DE2016817A1 - Verfahren zum Verbinden von Keramikteilen mit Metall - Google Patents
Verfahren zum Verbinden von Keramikteilen mit MetallInfo
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Description
München, den 8. April 1970
lo/th - A 2086
-w dud
UU AGENCY OF INDUSTRIAL SCIENCE * TECHNOLOGY
5-1» Kasumigaseki 1 chome, Chiyoda-ku, Tokio, Japan
Verfahren zum Verbinden von Kerasikteilen mit Metall
Priorität: Japan vom 8. April 1969 Nr. 27 4-52/69
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Mitoinanderverbinden von keramischen Materialien mit metallischen
Materialien.
Beim Verbinden eines keramischen Materials mit einem metallischen Material durch Behandlung der beiden
Materialien bei hohen Temperaturen ist es erforderlich, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des keramischen
Materials mit demjenigen des metallischen Materials übereinstimmt, um die Zerstörung des miteinander verbundenen
Teiles infolge der während dee -Abkühlungsprozesses
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BAD ORIGINAL
erzeugten thermischen Spannung zu verhindern, Venn ein
miteinander verbundener Körper eines keramischen Materials und eines metallischen Materials unter solchen Bedingungen
verwendet werden soll, daß der keramißche Teil hiervon hohen Temperaturen ausgesetzt wird, während der metallisch«}
Teil einer Abkühlung unterworfen wird, wird eine große
thermische Spannung, insbesondere in dein gebundenen Teil
infolge dee Temperaturunterschieden zwischen den btsiden
Anteilen erzeugt, sogar falls deren thermische AuEichnungakoeffizienten
gleich sind. Hierdurch wird die Zerstörung des miteinander verbundenen Teiles bewirkt.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zum leichten
Miteinandorverbinden eines keramischen Materials mit
einem metallischen Material, welches einen unteruchiedlichen
thermischen Ausdehnungekoeffizienten besitzt, zu liefern,
Weiterhin 1st es Ziel der Erfindung, ein Verfahren zum
Miteinandorverbindon eineB keramischen Materials mit
metallischen Material in mechanisch, thermisch und elektrisch stabilisiertem Zustand zu liefern.
Das erf indungegeaiäße Verfahren ist insbesondere bei der
Herstellung von Oxydelektroden für KHI)-Stromgenoratοren
wertvoll. Die Oberfläche dieser Elektroden wird einem Gas von hoher Geschwindigkeit, welches eine Temperatur von
etwa 2.500° C besitzt, ausgesetzt· Daher ist es erforderlich, dieee Elektrode von ihrer entgegengesetzten
Seite abzukühlen, um zu verhindern, daß die Temperatur dieser Oberfläche zu hoch ansteigt. Da eine starke
Verschiedenheit der Temperatur zwischen der Oberfläche und der gegenüberliegenden Seite dieser Elektrode vorliegt,
wird diese infolge der erzeugten thermischen
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Spannung leicht zerstört. Um oinen elektriechen Strom abzunehmen,
iet es ferner erforderlich, ein metallisches Material mit einer Oxydelektrode derart zu verbinden,
daß elektrieche Leitfähigkeit erzielt wird.
Gemäß der Erfindung wird eine aus einem Glas mit einen
niedrigen Schmelzpunkt und einem Metallpulver zusammengesetzte Paste auf ein keramisches Material unter Bildung
'eines sehr dünnen metallischen Filmen hierauf gebrannt.
Ein metallischer Körper von verfornbarer Gestalt wird
dann zwischen diesen FiIx und das Metallmaterial, mit welchem da β Kereniloiaterial verbunden werden seil, zwischengelogt,
und die Kontaktpunkte auf jeder Seite werden mit den entsprechenden Materialien durch Einbrennen verbunden.
Veiter« Ziele und Torteil· der Erfindung ergeben eich aus
der folgenden, ine einzelne gehenden Beschreibung, wobei
auf die Zeichnung Bezug genommen wird; in der Zeichnung sind:
Fig* 1 eine perspektiVieche, teilweise geschnittene
Ansicht, welche einen miteinander verbundenen Körper aus einem keramischen Material und einem
metallischen Material neigt, welcher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde{und
Fig. 2 eine Querschnittsaneicht einer anderen Außiührungsform
des erfindungegenüßen Verfahrene.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird eine aue eineis Glas
mit niedrigem Schmelzpunkt und einem Metallpulver z\ir-ammengesetzte
Kasse auf ein keramisches Material 1 aufgebrannt, un einen sehr dünnen metallischen -FiIn 3 hierauf aur-mbilden.
009846/15i ,
Das für die Bildung dee Filmes 5 auf der Oberfläche des
keramischen Materials zu verwendende Metallpulver variiert
mit der Art des zu verbindenden metallischen Materials
Falls z* B, Silber verwendet wird, sollte Silber und/oder
Kupferpulver bevorzugt verwendet werden. Chrom und/oder
Kickelpulver ist vorzustehen,wenn rostfreier Stahl, Legierungen auf Basis Ni + Or oder Ni + Cr + Fe1 z.B.
80 % Ni ♦ 20 % Cr oder 60 % Ni + 24 % Fe + 16 % Cr + 0,1 % C,
Legierungen auf Basis Ni + Cr + Fe + ggf. Co mit geringeren Fro&enteätzen von Mo, Nb, Ta, Ti, Al, C, etc., z, B.
78,5 % Ni + 14 % Cr + 6,5 % Fe + 0,2 % Cu + 0,25 % Mn
+ 0,25 % Si oder 48 % Ni +20,5 % Co + 14,8 #,Cr + 2,8 % Mo
+ 2,9 51 Al ■*· 2,2 % Ti + 0,6 $ Fe + Spurenmengen von Si, Mn,
Cu, C oder ähnliche Legierungen alt einen keramischen Material verbunden werden·
Diese Masse aus Metallpulver und Glas, welches einen niedrigen Schmelzpunkt besitzt, wird auf die Oberfläche eines
keramischen Materials aufgetragen, welches dann bei einer Temperatur im Bereich von etwa 700° C bis 1400° C gebrannt
wird, um einen metallischen Film von 0,05 - 0,1 mm Stärke
auszubilden« Da dieser metallische Film sehr dünn ist,
löst er sich nicht von der Oberfläche des keramischen Materials infolge von thermischen Spannungen bei hohen
Temperaturen, selbst wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient hiervon von demjenigen des keramischen Materials
verschieden ist.
Der Metallkörper 4t der in einer leicht verformbaren Gestalt
ausgebildet ist, wird zwischen den metallischen Film 3 und das metallische Material 2 eingesetzt· Die Eontaktpunkte
auf jeder Seite werden mit den entsprechenden Materialien
durch Brennen verbunden. Silber, rostfreier Stahl, die
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beiden bereits oben genannten Legierungen auf Baals·, von.
Ni + Cr bzw» Nl + Cr + Fe und Ni + Cr .+ ggf. Co + in
geringer Menge vorliegende Bestandteile oder Silber «•Nickel-Legierung
tifid tür dta Metallischen Körper 4 sit der leicht
verformbaren Gestalt geeignet. In der Fig. 1 ist ein .
Metallkörper 4 gezeigt, der eine wellenförmige Gestalt
besitzt, während der in dor Fig. 2 wiedergegebene Metallkörper
4 ' eine Spiralform besitzt. Jedoch ist die Gestalt
nicht auf diese Formen begrenzt, solange der Metallkörper
leicht verformbar bleibt.
Falls der gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergeatellte,
Keramik-Metall-Verbundkörper unter solch einer Bedingung angewandt wird, daß die Oberfläche des keramischen Teiles
einer Temperatur von 2500° C auegesetet wird, und der
Metallteil unter 100° O abgekühlt wird« springt der
keramische Teil nicht von dem Metallmaterial ab, selbst
wenn deren Ausdehnungekoeffizienten verschieden sind«
Dies ist der fall, da der leicht verformbare, zwischen
ihnen eingesetzte Metellkörper die Verschiedenheit ihrer
Ausdehnungskoeffizienten unter Deformation aufnimmt. Das
Dazwischeneetitn eines solchen Metallkörpers sichert .
ebenfalls die elektrische Verbindung der beiden Materialien.
Demgemäß können Verbundkörper von Keramik- und Metallmaterialien
in jeder Kombination hergestellt werden.
Falls eine Metallschicht mit einem niedrigeren Schmelzpunkt
an den Stellen vorgesehen w;irdr w0 eiß fiüf dem
Keramikmaterial gebildeter Metallfilm mit dem leicht
verformbaren Metallkörper verbunden wird, und de* leicht
verformbare Metallkörper mit einem anderen Mctallmaterial
verbunden wirdt wird der Verbund weiter gefördert*
009Θ4
BAD
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung olme sie
zu beschränken,
Eine Masse, bestehend auc 75 % Ag-Pulver, 15 % Cu-Pulver
und 10 % Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt, wurde auf
einen gesinterten Lanthanchromit-Körper, v/elcher hochhitzebeständige
Eigenschaften und hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt, aufgetragen, diese \/urde dann bei einer Ienpera::ur
von 1000° C zur Bildung eines metallischen Filmes von
0,1 mia Dicke gebrannt» Eine Masse ans 85 % Ag-Pulver ui'd
15 % Cu-VuIver vfurde auf diesen Film aufgetragen, Diese
Masse wurde ebenfalls auf eine Seita einer Silberplatte
aufgebracht. Eine Spirale von 1 iam Innendurchmesser, hergestellt
aus 0,5 nun Silberdraht, wurde zwischen diesen
Film und die Silberplatte eingesetzt. Sie wurden miteinander
durch Brennen bei 930° C veruunden.
Der so hergestellte Verbundkörper aus Lantnanchromit und
Silber wurdo durch thermische Spannung nicht zerstört,
wenn er in einen elektrischen Ofen bei 1600° C gebx'acht
wurde, während die Silberplatte mit einem Wasser gekühl ten Kupfer hart verlötet war. Der elektrische Widerstand
auf der gebundenen Oberfläche war sehr gering-
Eine Masse, bestehend aus 40 % Cr-Pulver, HO % Ni-Pulver
und 20 % Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt wurde auf einen gesinterten. Aluminiumoxydkörper mit hochhitz©beständigen Eigenschaften und Temperaturwechselbeständigkeit
aufgebracht, diese wurde dann bei einer Temperatur von etwa 1400° C unter Bildung eines hitaebβständigen und
oxydationBfeeten metallischen Filmes von 0,1 mm Stärke
- 6 -009846/1567
gebrannt. Eine Masse, bestehend aus Cr-Pulver und Ki-Pulver
wurde auf diesen Film aufgetragen, auf den eine aus rostfreien Stahldraht hergentelite Spirale angeordnet v/urde.
Ferner wurde diese Hasse aus Cr und Ni auf ditse Spirale
aufgetragen, auf welche eine Platte auß rostfreiem Stahl, die feat verbunden werden sollte, gelegt wurde. Diese wurden
durch Brennen bei etwa 1400° C miteinander verbunden«
Der bo hergestellte Verbundkörper aus Aluminiumoxyd und Chroianickel konnte plötzlichen Temperaturünderur-gcn oder
einer, großen TemperaturgradicnLen widorsteien und wurde
nicht zerstört, wenn er im Temperaturbereich bin zu etwa
1300° C verwendet wurdo.
Die gleichen Ergebnisse wurden erhalten, inden Spiralen
auEi Chromnickel, den zuvor genannten Legierungen aui Basie
von Hi + Cr bzw. Hi + Cr + Pe oder Ni + Cr + Fe + ggf.Co
+ geringe Prozentsätze der anderen genannten Legierungsbeatandteile,
oder aue Silbemickellegierung anstelle der Spiralen aus rostfreiem Stahl verwendet wurden.
Das erfindungegemäße Vorfahren zeichnet sich also dadurch
aua, daß eine aus einem Glas mit niedrigem Schmelzpunkt
und Metallpulver zusammengesetzte Hasse auf ein keramisches
Material unter Bildung eines Behr dünnen meballiechen
Filmes hierauf eingebrannt wird. Ein Metallkörper von leicht verformbarer Gestalt wird dann zwischen diesen
Film und das Metallmaterial, mit welchem das Kcramikcaterial
verbunden werden soll, zwifschengelegt und die Kontaktstellen
auf Jeder Seite werden mit den entsprechenden Materialien durch Brennen verbunden. Der so hergestellte Kerami'--!!etall-Verbund&Örper
ist hinsichtlich peiler mechanischen u:d
elektrischen eowi· thtrmiachtn Eigenschaften stabil,
und er ist besonders zur Verwendung* eines Oatydclelctro'''en in
MHD-Stromgeneratoren geeipnet.
-Pa t ent ansprüche-.
0098iT67/T567
Claims (2)
- PatentansprücheVerfahren zum Verbinden von Keramikmaterial mit Metallmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß es die Auebildung einee dünnen metallischen Filmes auf der Oberfläche eines Keramikmaterials, das Einsetzen eines leicht verformbaren Metallkörpei'B zwischen den metallischen Film auf dem Keramikmaterial und einem hiermit zu verbindenden Metallmaterial und das Binden der Kontaktpunkte auf jeder Seite mit den entsprechenden Materialien durch Einbrennen umfaßt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k. e η λ zeichnet, daß der metallische Film durch Brennen einer aus Glaspulver mit niedrigem Schmelzpunkt und mindestens einem Metallpulver der Metalle Silber, Kupfer, Chrom oder Nickel bestehenden Masse auf ein Keramikmaterial bei 700° C bis 1400° C gebildet wird.3· Verfahren nach Anepruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als leicht deformierbares Metall Silber, rostfreier Stahl, Chromnickel, Silber-Nickel-Legierung, Legierungen auf Basis von Ni + Cr oder Nl + Cr + Fe, insbesondere bestehend aus 80 % Ni + 20 Cr oder 60 % Ni + 24 % Fe* + 16 % Cr + 0,1 % C oder Legierungen auf Basis von Ni + Cr + Fe + ggf. Co mit geringen Prozenteätzen an Mo, Nb, Ta, Ti, Al, C, insbesondere bestehend aus 78,5 % Ni + 14 % Cr + 6,5 % Fe + 0,2 % Cu + 0,25 % Mn + 0,25 % Si oder 40 % Ni + 28,5 % Co + 14,8 % Cr + 2,8 % Mo + 2,9 % Al + 2,2 % Ti + 0,6 % Fe + Spurenmengen ▼on Si, Mn, Cu, C, verwendet wird.-S-009846/1567
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 | ||
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |