DE2150092C3 - Process for joining glass or ceramics to metals - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zwischen Glas oder Keramik und Metall bewirken,The invention relates to a method for bonding between glass or ceramic and metal,
von Glas oder Keramik mit aluminiumhaltigen Kupfer- besitzen rchlechte mechanische Eigenschaften. Ausof glass or ceramics with aluminum-containing copper have poor mechanical properties. Out
legierungen. diesem Grund ist man bei den nach den bekanntenalloys. for this reason one is with the after the well-known
Es gibt viele Anwendungszwecke, wo die Verbin- Verfahren hergestellten Glas- oder Keramik-Metalldung von Glas oder Keramik mit Metallen notwendig 25 Verbundkörpcrn bestrebt, die an den Grenzflächen ist. Eine verbreitete Anwendung ist, die hermetische auftretenden Spannungen möglichst niedrig zu halten. Abdichtung von Halbleiterbauteilen, die von einem Es ist allgemein bekannt, daß diejenigen Glas- und Metallgehäuse umgeben sind. Das Charakteristische Keramikmaterialien, die relativ gute Eigenschaften der bekannten Verfahren zum Verbinden von Glas hinsichtlich der Bindungsfestigkeit mit dem Metall oder Keramik mit Metallen besteht darin, daß die 30 aufweisen, thermische Ausdehnungskoeffizienten be-Oxidschicht auf dem Metall die Verbindung zwischen sitzen, die wesentlich kleiner als diejenigen der meisten dem Metall und dem Glas- oder Keramikmaterial Metalle und Metallegierungen sind. Man hat deshalb bewirkt. Aus diesem Grund werden die Eigenschaften Metallegierungen entwickelt, die innerhalb eines beder Glas- oder Keramik-Metall-Verbindung in hohem grenzten Temperaturbereiches in den Ausdehnungs-Maß von den Eigenschaften des Met.alloxids beein- 35 koeffizienten weitgehend mit vielen für Dichtungsflußt. zwecke verwendeten Glas- oder KeramikmaterialienThere are many uses where the Verbin processes made glass or ceramic-metal manure of glass or ceramics with metals necessary 25 composite bodies endeavoring at the interfaces is. A common application is to keep the hermetic stresses that occur as low as possible. It is well known that those glass and Metal housing are surrounded. The characteristic ceramic materials that have relatively good properties the known methods of bonding glass to the metal in terms of bond strength or ceramic with metals is that the 30 have thermal expansion coefficients be oxide layer on the metal the connection between sit, which is much smaller than those of most the metal and the glass or ceramic material are metals and metal alloys. That's why you have causes. For this reason, the properties of metal alloys are developed that are within a beder Glass or ceramic-metal connection in a high temperature range limited to the extent of expansion of the properties of the metal alloxids largely with many for sealing influences. glass or ceramic materials used for purposes
Die meisten Metalloxide und Metalloxidgemische, übereinstimmen. Eine Übersicht ist in Tabelle I zu-Most metal oxides and metal oxide mixtures match. An overview is given in Table I.
die bei den bekannten Verfahren die Verbindung sammengestellt.which compiled the connection in the known method.
Material Zusammensetzung ThermischerMaterial composition thermal
Ausdehnungskoeffizient (10-/0C)Expansion coefficient (10- / 0 C)
KOVAR. ASTM Nr. F-15-68 Fe + 29% Ni | 17% Co -|- 0,45% Mn 4,1 (200C)*)KOVAR. ASTM No. F-15-68 Fe + 29% Ni | 17% Co - | - 0.45% Mn 4.1 (20 0 C) *)
(RODAR) -I-0,10% Si -I-0,02% C 6,0 (1000C)(RODAR) -I-0.10% Si -I-0.02% C 6.0 (100 0 C)
11,8(5000C) 4,9(0 bis 4000C)11.8 (500 0 C) 4.9 (0 to 400 0 C)
Nickel 100% Ni 12,8 (200C)Nickel 100% Ni 12.8 (20 0 C)
NIRON 52, ASTM Nr. F-30-68 51 % Ni, 49% Fc 9,8 (25 bis 500°C)NIRON 52, ASTM No. F-30-68 51% Ni, 49% Fc 9.8 (25 to 500 ° C)
NlRON 42, ASTM Nr. F-30-68 41 % Ni, 59 % Fe 4,7 (30 bis 300°C)NlRON 42, ASTM No. F-30-68 41% Ni, 59% Fe 4.7 (30 to 300 ° C)
NIRON 46, ASTM Nr. F-30-68 46% Ni, 54% Fe 7,7 (30 bis 35O0C)NIRON 46, ASTM No. F-30-68 46% Ni, 54% Fe 7.7 (30 to 35O 0 C)
DUMET, ASTM Nr. F-29-68 43% Ni, 57% Fe 6,8 (30 bis 400°C)DUMET, ASTM No. F-29-68 43% Ni, 57% Fe 6.8 (30 to 400 ° C)
SYLVANIA Nr. 4 42" Ni, 6", Cr, 52% Fe 8,9 (30 bis 35OC)SYLVANIA No. 4 42 "Ni, 6", Cr, 52% Fe 8.9 (30 to 35OC)
ASTM Nr. F-31-68ASTM No. F-31-68
Soda-Kaik-Kicseisäurc-C'ilas 70",, SiO.,, 11 % CaO, 14% Na2O, 9,0 (0 bis 1001C)Soda-Kaik-Kicseicäurc-C'ilas 70 ",, SiO. ,, 11% CaO, 14% Na 2 O, 9.0 (0 to 100 1 C)
! AI2O3"!- MgO! Al 2 O 3 "! - MgO
Porzellan (elektrische 40",', I.cucit (K2O, AL1O3, 4 SiO,) 6,0 (0 bis 1000X)Porcelain (electric 40 ", ', I.cucit (K 2 O, AL 1 O 3 , 4 SiO,) 6.0 (0 to 1000X)
Granulierung) 30% Mullit (3 A12O:„~2 SiO2) 30~% SiO2 Granulation) 30% mullite (3 A1 2 O : "~ 2 SiO 2 ) 30 ~% SiO 2
Glas für Dichtungszwecke, 56",, SiO-, 1,5 % AI,O„ 4,0",, K„O, 29,0% PbO 9,2 (30 bis 300"C)Glass for sealing purposes, 56 ",, SiO-, 1.5% Al, O" 4.0 ",, K" O, 29.0% PbO 9.2 (30 to 300 "C)
Typ 101, STAM Nr. 1--79-67TType 101, STAM No. 1--79-67T
*) Güllig für die angegebene Temperatur bzw. den angegebenen Temperaturbereich.*) Liquid for the specified temperature or the specified temperature range.
Die vorgenannten Legierungen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten weisen jedoch einige Nachteile auf. Zum einen sind sie recht teuer. Darüber hinaus handelt es sich in fast allen Fällen um solche Legierungen, die zum großen Teil oder zum größten Teil aus Nickel bestehen und deshalb schlechte Eigenschaften hinsichtlich der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit aufweisen. Auch die Korrosionsbeständigkeit der meisten dieser Legierungen ist schlecht Es ist bekannt, ^aß zur Erzielung relativ guter Haftfestigkeiten, insbesondere bei den blanken Legierungen mit niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, im allgemeinen Vorbehandlungen rur Erzeugung einer verhältnismäßig dicken Oxidschicht notwendig sind. Darüber hinaus besitzen die gebildeten Oxide, wie Eisen-, Nickel- oder Kobaltoxide oder deren Gemische, nur mäßige mechanische und andere Eigenschaften.The aforementioned alloys with a low coefficient of expansion however, have some drawbacks. For one, they're quite expensive. Furthermore In almost all cases, it is about such alloys, which for the most part or for the most part consist of nickel and therefore have poor properties in terms of thermal and electrical conductivity exhibit. Also the corrosion resistance of most of these alloys is poor known, ^ ate to achieve relatively good adhesive strengths, especially with the bright alloys with low expansion coefficients, in general Pretreatments are necessary to create a relatively thick oxide layer. About it in addition, the oxides formed, such as iron, nickel or cobalt oxides or mixtures thereof, only have moderate mechanical and other properties.
Aufgabe der Erfindung war es daher, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und die Haftfestigkeit beim Verbinden von Glas oder Keramik mit Metallen so weit zu verbessern, daß man nicht an die genaue Anpassung der Ausdehnungskoeffizienten von Glas oder Keramik und Metall angewiesen ist. Diese Aufeabe wird durch die Erfindung gelöst.The object of the invention was therefore to overcome the aforementioned disadvantages and improve the adhesive strength when joining glass or ceramics with metals to improve so much that one does not get to the exact adjustment of the expansion coefficient of glass or ceramic and metal is dependent. This Aufeabe is achieved by the invention.
Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden von Glas oder Keramik mit Metallen durch Erhitzen des eine Oberflächenoxidschicht aufweisenden Metalls in Kontakt mit dem Glas- oder Keramikmaterial bis zum Fließen des Materials und anschließendes Abkühlen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als Metall eine aluminiumhaltige Kupferlegierung mit einer Aluminiumoxid enthaltenden Oberflächenschicht verwendet wird.The invention thus relates to a method for joining glass or ceramics to metals Heating the metal having a surface oxide layer in contact with the glass or ceramic material until the material flows and then cools, which is characterized by that the metal is an aluminum-containing copper alloy with a surface layer containing aluminum oxide is used.
Der Ausdruck »Verbinden« ist hier im weitesten Sinn zu verstehen. Dieser Begriff umfaßt sowohl das Verkleben von Metallteilen unter Verwendung relativ geringer Schichldicken des Glas- oder Keiamikmaterials als auch das Verkitten unter Verwendung relativ großer Schichtdicken sowie das Versiegeln oder Abdichten von Zwischenräumen jeglicher Art innerhalb des gleichen Metallteils oder zwischen zwei verschiedenen Metallteilen.The term "connect" is to be understood here in the broadest sense. This term includes both Bonding of metal parts using relatively thin layers of glass or ceramic material as well as cementing using relatively large layer thicknesses and sealing or Sealing of gaps of any kind within the same metal part or between two different ones Metal parts.
Obwohl die aluminiumhaltigen Kupferlegierungen eine höhere thermische Ausdehnung als die Glasoder Keramikmaterialien aufweisen, ist die Haftung an den Grenzflächen der erfindungsgemilß hergestellten Verbundkörper ausgezeichnet. Es kann auf die Verwendung der teuren. Nickel enthaltenden Legierungen mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten verzichtet werden, wobei gleichzeitig die im allgemeinen hiermit verbundene spezielle Oxydationsvorbehandlung vermieden wird. Darüber hinaus weisen die erfindungsgemäß verwendeten Kupferlegierungen eine verbesserte elektrische und thermische Leitfähigkeit auf.Although the aluminum-containing copper alloys have a higher thermal expansion than the glass or Having ceramic materials, the interface adhesion is that made in accordance with the present invention Composite body excellent. It can be on the use of the expensive ones. Alloys containing nickel with a low coefficient of expansion can be dispensed with, at the same time generally herewith associated special oxidation pretreatment is avoided. In addition, according to the invention The copper alloys used have improved electrical and thermal conductivity.
Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens der Erfindung besteht darin, daß man eine aluminiumhaltige Kupferlegierung verwendet, deren Oberflüchenoxidschicht als eine Komponente Aluminiumoxid in Form eines kompakten, zusammenhängenden Films enthält. Die Aluminiumoxidschicht befindet sich unmittelbar auf der Metalloberfläche, haftet sehr stark auf dem Metall und bildet mindestens 10';;, und bis zu 100°;, der gesamten Oxid-Schichtdicke.An essential feature of the method of the invention is that you have an aluminum-containing Copper alloy used, its surface oxide layer contains aluminum oxide as one component in the form of a compact, continuous film. The aluminum oxide layer is located directly on the metal surface and adheres very strongly to the Metal and forms at least 10 ';;, and up to 100 ° ;, the total oxide layer thickness.
Für das Verfahren der Erfindung geeignete aluminiumhaltige Kupferlegierung^ enthalten z.H. 2 bis 12°/ Aluminium. Vorzugsweise enthalten die Legierungen 2 bis 10% Aluminium, 0,001 bis 3% Silicium und ein kornverfeinerndes Element, / H. bis zu 4,5",, Eisen, bis zu 1 % Chrom, bis zu 0,5 % Zirkon, bis zu 1 % Kobalt oder Gemische dieser kornverfeinernden Elemente. Insbesondere die CDA-Legierung 638, die 2,5 bis 3,1% Aluminium, 1,5 bis 2,1% Silicium und 0,25 bis 0,55% Kobalt enthält, ist für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet. Die Legierungen können auch Verunreinigungen in Mengen enthalten, die die günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Glas- oder Keramik-Metall-Verbundkörper nicht nachteilig beeinflussen. Im einzelnen können an Verunreinigungen z. B. unter 1 % Zink, unter 1 % Nickel, unter 1 % Mangan, unter 1% Zinn, unter 0,5% Blei, unter 0,1 % Phosphor und unter 0,1 % Arsen enthalten sein. Die für das Verfahren der Erfindung geeigneten Kupferlegierungen und insbesondere die Legierung 638 besitzen nach der Erzeugung des Aluminiumoxidfilms eine ausgezeichnete Oxydationsbeständigkeit bei erhöhter Temperatur. Im Falle der Luftoxydati on der Legierungen ist der Aluminiumoxidfilm von einer dünnen Schicht aus Kupferoxiden überzogen. Durch die gezielte Oxydation in einer feuchtreduzierenden Atmosphäre wird die Bildung von Kupferoxiden vermieden, und man erhält eine Oxidschicht, die nahezu vollständig aus Aluminiumoxid besteht. Da sich Aluminiumoxid fest mit den meisten Glas- und Keramikmaterialien verbindet und das auf der Kupferlegierung gebildete Aluminiumoxid fest auf der Legierung haftet, erhält man nach dem Verfahren der Erfindung Glas- oder Keramik-Metall-Verbundkörper mit ausgezeichneten Eigenschaften.Aluminum-containing copper alloys suitable for the process of the invention contain z.H. 2 to 12 ° / aluminum. The alloys preferably contain 2 to 10% aluminum, 0.001 to 3% silicon and a grain refining element, / H. up to 4.5 ",, Iron, up to 1% chromium, up to 0.5% zircon, up to 1% cobalt or mixtures of these grain refining elements. In particular, the CDA alloy 638, the 2.5 to 3.1% aluminum, 1.5 to 2.1% silicon and 0.25 to 0.55% cobalt is essential for the implementation of the method according to the invention are particularly suitable. The alloys can also contain impurities contain in amounts that the favorable properties of the glass produced according to the invention or ceramic-metal composite bodies do not adversely affect. In detail, impurities z. B. less than 1% zinc, less than 1% nickel, less than 1% manganese, less than 1% tin, less than 0.5% lead, under 0.1% phosphorus and less than 0.1% arsenic. Those suitable for the method of the invention Copper alloys, and particularly alloy 638, have after the formation of the aluminum oxide film excellent resistance to oxidation at elevated temperatures. In the case of Luftoxydati on the Alloys, the aluminum oxide film is covered by a thin layer of copper oxides. Through the targeted oxidation in a moisture-reducing atmosphere prevents the formation of copper oxides, and an oxide layer is obtained which consists almost entirely of aluminum oxide. Because alumina firmly bonds to most glass and ceramic materials and that on the copper alloy formed aluminum oxide adheres firmly to the alloy, the process of the invention gives glass or ceramic-metal composite bodies with excellent properties.
Die Erfindung betrifft außerdem die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Glas- oder Keramik-Verbundkörpern, die in der Glas- oder Keramikkomponente eine Druckspannung aufweisen und bei denen der Unterschied zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Glasoder Keramikkomponente und der Kupferlegierung weniger als 11,0 · 10-e/°C beträgt. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern aus einem becherförmigen Kopfstück aus Metall und einem Basisteil mit einer Vielzahl von öffnungen, einem Wandteil, der mit dem Basisteil zu einer Einheit verbunden ist und einem Flanschteil, der mit dem Wandteil zu einer Einheit verbunden ist, verwendet. Durch die Öffnungen führt eine Vielzahl von Metalldrähten in das Basisteil des Kopfstücks. Das becherförmige Kopfstück ist zumindest teilweise mit der Glas- oder Keramikkomponente ausgefüllt, die an allen Berührungspunkten mit den Drähten und dem Kopfstück hermetisch abdichtet. Das Kopfstück besteht aus der Aluminiumlegierung mit 2 bis 10% Aluminium, Rest im wesentlichen Kupfer. Verzugsweise wird für das Kopfstück die Kupferlegierung aus 2 bis 10% Aluminium, 0,001 bis 3% Silicium und einem kornverfeinernden Element der vorgenannten Art und Menge verwendet. Insbesondere besteht die Aluminiumlegierung aus 2,5 bis 3,1% Aluminium, 1,5 bis 2,1% SiIi-6(1 cium und 0,25 bis 0,55 % Kobalt, Rest im wesentlichen Kupfer.The invention also relates to the use of the method according to the invention for the production of glass or ceramic composite bodies which have a compressive stress in the glass or ceramic component and in which the difference between the thermal expansion coefficients of the glass or ceramic component and the copper alloy is less than 11.0 10- e / ° C. The method according to the invention for producing composite bodies from a cup-shaped head piece made of metal and a base part with a plurality of openings, a wall part which is connected to the base part to form a unit and a flange part which is connected to the wall part to form a unit, is preferably used, used. A large number of metal wires lead through the openings into the base part of the head piece. The cup-shaped head piece is at least partially filled with the glass or ceramic component, which hermetically seals at all points of contact with the wires and the head piece. The head piece consists of the aluminum alloy with 2 to 10% aluminum, the rest essentially copper. The copper alloy of 2 to 10% aluminum, 0.001 to 3% silicon and a grain-refining element of the aforementioned type and amount is preferably used for the head piece. In particular, the aluminum alloy consists of 2.5 to 3.1% aluminum, 1.5 to 2.1% SiIi- 6 (1 cium and 0.25 to 0.55% cobalt, the remainder essentially copper.
Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern verwendet, bei denen die Metalldrähte aus der gleichen Kupferle-6S gierung wie das Kopfstück bestehen.In particular, the inventive method is used for manufacturing composite articles in which the metal wires of the same copper alloy 6 S as the head piece are made.
Fine typische, erfindungsgemäß hergestellte Glasoder Keramik-Metall-Verbindung ist in F i g. 1 im Querschnitt dargestellt. F i g. 1 zeigt ein Blech aus derFine typical glass produced according to the invention or Ceramic-metal connection is shown in FIG. 1 shown in cross section. F i g. 1 shows a sheet from
aluminiumhaltigen Kupferlegierung, das zu dem becherförmigen Kopfstück 1 gezogen worden ist. Das Kopfstück 1 besteht aus einem Basisteil 2, das mit dem einen Ende des Wandteiles 3 zu einer Einheit verbunden ist, und einem Flanschten 4, das mit dem anderen Ende des Wandteils 3 zu einer Einheit verbunden ist. Das Kopfstück 1 kann jede beliebige Form aufweisen, wobei das Wandteil 3 entweder eine runde, rechteckige oder, nach Maßgabe des speziellen Anwendungszweckes, eine andere Form aufweisen kann. Die Drähte 5, die aus den eriindungsgemäß verwendeten aluminiumhaltigen Kupferlcgicrungen hergestellt sein können, führen durch die Öffnungen 6 im Basisteil 2 des Kopfstücks 1. Nachdem diese Drähte 5 durch die öffnungen 6 hindurch geführt worden sind, wird ein Glas- oder Keramikpulver in das Kopfstück 1 eingebracht, geschmolzen und dann erstarren gelassen. Auf Grund der Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten aluminiumhaltigen Kupferlcgierungen entsteht eine feste Verbindung zwischen dem Glasoder Keramikmaterial 7, dem Kopfstück 1 und den Drähten 5. Die entstandene Glas- oder Keramik-Metall-Dichtung isoliert die Drähte 5 wirkungsvoll von dem Kopfstück 1 und dichtet darüber hinaus hermetisch, so daß keine Feuchtigkeit in das fertige Bauteil eindringen kann. Das fertige Bauteil ist in F i g. 2 im Querschnitt dargestellt. F i g. 2 zeigt das Kopfstück 1 der F i g. 1 in umgekehrter Darstellung. Ein HaIbleitcrbauteil 8, z.B. mit einem Emitterteil 9, einem Basisteil 10 und einem Anodenteil 11, ist in herkömmlicher Weise mit dem Basisteil 2 des Kopfstücks 1 verbunden. Drei der Drähte 5 sind mit den Teilen 9, 10 und 11 verbunden.aluminum-containing copper alloy that has been drawn to the cup-shaped head piece 1. The head piece 1 consists of a base part 2 which, with one end of the wall part 3, forms a unit is connected, and a flange 4, which is connected to the other end of the wall part 3 to form a unit is. The head piece 1 can have any shape, the wall part 3 either a round, rectangular or, depending on the specific application, can have a different shape. The wires 5, which are used according to the invention aluminum-containing copper brackets can be made, lead through the openings 6 in the Base part 2 of the head piece 1. After these wires 5 have been passed through the openings 6, a glass or ceramic powder is introduced into the head piece 1, melted and then allowed to solidify. Due to the properties of the aluminum-containing copper alloys used according to the invention creates a firm connection between the glass or ceramic material 7, the head piece 1 and the Wires 5. The resulting glass or ceramic-metal seal isolates the wires 5 effectively the head piece 1 and also seals hermetically, so that no moisture in the finished component can penetrate. The finished component is shown in FIG. 2 shown in cross section. F i g. 2 shows the head piece 1 the F i g. 1 in reverse illustration. A semiconductor component 8, e.g. with an emitter part 9, a base part 10 and an anode part 11, is conventional Connected to the base part 2 of the head piece 1. Three of the wires 5 are connected to the parts 9,10 and 11 connected.
Um den Wandteil 3 des Kopfstücks 1 wird eine bündig sitzende Metallhaubc 12 gestülpt, die an den Stellen 13 mit dem Flanschteil 4 durch Widerstandsschweißung verbunden wird. Die Metallhaube 12 kann aus einem geeigneten Metall oder einer geeigneten Metallegierung bestehen. Vorzugsweise wird für die Metallhaube die gleiche Kupferlegierung wie für die I lerstellung der Glas-Metall-Verbindung verwendet.To the wall part 3 of the head piece 1 a flush fitting Metallhaubc 12 is placed, which is attached to the Places 13 is connected to the flange part 4 by resistance welding. The metal hood 12 can consist of a suitable metal or a suitable metal alloy. Preferably for the metal hood uses the same copper alloy as used to create the glass-metal connection.
Der restliche Draht 5 kann über die Metallhaube 12 geerdet sein.The remainder of the wire 5 can be grounded via the metal hood 12.
Das Verfahren der Erfindung eignet sich nicht nur zur 1 lerstellung spezieller Bauteile oder Vorrichtungen, wie sie in den I- i g. 1 und 2 dargestellt sind, sondernThe method of the invention is not only suitable for the production of special components or devices, as they are in the I- i g. 1 and 2 are shown, but rather
ίο grundsätzlich zur Herstellung sämtlicher Bauteile, bei denen eine, gegebenenfalls hermetische, Verbindung von Glas oder Keramik mit Metall erforderlich ist. Wie schon erläutert, wird die Glas- oder Keramik-Metall-Verbindung vorzugsweise so hergestellt, daß die resultierenden Restspannungen im Glas eine Druckspannung und keine Zugspannung ergeben. Die Anordnungen der F i g. 1 und 2 sind typische Beispiele für Glas-Meiall-Verbindungen mk Druckspannung. Da auf Grund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten das metallene Kopfstück beim Abkühlen stärker schrumpft als das Glas, erhält man als restliche Spannung des Glases eine Druckspannung.ίο basically for the production of all components where a hermetic connection between glass or ceramic and metal is required. As already explained, the glass or ceramic-metal connection is used preferably made so that the resulting residual stresses in the glass are a compressive stress and result in no tensile stress. The arrangements of FIG. 1 and 2 are typical examples for glass-Meiall connections mk compressive stress. Because of the different thermal expansion coefficients the metal head piece shrinks more than the glass when it cools down as the remaining tension of the glass, a compressive tension.
Im allgemeinen weisen Glas und Keramik hoheIn general, glass and ceramics have high
Druckfestigkeiten auf und können deshalb hohen restliehen Druckspannungen widerstehen. Hingegen ist das Metall dehnbar und sofern die im Metall während des Zusammenpressen des Glases auftretenden Zugspannungen die Fließspannung oder die Zugfestigkeil des Metalls übersteigen, wird hierdurch eine Verminderung der Restspannung bewirkt.Compressive strengths and can therefore withstand high residual compressive stresses. On the other hand is the metal is ductile and provided that the tensile stresses that occur in the metal during the compression of the glass exceed the yield stress or the tensile strength wedge of the metal, this will result in a reduction the residual stress causes.
Das Beispiel erläutert die Erfindung.
Für die Glas-Metall-Verbindungen bzw. -Dichtun gen werden die in Tabellen aufgeführten, für Glas
Metall - Verbindungen handelsüblichen Gläser mi Ausdehnungskoeffizienten von 4,1 · 10~e/°C bi:
11,7 · 10-6/aC verwendet. Tabelle 11 enthält außerden
wichtige Angaben des Herstellers.The example illustrates the invention.
Be gen for the glass-metal compounds or -Dichtun listed in tables for glass metal - compounds commercially available glasses mi expansion coefficient of 4.1 x 10 ~ e / ° C bi: 11.7 · 10- 6 / a C used. Table 11 also contains important information from the manufacturer.
koeffizient
(10-'/°C)A \ isdigatory
coefficient
(10 - '/ ° C)
Temperatur
CC)Composite
temperature
CC)
MaterialCompatible
material
gegebenenfalls Entspan
nungsbehandlungnot required, however
possibly relaxation
treatment
(Borsilikatglas)Owens-Illinois 00130
(Borosilicate glass)
gegebenenfalls Entspan
nungsbehandlungnot required, however
possibly relaxation
treatment
(Bleiglas)Owens-Illinois 00583
(Lead glass)
(Borsilikatglas)General Electric REX
(Borosilicate glass)
Es wird die Legierung 638 unter den verschiedensten, Metalloberfläche wird sowohl in feuchtreduzierendiIt is the alloy 638 among the most diverse, metal surface is both in moisture-reducing
in den Tabellen III bis V zusammengestellten Bedin- 65 Atmosphäre (reine Aluminiumoxidschicht) oderin Tables III to V compiled conditions 65 atmosphere (pure aluminum oxide layer) or
gungen verwendet. Diese Bedingungen besagen, daß Luft (Aluminiurnoxidschicht mit darüberliegend«used. These conditions mean that air (aluminum oxide layer with
das Blech bzw. die Folie z. B. »wie geliefert«, geschliffen Kupferoxiden) hergestellt,the sheet or the foil z. B. "as delivered", ground copper oxides) manufactured,
oder peroxydiert verwendet wird. Der Oxidfilm auf der Es werden zwei Arten von Verbindungen, nämliior peroxidized is used. The oxide film on the There are two types of connections, namely
7 87 8
die überlappte und die stumpfe Glas- oder Keramik- gemäß den Empfehlungen des Herstellers wie folgtthe overlapped and the blunt glass or ceramic according to the manufacturer's recommendations as follows
Metall-Verbindung verwendet. F i g. 3 zeigt eine durchgeführt:Metal connection used. F i g. 3 shows one performed:
Seitenansicht einer typischen überlappten Verbindung.Side view of a typical lap joint.
Diese überlappte Verbindung 20 besteht aus zwei Owens-Illinois-Glas 00583This overlapped joint 20 consists of two Owens-Illinois-Glass 00583
Metallstreifenil, die zwischen den überlappenden 5Metal strips between the overlapping 5
Oberflächen mit dem Glas- oder Keramikmalerial 22 Der fertige Verbundkörper wird 30 Minuten aufSurfaces with the glass or ceramic material 22 The finished composite body is on for 30 minutes
verbunden sind. Hei dieser Anordnung treten Glas- 365"C erhitzt. Hierdurch erhält man gute Wieder-are connected. With this arrangement, glass is heated to 365 "C.
Mctall-Grenzflächen 23 und 24 auf. F i g. 4 zeigt einen erwärmungseigenschaften bis 4500C.Metal interfaces 23 and 24. F i g. 4 shows heating properties up to 450 0 C.
Querschnitt durch eine stumpfe Verbindung 30. DieseCross section through a butt joint 30. This
besteht aus zwei Metalldrähten 31, die in ihren Längs- ioconsists of two metal wires 31, which in their longitudinal io
achsen ausgerichtet sind und miteinander durch die Owens-Illinois-Glas 00130axes are aligned and interconnected by the Owens-Illinois-Glass 00130
Glas- oder Keramikmasse 32 verbunden sind, wobeiGlass or ceramic mass 32 are connected, wherein
Glas-Metall-Grenzdächen 33 und 34 auftreten. Der fertige Verbundkörper wird 45 Minuten aufGlass-metal boundary surfaces 33 and 34 occur. The finished composite is 45 minutes on
Die Anordnung der überlappten Verbindung dient 615"C erhitzt. Hierdurch erhält man gute Wiederer-The arrangement of the overlapped connection serves 615 "C heated. This gives good recovery.
zur Feststellung des relativen Benetzungsvermögcns 15 wärmungseigenschaften bis 5500C.
der verschiedenen Gläser bei dem Metall, die durchto determine the relative wetting capacity 15 warming properties up to 550 0 C.
of the different glasses at the metal that goes through
visuelle Bestimmung des Kontaktwinkels zwischen General Elektric REX-Glas
dem Glas und dem Metall erfolgt. Die Bewertung desvisual determination of the contact angle between General Elektric REX glass
the glass and the metal. The evaluation of the
Benetzungsvermögens geht von schlecht (großer Zur Rekristallisation wird das Glas auf 590° C erhitzt Kontaktwinkel mit schlechten Fließeigenschaften) bis 20 und 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Anausgezeichnet (niedriger Kontaktwinkel mit guten schließend wird die Temperatur in 2 Stunden auf Fließeigenschaften). Im allgemeinen ist davon auszu- 83O°C gesteigert und 4 Stunden auf diesem Wert gegehen, daß die Festigkeit der Verbindung mit steigen- halten. Anschließend wird die Temperatur mit einer dem Benetzungsvcrmögen zunimmt. Geschwindigkeit von 80°C/Stunde auf Raumtempe-Wetting ability is poor (large For recrystallization, the glass is heated to 590 ° C Contact angles with poor flow properties) kept at this temperature for up to 20 and 2 hours. Excellent (low contact angle with good closing temperature will increase in 2 hours Flow properties). In general, it can be assumed that the temperature will increase to 830 ° C and will go to this value for 4 hours. that the strength of the connection increases with it. Then the temperature is set with a the wetting power increases. Speed of 80 ° C / hour to room temperature
Die stumpfe Drahtverbindung wird als repräsentativ 25 ratur gesenkt. Man erhält auf diese Weise ein milchigfür
eine einkapselnde Verbindung angesehen, bei der weißes Glas, das vollständig rekristallisiert ist und die
die Metalleitungen wie bei Anwendung einer Verguß- gewünschten elektrischen Eigenschaften aufweist,
masse in dem Glas eingeschlossen sind. Diese Verbin- Zur Herstellung der stumpfen Glas-Metall-Verbindungsanordnung
gibt nur sehr wenig Aufschluß über düngen werden gemäß F i g. 4 zwei gerade Stücke
das Bcnetzungsvermögen. Sie ermöglicht jedoch die 30 Draht ausgerichtet und an den Enden mit einer Glas-Unterschiede
in den thermischen Ausdehnungskocffi- perle umgeben. Insbesondere wird darauf geachtet,
zientcn festzustellen, die sich in deutlichen Unter- daß die Drahtstücke sorgfältig ausgerichtet sind. Die
schieden in den Bruchspannungswerten zeigen. Bestimmung der Bruchfestigkeit dieser Verbindungs-The butt wire connection is lowered as a representative 25 temperature. In this way, a milky, for an encapsulating compound, is obtained, in which the white glass, which is completely recrystallized and which has the metal lines as when using a potting, desired electrical properties,
mass are included in the glass. This connec- For producing the blunt glass-metal connection arrangement gives very little information about fertilizing according to FIG. 4 two straight pieces the wetting ability. However, it allows the 30 wire to be aligned and surrounded at the ends with a glass difference in the thermal expansion cone. In particular, care is taken to establish cientcn that are clearly below that the pieces of wire are carefully aligned. The differences in the breaking stress values show. Determination of the breaking strength of this connection
Zur Herstellung der überlappten Verbindungen anordnung erfolgt in ähnlicher Weise wie bei denTo make the overlapped connections arrangement is carried out in a similar manner to the
wird streifenförmiges Material von etwa 0,762 mm 35 überlappten Verbindungen. Die Bruchspannung undbecomes strip-shaped material of approximately 0.762 mm 35 overlapped joints. The breaking stress and
Dicke sowohl mit 6,35 als auch mit 12,7 mm Breite das Benetzungsvermögen sind ebenfalls in den Ta-Thickness with both 6.35 and 12.7 mm width the wetting properties are also in the
verwendel. Die zwei unterschiedlichen Streifenbreiten bellen III bis V aufgeführt.use. The two different stripe widths are listed III to V.
dienen zur Untersuchung der Frage, ob die Unter- Die Bruchspannungswerte (Durchschnitt aus 3 Prüfschiede im Ausdehnungskoeffizient bei den schmaleren körpern) in kg/cm2 sind hinsichtlich der Fläche korri-Streifen weniger ausgeprägt sind. Nach geeigneten 40 giert. Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Messung von Metallvorbehandlungen wird das entsprechende Glas Bruchspannungen bei Glas-Metall-Verbindungen im in Kontakt mit dem Metall in Luft erhitzt. Das Glas allgemeinen nicht besonders reproduzierbar ist, inswird in Form eines feinverteilten Pulvers bei einer besondere weil bei dem größeren Teil der guten VerÜberlappung von etwa 12,7 mm auf die Metallstreifen bindungen der Bruch im Glas erfolgt und weil in vielen aufgebracht. Nach dem Fließen des Glases und dem 45 Fällen der Bruch bei niedriger Spannung erfolgt. Dies Benetzen der Metalloberfläche werden die Streifen- ist leicht verständlich, wenn man bedenkt, daß im enden ausgerichtet und zusammengepreßt. Dann läßt Falle des Entstehens erheblicher Kontraktionsspanman abkühlen. nungen im Glas beim Abkühlen nur sehr geringe zu- serve to investigate the question of whether the under- The breaking stress values (average of 3 test differences in the expansion coefficient for the narrower bodies) in kg / cm 2 are less pronounced with regard to the area corri stripes. After suitable 40 yaws. Experience has shown that the measurement of metal pretreatments results in the corresponding glass breaking stresses in glass-metal connections in contact with the metal in air heated. The glass is generally not particularly reproducible, in particular in the form of a finely divided powder with a special because the greater part of the good overlap of about 12.7 mm on the metal strip bonds causes the break in the glass and because there are many. After the glass has flowed and fell 45 times, the low stress break occurs. This wetting of the metal surface will become the strip- is easy to understand when you consider that the ends are aligned and pressed together. Then let the case of the occurrence of considerable contraction tension cool down. in the glass when it cools down only very little
Es werden verschiedene Kühlverfahren verwendet, sätzliche äußere Belastungen erforderlich sind, um die insbesondere in denjenigen Fällen, wo der Unter- 5° Zugfestigkeit des Glases zu überschreiten. Die im schied in den Ausdehnungskoeffizienten zwischen Innern des Glases vorhandenen Spannungen sind stets Glas und Metall groß ist. In vielen Fällen wird eine anisotroper Natur, insbesondere bei amorphen Glälangsame Abkühlung an der Luft so durchgeführt, sern. Die Spannungsanisotropie beeinflußt in erhebdaß man das Metall über einen Zeitraum von etwa lichem Maße die resultierende Zugfestigkeit des Glases. 15 Minuten langsam aus der Heizzone entfernt. Es 55 Bei Glas-Metall-Verbindungen, bei denen der Bruch werden auch Heizplatten für das Abkühlen verwendet, im Glas auftritt, muß man deshalb mit unterschieduin den Verbundkörper vor dem Abkühlen auf Raum- liehen Bruchspannungswerten rechnen. Es ist bei Glastemperatur bei mittleren Temperaturen einer Ent- Metall-Verbindungen nicht möglich, die Verbindung Spannungsbehandlung zu unterwerfen. Die Temperatur völlig spannungsfrei zu erreichen, selbst wenn die der Heizplatte beträgt etwa 1500C, und nach dem 60 Ausdehnungskoeffizienten des Metalls und des Glases Verbinden von Glas mit Metall wird der Verbund- nahe beieinander liegen. Aus diesem Grund stellt keinei körper 15 Minuten auf dieser Temperatur ge- der in den Tabellen III bis V genannten Bruchspanhalten, nungswerte absolute Bindungsfestigkeiten dar, und die Various cooling methods are used, additional external loads are required, in particular in those cases where the tensile strength of the glass is below 5 °. The tensions existing in the expansion coefficient between the inside of the glass are always glass and metal is large. In many cases, anisotropic nature, especially in the case of amorphous slow-moving seeds, is carried out in such a way as to cool in air. The stress anisotropy has a considerable effect on the metal over a period of time of some degree, the resulting tensile strength of the glass. 15 minutes slowly removed from the heating zone. In the case of glass-metal connections in which the breakage occurs in the glass, heating plates are also used for cooling, one must therefore reckon with differences in the composite body before cooling to room-borne breaking stress values. It is not possible to subject the connection to stress treatment at the glass transition temperature at medium temperatures. To reach the temperature completely stress-free, even if that of the heating plate is about 150 0 C, and after the 60 expansion coefficient of the metal and the glass connecting glass with metal, the bond will be close to each other. For this reason, none of the bodies represents the absolute bond strengths and the absolute bond strengths given in Tables III to V for 15 minutes at this temperature
Alle verwendeten Gläser können darüber hinaus im Werte können auch nicht zu absoluten Bindungsfestig-Anschluß an die Herstellung der Glas-Metall-Verbin- 65 keiten in Relation gesetzt werden. Die Werte sindIn addition, all glasses used cannot be related to absolute bond strength in the production of the glass-metal connections. The values are
dung einer Wärmebehandlung unterzogen werden, jedoch repräsentativ für die unter den genannte!may be subjected to a heat treatment, but representative of the!
um eine teilweise Entspannung oder Rekristallisation speziellen Bedingungen ermittelten tatsächlichen Festig-a partial relaxation or recrystallization determined by special conditions.
des Glases zu erreichen. Diese Behandlungen werden keiten der Verbundkörper.of the glass. These treatments are the capabilities of the composite.
Owens-lllinois-Glas 00583 mit hohem Ausdehnungskoeffizient (11,7 · 10 "/"C)Owens-lllinois-glass 00583 with high expansion coefficient (11.7 x 10 "/" C)
1010
VerbindungType of
connection
spannungfracture
voltage
NachbehandlungThermal
Aftercare
·) Ausdehnungskoeffizient 17,0· 10 "/"C; Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Legierung 038 und Glas·) Expansion coefficient 17.0 · 10 "/" C; Difference in the thermal expansion coefficients of alloy 038 and glass
5,3· IG «/°C.
*♦) Wie geliefert.5.3 · IG «/ ° C.
* ♦) As delivered.
General Electric REX-Glas (Ausdehnungskoeffizient 9,0 · 10 ''/ C)General Electric REX glass (expansion coefficient 9.0 10 '' / C)
Metallmetal
Art der KühlungType of cooling
Verbindungconnection
Bruch- BruchstelleBreakage point
spannungvoltage
(kg/cm!) Benetzung(kg / cm ! ) wetting
Thermische NachbchandluniThermal neighbors
Legierung 638*)
Blech**)
Blech**)Alloy 638 *)
Sheet**)
Sheet**)
Geschliffenes Blech
Geschliffenes BlechGround sheet metal
Ground sheet metal
In der Flamme
voroxydiertes BlechIn the flame
pre-oxidized sheet metal
40-A-Folie40-A slide
40-Ä-Folie40 Å film
200-A-Folie200 A slide
200-A-Folie200 A slide
Draht**)Wire**)
Draht**) Draht**) Draht**)Wire**) Wire**) Wire**)
überlappt Luft 0overlaps air 0
überlappt Luft 0overlaps air 0
überlappt Luft (langsam) 0overlaps air (slowly) 0
überlappt Heizplatte 0overlaps heating plate 0
überlappt Luft (langsam) 0overlaps air (slowly) 0
überlappt Luft (langsam) 0overlaps air (slowly) 0
überlappt Luft (langsam) 0overlaps air (slowly) 0
überlappt Luft 0overlaps air 0
überlappt Luft (langsam) 0overlaps air (slowly) 0
stumpf Luft (langsam) 21,1dull air (slow) 21.1
stumpf Luft (langsam) 12,0dull air (slow) 12.0
stumpf Luft (langsam) 8,6dull air (slow) 8.6
stumpf Ofen 18,6butt furnace 18.6
In der Flamme stumpf voroxydierter DrahtDull in the flame pre-oxidized wire
Luftair
22,5 12,0 19,022.5 12.0 19.0
Glas Glas Glas Glas GlasGlass glass glass glass glass
Glas Glas Glas Glas Grenzfläche und Glas Glass glass glass glass interface and glass
Glas Glas GlasGlass Glass Glass
Grenzfläche GlasInterface Glass
Grenzfläche und GlasInterface and glass
sehr gut
sehr gut
gut
gut
gutvery good
very good
Well
Well
Well
sehr gut
sehr gut
sehr gut
sehr gut
gut very good
very good
very good very good good
gut gut gutWell Well Well
sehr gut gut sehr gutvery good Well very good
keine keine keine keine keineno no no no no
keine keine keine keine keine no no no no no
keine keinenone none
UmkristallisationRecrystallization
keine keine keinenone none none
·) Ausdehnungskoeffizient 17,0- 10"V0C; Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Legierung 638 und·) Expansion coefficient 17.0-10 "V 0 C; difference between the thermal expansion coefficients of alloy 638 and
8,0 · 10-"/°C. **) Wie geliefert.8.0 x 10 "/ ° C. **) As delivered.
11 1211 12
Owcns-Illinois-GIas 00130 mit niedrigem Ausdehnungskoeffizient (4,1 · 10"°/° QOwcns-Illinois-GIas 00130 with low coefficient of expansion (4.1 x 10 "° / ° Q
Metallmetal
Art der
VerbindungType of
connection
Kühlung Bruchspannung Cooling stress at break
(kg/cm2)(kg / cm 2 )
BruchstelleBreaking point
BenetzungWetting
Thermische NachbehandlungThermal post-treatment
Legierung 638*)Alloy 638 *)
Blech, wie geliefert überlapptSheet metal overlapped as supplied
und alle Behandlungen
Draht wie geliefert stumpfand all treatments
Wire blunt as supplied
und alle Behandlungenand all treatments
·) Ausdehnungskoeffizient 17,0 ■ 10"'/ C; Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Legierung 638 und Glas:·) Expansion coefficient 17.0 ■ 10 "'/ C; difference between the thermal expansion coefficients of alloy 638 and glass:
12,9 · 10"V0C.12.9 x 10 "V 0 C.
Bei der Messung der Bruchspannung werden keine wesentlichen Unterschiede zwischen den 12,7-mm- und 6,35-mm-Prüfkörpern festgestellt. Dies bedeutet, daß die Geometrie der Probe bei dieser Art der Verbindung unwichtig ist.When measuring the stress at break, no significant differences are found between the 12.7 mm and 6.35 mm specimens. This means that the geometry of the sample with this type of connection is unimportant.
Ls hat sich gezeigt, daß die überlappte Verbindung außerordentlich empfindlich gegenüber thermischen Spannungen während der Abkühlung ist, sofern große Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorliegen. Verbundkörper, bei denen der Bruch im Glas auftritt, deuten darauf hin, daß die Zugfestigkeit des Glases geringer als die Festigkeit der Glas-Mctall-Bindung ist.It has been shown that the overlapped connection is extremely sensitive to thermal Stress during cooling is provided large differences in the coefficient of thermal expansion are present. Composite bodies where the break occurs in the glass indicate that the tensile strength of the glass is lower than the strength of the glass-metal bond is.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, daß der Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des ükiscs und des Metalls von großer Bedeutung ist und daß darüber hinaus das Bcnetzungsvennögen eine notwendige Voraussetzung für die Lrzielung einer guten Verbindung darstellt.The results suggest that the difference in the coefficient of thermal expansion of the ükiscs and the metal is of great importance and that, in addition, the networking ability is a is a necessary prerequisite for achieving a good connection.
In den meisten durchgeführten Versuchen benetzt das Glas das Metall außerordentlich gut. Eventuell während der Herstellung der Verbundkörper gebildete Kupferoxide lösen sich im Glas und scheinen keinen Einfluß auf die Bindungsfestigkeit auszuüben. Die Oberllächcnbehandlung und die Gegenwart eines vorher erzeugten Aluminiumoxidtilms beeinflussen die Bindung nicht wesentlich. Bei den Gläsern mit niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten lassen sich jedoch keine Bruchspannungswerte für überlappte Verbindungen erhalten, da die Gegenwart hoher restlicher Zugspannungen im Glas den Bruch des Glases während des Abkühlcns verursacht.In most of the tests carried out, the glass wets the metal extremely well. Perhaps Copper oxides formed during the manufacture of the composite bodies dissolve in the glass and do not appear Exert influence on the bond strength. The surface treatment and the presence of one previously produced alumina films do not significantly affect the bond. For glasses with lower However, expansion coefficients cannot be used for breaking stress values for overlapped connections sustained because of the presence of high residual tensile stresses in the glass during breakage of the glass caused by cooling.
Aus den Tabellen III bis V geht hervor, daß die überlappten Verbindungen in hohem Maße von Abweichungen des thermischen Ausdehnungskoeffizienten abhängen. Die Bruchspannungswerte zeigen an, daß sich unter Verwendung der Legierung 638 gute überlappte Verbindungen herstellen lassen, sofern die während der Herstellung der Verbindung entstehenden Spannungen nicht ausreichend sind, um einen Bruch des Glases zu bewirken. It can be seen from Tables III to V that the overlapped joints are highly dependent on deviations in the coefficient of thermal expansion. The tensile strength values at break indicate that good lapped joints can be made using alloy 638 if the stresses generated during the making of the joint are insufficient to cause the glass to break.
Die Empfindlichkeit der GIas-Legierung-638-Verbindungen gegenüber Abweichungen in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten ist leicht verständlich, da in allen untersuchten Systemen das Metall einen wesentlich höheren Ausdehnungskoeffizienten als das Glas aufweist und während des Abkühlens restliche Zugspannungen auftreten. Da jedoch die Oxidschicht außerordentlich dünn ist und sehr fest auf dem Metall haftet, tritt der Bruch fast stets im Glas und nicht in der Oxidschicht an der Grenzfläche The sensitivity of the GIas alloy 638 compounds to deviations in the thermal expansion coefficients is easy to understand, since the metal has a significantly higher expansion coefficient than the glass in all the systems examined and residual tensile stresses occur during cooling. However, since the oxide layer is extremely thin and adheres very firmly to the metal, the break almost always occurs in the glass and not in the oxide layer at the interface
Glas-Metall auf. Es ist somit offensichtlich, daß die Legierung 638 mit den untersuchten Gläsern eine starke Bindung eingeht und daß der Bruch der Verbindung auf das Glas und nicht auf die Bindungsflächen zurückzuführen ist. Glass-metal on. It is thus evident that alloy 638 is one with the glasses tested forms a strong bond and that the breakage of the bond is due to the glass and not to the bond surfaces.
Wie bereits erwähnt, wird durch die Oberflächenbehandlung die Bindung nicht erheblich beeinflußt, sofern das Metall frei von organischem Material ist.As already mentioned, the surface treatment does not significantly affect the bond, provided the metal is free of organic material.
Stumpfe Verbindungen lassen sich erfolgreich unter Verwendung der Legierung 638 und der Gläser mitButt joints can be successfully made using alloy 638 and glasses with
höherem Ausdehnungskoeffizienten herstellen. Aus den Tabellen III bis V geht hervor, daß stumpfe Verbindungen unter Verwendung der Legierung 638 weniger empfindlich gegenüber Abweichungen in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten sind. Für jedeproduce a higher coefficient of expansion. It can be seen from Tables III through V that butt joints using alloy 638 are less sensitive to variations in the coefficients of thermal expansion. For every
einzelne Abweichung ist die Bruchspannung der stumpfen Glas-Lcgierung-638-Verbindung wesentlich höher als für die überlappte Verbindung. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die bei der stumpfen Verbindung in dem Glas hervorgerufenen Spannungensingle deviation, the breaking stress of the butt glass-alloy-638 connection is essential higher than for the overlapped connection. This is due to the fact that the butt joint stresses caused in the glass
unter Verwendung der Legierung 638 hauptsächlich Druckspannungen sind, während es sich bei der überlappten Verbindung hauptsächlich um Zugspannungen handelt. Die unter Verwendung der Legierung 638 hergestellten Verbundkörper sind gegenüber nach-using alloy 638 are mainly compressive stresses, while in the case of the overlapped one Connection is mainly about tensile stress. Made using alloy 638 manufactured composite bodies are compared to
folgenden Entspannungsbehandlungen oder der Rekristallisation unempfindlich, wobei in den meisten Fällen nur sehr geringe Unterschiede in den Bruchspannungswerten beobachtet werden. Aus den Werten der Tabellen III bis V geht deutlich hervor, daß dienot sensitive to subsequent relaxation treatments or recrystallization, whereby in most cases only very small differences in the breaking stress values are observed. From the values in Tables III to V it is clear that the
Legierung 638, die ein typisches Beispiel für die erfindungsgemäß verwendbaren Legierungen darstellt, mit allen untersuchten Gläsern feste Bindungen eingeht. In jedem Fall ist die Festigkeit der Glas-Metall-Bindung größer als die Zugfestigkeit des Glases. Darüber hinaus Alloy 638, which is a typical example of the alloys that can be used according to the invention, forms firm bonds with all of the glasses examined. In any case, the strength of the glass-metal bond is greater than the tensile strength of the glass. Furthermore
geht aus den Tabellen hervor, daß die erfindungsgemäß hergestellten Glas-Metall-Verbundkörper ohne Schaden relativ große Abweichungen in den Ausdehnungskoeffizienten des Glases und des Metalls aufweisen können, insbesondere dann, wenn es sich bei den Rest-It can be seen from the tables that the glass-metal composite bodies produced according to the invention have relatively large deviations in the expansion coefficients of the glass and of the metal without damage can, especially if the remaining
spannungen im Glas um Druckspannungen handelt. Steht jedoch das Glas unter Zugspannung, so wird die obere Grenze der Abweichung in den Ausdehnungskoeffizienten von der Zugfestigkeit des Glases bestimmt. Im einzelnen hat sich gezeigt, daß bei verbleibenderstresses in the glass are compressive stresses. However, if the glass is under tension, the upper limit of the deviation in the expansion coefficient is determined by the tensile strength of the glass. In detail it has been shown that with remaining
Zugspannung im Glas die Abweichung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Metalls und des Glases vorzugsweise weniger als 7,5 - 10~e/°C, insbesondere weniger als 6,0 · 10-·/° C, beträgt. Bei Gläsern höhererTensile stress in the glass the deviation of the thermal expansion coefficient of the metal and the glass is preferably less than 7.5-10 ~ e / ° C, in particular less than 6.0 · 10- · / ° C. With glasses higher
Festigkeit können jedoch größere Abweichungen toleriert werden. Handelt es sich um Verbundkörper, bei denen das Glas unter Druckspannung steht, so können die Abweichungen in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten bis zu 11,0 · 10-·/° C betragen. Vorzugsv/eise beträgt die Abweichung nicht mehr als 8,0 -10"·/° C. Bei Verwendung von Gläsern mit höherer Festigkeit können jedoch noch größere Abweichungen toleriert werden.Strength, however, larger deviations can be tolerated. If it is a composite body, at where the glass is under compressive stress, the deviations in the thermal expansion coefficient up to 11.0 · 10- · / ° C. Preferably, the deviation is no more than 8.0 -10 "· / ° C. When using glasses with a higher Strength, however, even greater deviations can be tolerated.
Aus den Tabellen III bis V geht weiterhin hervor, daß die Benetzbarkeit der ernndungsgemäß verwendeten Legierungen im allgemeinen sehr gut ist, sofern die Oberfläche frei von organischen Verunreinigungen ist. Darüber hinaus sind die Glas-Metall-Verbundkörper unempfindlich gegenüber thermischen Nachbehandlungen. Aus diesem Grund lassen sich auch solche Gläser verwenden, bei denen eine Entspannungsbehandlung oder eine Rekristallisation notwendig ist.From Tables III to V it can also be seen that the wettability of the used as intended Alloys are generally very good, provided the surface is free of organic contaminants is. In addition, the glass-metal composite bodies are insensitive to thermal aftertreatment. For this reason, glasses can also be used that require relaxation treatment or recrystallization is.
Wiederholt man die vorgenannten Versuche unter so Verwendung von gewöhnlichem Kupfer, das vorher keiner Boratbildung unterzogen worden ist, so erhält man nur unbrauchbare Glas-Metall-Verbindungen. Im allgemeinen wird Kupfer von den Gläsern nicht sehr gut benetzt, und auch die Haftfestigkeit des Glases auf dem Kupfer ist nicht gut. Bei allen erhaltenen Verbindungen handelt es sich offensichtlich um Verbindungen mechanischer Natur. Der Bruch tritt stets an der Glas-Metall-Grenzschicht auf.If you repeat the aforementioned experiments under so Use of ordinary copper, which has not previously been subjected to borate formation, is obtained in this way you only get unusable glass-metal connections. In general, glasses do not get copper very well wetted, and the adhesion of the glass to the copper is not good either. With all connections received it is obviously a matter of connections of a mechanical nature. The break always occurs the glass-metal interface.
Es muß als überraschend angesehen werden, daß sich mit dem Verfahren der Erfindung Glas- oder Keramik-Metall-Verbindungen mit hoher Festigkeit trotz wesentlicher Abweichungen in den Ausdehnungskoeffizienten des Glas- oder Keramikmaterials und des Metalls herstellen lassen. Dies um so mehr, da es bekannt ist, daß Glas oder Keramik mit gewöhnlichem Kupfer keine feste Bindung eingehen, sondern im allgemeinen eine Boratbildung des Kuofers netwendig ist, um überhaupt eine Verbindung mit Glas oder Keramik zu erreichen.It must be regarded as surprising that with the method of the invention glass or Ceramic-metal connections with high strength despite significant deviations in the expansion coefficients of the glass or ceramic material and the metal. All the more so since it is it is known that glass or ceramics do not form a firm bond with ordinary copper, but rather in the In general, a borate formation of the Kuofer is necessary in order to have any connection with glass or Achieve pottery.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (2)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US7889970A | 1970-10-07 | 1970-10-07 | |
| US7889970 | 1970-10-07 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2150092A1 DE2150092A1 (en) | 1972-04-13 |
| DE2150092B2 DE2150092B2 (en) | 1975-11-20 |
| DE2150092C3 true DE2150092C3 (en) | 1976-07-01 |
Family
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