DE1949018C - Verfahren zur Verbindung einer Metallplatte mit einem keramischen Bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein \ erfahren /ur Verbindung einer Metallpiatte mit einem keramischen Bauteil, das durch ein Loch der Metallplatte geführt ist. über ei";:;*, cias keramische Bauteil umgebenden, mit der Metallplatte in Berührung stehenden Ring aus einer Lötleeierung.

Fm Verfahren vorstehender Art ist beispielsweise aus der britischen Patentschrift SOK 65d bekannt. Dort wild /um Verbinden einer Metallplatte ην ι einem keramikchen Bauteil ein Ring aus einer Lötlegierung zwischen Metallplatte und keramischem Bauteil angeordnet und zum Schmelzen gebracht. Der Ring besteht dabei aus gepreßtem und später gesintertem Pulver der Lötlegierung. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß infolge der unkontrollierten Porosität des Lc: ringes dieser sich beim Erwärmen häufig stärker als das keramische Bauteil ausdehnt, so daß vielfach keine gute Verbindung erhalten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es. einen porösen Rine aus einer Lötlegierung herzustellen, der beim Erwärmen auf l.öttemperatur sich nicht stärker als das zu verbindende keramische Bauteil ausdehnt und dadurch eine gute Verbindung zwischen diesem und der Metallplatte herstellt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ring vor dem Erwärmen auf LöttemperaUir auf eine Porosität gebracht wird, die eine geringere Ausdehnung bedingt als die des keramischen Bauteils. Vorzugsweise wird die gewünschte Porosität des Ringes durch Verformen eines höher porösen Lötwerkstoffs erzielt. Besonders vorteilhaft ist es, den Ring aus porösem Lötwerkstoff durch Verformen eine Porosität zu geben, die ein Nichtanwachsen bzw. sogar ein Abnehmen des inneren Ringdurchmessers bedingt.

Die Anfangsporosität des Lötwerkstoffs ist durch die Verwendung von Pulver, Kristalliten, einheitlicher oder verschiedener Korngröße usw. einer Lötlegierung -eeeben. Dieses Material bzw. Gemenge wird zusam-018 3 ₂

mengeprcLk und sintert beim Erwärmen weiter zusammen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i ü. 1 eine perspektivische Sicht.

F-" ι g. 2 eine Seitenansicht.

Es i"si gewünscht, das keramische Bauteil 11 (Bolzen. Stanae .~ . 1. das zu 85 bis 99" „ aus Aluminiumoxid und 7.um Rest hauptsächlich aus Quarz besteht, mn einer nichtrostenden Stahlplatte 12 zu verbinden. Hierzu ist das keramische Bauteil 11 in einem Loch der Metallplatte geführt und von einem Ring 13 aus einer Löilegierung\imgeben. der bei Raumtemperatur eng an dem keramischen Bauteil H anliegt. Eine typische Lötlegierung hat in Gewichtsprozent folgende Zusammensetzung:

Silber ^- ' 0

Kupfer ^!S" f

Blei 35« _n

Titan -^v'.,.

Beispielsweise hat das keramische Bauteil 11 eine.· Durchmesser von 22.733 _: 0.0254 nm und das Locin der Metallplatte einen Durchmesser von 23.24: - 0.254 mm. Mit diesen Abmessungen muß der Rir.; 13 so eng wie möglich das keramische Bauteil u.ngebe:. allerdings muß eine Toleranz aus der Tatsache heran gegeben sein, da der Ring bei der Fertigung durch \ e: formung in einem Gesenk beim Herausziehen d<. Stempels seine Abmessungen ändert. Wie später erkläi. wird, ist der Verformungsdruck wichtig, und welche: Druck auch immer aufgebracht wird, die Ausdehnung oder Kontraktion durch Entspannung muß innerhalb der Toleranz, liegen und vorher experimentell bestimir,· werden.

Der Ring 13 wird, um die Verbindung herzusieller. in nichtoxydierender Atmosphäre auf herkömmlich;. Weise auf Lottemperatur von etwa 860 C gebracl-\ wobei zwei unterschiedliche Effekte den Abstand zwischen Ring 13 und keramischem Bauteil 11 bestimmen

1. Auf Grund der unterschiedlichen Temperatur ausdehnungkoeftizienten entfernt sich der Ring 13 vom keramischen Bauteil 11. Die Koeffi/ienter für das keramische Material und die Lötlcgierung betragen 7.9 · 10 ' bzw. 20 ■ 10", und somit dehn' sich bei einer Erwärmung von Raumtemperatur auf 860-C das keramische Bauteil von 22,733 auf 22,855 mm aus und der innere Durchmesser des Ringes -- er wird anfangs mit 22,809 mm angenommen -— auf 23,216 mm.

2. Bei Temperaturen über 350 C wird das Sintern der Lötlegierung eine Kontraktion des Ringes bedingen. Die Höhe der Kontraktion hängt zum einen von der Porosität des Ringes vor und nach dem Lötverfahren ab und zum anderen von der Größe des Ringes. Sind beide Porositätswerte bei einer gegebenen Ringgrößc bekannt, so kann die Kontraktion berechnet werden.

Bei einer guten Verbindung muß die Gesamtausdehnung des Ringes geringer sein als die Ausdehnung des keramischen Bauteils. Die Temperaturkoeffizienten beider Materialien liegen fest und die Endporosität der Lötlegierung ebenfalls, so daß als einzige Variable bei gegebenem Ringdurchmesser die Anfangsporosität übrigbleibt; diese kann so vorgegeben werden, daß sich

die gewünschte Kontraktion des Ringes, bezogen auf das keramische Bauteil, einstellt. Die Anfangsporosität des Rinces hängt vom Verformungsdruck ab. Sie verringert sich mit steigendem Druck. Bezogen auf das Ausführungsbeispiel kann der maximal angewandte Verformungsdruck etwa 20 8^' betten der eine Anranesporositat %on etwj IS «- /ur roigc .
ereibt sich eine Kontraktion von etwa 0_431S mm d. die Ausdehnung von 0.4064 mm übertrifft, so daß un, aute Verbindung gewährleistet .st.

Hier7u 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1

Patentan~.prin.he:

:. Verfahren zur Verbindung einer Metallplatte nut einem keramischen Bauteil, das durch ein Loch der Metallplatte geführt im. über einen das keramische Bauteil umgebenden, mit der Metallplatte in Berührung stehenden Ring aus einer LöilegierLing. dadurch gekennzeichnet, daß ίο der Ring vor dem Erwärmen auf Lottemperatur auf eine Porosität gebracht wird, die eine geringere Ausdehnung bedingt als die des keramischen Hau teils.

2. Verfahren nach Anspruch !. dadurch gekennzeichnet, daß die gewünschte Porosität de> Ringes durch \erfo~;nen cmc-, hoher porösen LotwerkstiifTs er/ielt v.ird.

3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß dem Ring aus porösem Lotwerkstoff durch Verformen eine Porosität gegeben xird. die ein Nich'.anwachsen bzw sogar -\hn-..:imen des inneren Ringdurchmessers bedingt.