otoffe vie Porzellan und dergl. ist ungefähr derselbe, ".,'enn als Isolator "Quarz verwendet v/ird, liegt der Temperaturbereich zwischen etwa 500 und 1200⁰C. v,^rird hierbei ein otrom mit einer typischen Dichte von 20 iiA/mm¹¹" etwa 30 oekuno.en lang durch das geschmolzene i-ietall zum Isolator c:elc3itet, so bildet sich zwischen den beiden iiaterialien eine Bindung aus,

Di«³ genauen Verte von ctro^Michte und Jurcnleitungsdauer sciivarLtcen ,je nach den ~u verbindenden i-iaterialien. Bei der Verbindung einer bestimmten ilaterialKo::.cination bleibt jedoch das Ütrom-Zeit-Produkt im allgemeinen ungefähr konstant. Beispielsweise erzeugt in einem speziellen Fall 1 u/i., welches verhältnismäßig lange durch das •System geleitet v/ird, aie gewünschte Verbinaang genauso, v/ie ei«. 1 mk mi c einer iatrümuiL^sseit you etv.a u,b 3 eirunden. JJie Zeitdauer verändert si cn also mit der btromstäri-ce. V.'enn ein ötrom von etwa 1 iiA ein iJurchleiten v/f'hrend etwa 10 Minuten erfordern würde, so erfordert ein Strom von 20 nA eine StromfIuY-dauer von etwa 50 Sekunden.

Das Yerbinaeii von ^et;cli:::ol?;enoi:x Jlei ::iit R-infr GrlasoberflMcne stellt ein gutes .Beispiel für die Erfindung

dar. 109818/1689

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dar. In Jj¹Ig. 1 wurde aas Blei 10 in einen Behälter 11 aus einem leitfähigen Träger 12 gebracht. Der Träger 12 bestellt aus einem Material wie Graphit oder irgendeinem ande ren Material, welches geschmolzenes Blei nicht benetzt, welches jedoch "wärme und den elektrischen Strom leitet. Der i"rager oder Behälter 12 wurde neben die Heizvorrichtung 13 gestellt, die mit der Energiequelle 14 für die iieizvorricntung zusammenwirkt. Isolierende idstanzstücke 15 und 16 wurden zwischen den Träger 12 und das Isolierteil 17 aus ölas gebracht. Me Heizvorrichtung 13 wurde angescnaltet, bis das Blei 10 geschmolzen war,und das gläserne Isolierteil 17 wurde bei etwa 400⁰O schwach leitfähig. Die Verbindungskraftquelle 18 wurde angeschaltet und ein Strom von etwa 300 pA etwa 30 Sekunden lang zwischen dem Blei 10 und dem G-lasisolierteil 17 durchgeleitet. Während des Stromflusses v/urde beobachtet, daß der geschmolzene Bleitropfen sich über die Glasoberflache 19 ausbreitete. Die gestrichelte Linie 20 zeigt den Meniskus des geschmolzenen Bleis vor der Herstellung der Bindung, und die ausgezogene Linie 21 zeigt den Meniskus nach der Verbindung. Der otrom v/urde dann abgeschaltet und das Blei abkühlen und verfestigen gelassen. Es wurde festgestellt,

daß

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daß es fest am Glas anhaftete. Oiine Stromdurchleitung zwischen Blei und Glas konnte keine vergrößerte Berührungsfläche beobachtet werden, und eine Haftung war praktisch nicht vorhanden.

Gemäß Fig. 2 wurde ein erhitztes Glasrohr 25 in einen Vorrat von geschmolzenem Zinn 26 eingetaucht. Das Glasrohr 25 wurde durch die Heizvorrichtung 27 auf eine Temperatur von etwa 400⁰G erhitzt, Das geschmolzene Zinn befand sich in einem Behälter 28. Die Bindeenergiequelle 18 wurde angeschaltet,und ein Strom von etwa 100 pA wurde etwa 2 Minuten lang vom Zinn zum Glas geleitet. Der Strom hatte eine Benetzung des Glases durch das geschmolzene Zinn zur Folge, wobei das Zinn im Rohr etwa 9»5 mm anstieg. Die gestrichelte Linie 29 zeigt den Meniskus des Zinns 26 vor der Durchleitung des Stroms,und die ausgezogene Linie 30 zeigt den Meniskus nach dem Durchleiten des Stroms und der dadurch bewirkten Verbindung. Wenn der Strom abgeschaltet und das Glasrohr 25 aus dem Zinnvorrat entnommen wurde, floß das flüssige Zinn nicht aus dem Rohr heraus, woraus zu erkennen war, daß sich eine permanente Verbindung zwischen dem Zinn und dem Glas gebildet hatte* Nach der Verfestigung wurde eine gute Haftung zwischen Zinn und Glas

festgestellt.

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festgestellt. Ohne das Durohleiten des otroms wurde das Glas vom Zinn nicht benetzt, und wenn das Rohr in das gets enmol 2 ene Zinn eingetaucht und danach wieder entnommen wurde, fluß das Zinn aus dem Rohr ab.

Die Erfindung ist von besonderer Brauchbarkeit, wenn eine Bindung zwischen einem Metall und einem Isolierteil hergestellt werden soll, welches gewöhnlich ein Zwiscnenmaterial erforderlich macht, welches sich mit dem Isolierteil verbindet und durch das. spezielle Material wiederum benetzt werden kann, oder wo Hitzedruckversiegelungen oder dergl. hergestellt werden müssen. Die Erfindung ergibt eine wesentliche Vereinfachung der bisherigen Verfahren.

i?ig. 3 zeigt eine der vielen Anwendung s art en der Erfindung. Hierbei wird ein Abschlußdeckel 35 mit einem Glasrohr 36 mittels einer geschmolzenen Lötmittelschicht 37 versiegelt.

j&Lne weitere Anwendung besteht beim Überziehen von Isolatoren mit Metallen, die normalerweise keine Benetzung ergeben, beispielsweise beim Verzinnen von Glas.

Abgesehen

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Abgesehen von den unter Verwendung von Zinn und Blei sowie Glas durchgeführten Versuchen wurden auch andere Metalle und Isolatoren untersucht,una gute Ergebnisse wurden mit Aluminium, Zink, Wismut, Tellur, Indium, üilber und Cadmium in Verbindung mit Weichglas, Borsilicatglas, yuars, Saphir und keramischen Stoffen erhatten. Auch viele andere Metalle und Legierungen können mit vielen anderen festen anorganischen Isoliermaterialien nach dem erfindungsgemäßen Verfahren fest verbunden werden.

nus nr'lohe

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Claims

P A T ϋ ϊί T A H SPRÜCHE

VerDuridgegeiistand aus einem elektrisch leitfähigen metall und einem festen anorganischen Isoliermaterial, da-Qur .-.ι ^kennzeichne fc, da^ die Stoffe in innigem Kontakt miteinander durch uurciileiten eines positiven elektrischen Dtroma vqiü elektrisch leitfähigen Material zum Isoliermaterial verbunden wurden, während das elektrisch leitfähige material in geschmolzenem Zustand vorliegt und das Isoliermaterial bis zu einem schwach leitfähigen Zustand erhitzt ist.

c.. üegenstand nach Anspruch 1, dadurch .gekennzeichnet, aaj er als elektrisch leitfähiges Metall Zinn, Blei, Indium, Aluminium, Zinic, Wismut, Tellur, Cadmium und/oder Silber entnält.

i). Gegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er als elektrisch isolierendes Material Saphir, Quarz, ./eichglas, ßorsilicatglas und/oder einen keramischen Stoff entnält.

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4. Verfanren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem elektrisch isolierenden Material und einem elektrisch leitfähigen Material, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Material geschmolzen wird, die beiden otoffe in innigen Kontakt gebracht werden, das Isoliermaterial bis zur elektriscnen Leitfähigkeit erhitzt" wird, ein positiver elektrischer Strom vom leitfähigen Material zum Isoliermaterial unter Herstellung einer Verbindung zwischen beiden geschickt wird und der Strom abgeschaltet wird und die Stoffe bis zur Erstarrung des geschmolzenen Materials abgekühlt werden.

5. Verfanren nach Anspruch. 4, dadurcn gekennzeichnet, daß als leitfähiges Material Zinn, Blei, Aluminium, Zink, l'ellur, Cadmium, Wismut und/oder Indium verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrisches Isoliermaterial Glas, ^uarz, Saphir^ und/oder ein .keramischer iJtoff verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da(3 das Isoliermaterial auf eine Temperatur zwi.sehen 300 und 1200⁰G erhitzt wird.

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