DE2163475B2 - Verfahren zum Einschmelzen von Glasfenstern optischer Qualität in Metallkörper unter Erhaltung der ur sprunglithen Sichtverhaltnisse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einschmelzen von Glasfenstern optischer Qualität in Metallkörper, insbesondere zur Herstellung von Druckglaseinschmelzungen, deren deformationsfreie Glasfenster eine verzerrungsfreie Sicht ermöglichen.

Mit Hilfe von Sichtfenstern, die an Apparaturen angebracht werden, ist es möglich, z. B. im Vakuum ablaufende Arbeitsprozesse visuell zu verfolgen. Um diese Bedingungen erfüllen zu können, müssen die verwendeten Sch?ugläser eine verzerrungsfreie Sicht ermöglichen, einen großen Aperturwinkel für den Blick in die Apparatur freigeben und eine vakuumdichte Anschlußmöglichkeit bieten

Da für die Herstellung hermetisch dichter Glas-Metall-Verschmelzungen nach bekannten Verfahren Verarbeitungstemperaturen über 800° C erforderlich sind, tritt je nach Einglasungsmethode eine unerwünschte Erweichung der Planglasscheibe, an den Schmelzrändern bzw. eine Erweichung des gesamten Glaskörpers auf, die in der Folge die optischen Sichtbedingungen verändert.

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung vakuumdichter, temperaturfester Verbindungen zwischen Glas fenstern mit optischer Qualität einerseits und Metallkörpern andererseits, bei dessen Anwendung die ursprünglichen Sichtverhältnisse des Glasfensters erhalten bleiben.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß die Einschmelzung mit einem an sich bekannten kristallisierenden Glaslot bei Temperaturen unterhalb bis maximal innerhalb des Transformationsbereiches erfolgt.

Die Erfindung besteht somit darin, daß die Verbindung zwischen Glasteilen und Metallteilen mittels Glasloten erfolgt, die die Eigenschaft aufweisen, bei Temperaturen nahe dem Transformationspunkt der Glasteile, z. B. bei 425 bis 450° C, zu schmelzen und zu kristallisieren,

Die Verwendung von kristallisierenden und auch von niedrigschmelzenden Glasloten ist an sich bekannt. Es war jedoch überraschend, daß die Aufgaben der vorliegenden Erfindung mit solchen Glasloten gelöst werden können, weil die fertigen Druckglaseinglasungen bei relativ hohen Temperaturen später beansprucht werden können, und zwar bei Temperaturen, die über den Temperaturen des Lötprozesses liegen können. Obwohl also die erfindungsgemäß hergestellten Druckglaseinglasungen unter Verwendung derart niedrigschmelzender Glaslote und bei derart niedrigen Löttemperaturen hergestellt werden, können sie später bei sehr viel höheren Temperaturen belastet werden, ohne daß die optische Qualität der Gläser darunter leidet.

Bei Anwendung des neuen Verfahrens entstehen beim Abkühlen der Lösung:

a) Druckverbindungen, wenn die Metallkörper wärmedehnungsmäßig höher liegen als die Glaskörper, z. B.

Metallkörper: Stahl oder Stahllegierung mit Wärmedehnunsskoeffizienten

a*o 300= ¹¹⁰"^{bis 18}°- 10-·/° C,

Glasfenster: Gläser optischer Qualität mit

Transformationstemperaturen ^ 460° C und Wärmedehnun°skoeffizienten
^₀-₃₀„ =80 bis 105· 10--/° C,
Glaslot: Glasig-kristalline Struktur mit Zähigkeitsbereichen vor der Kristallisation — rein

ao glasiger Zustand — von etwa 10⁵ Poise bei

450^c C und Wärmedehnungskoeffizienten von OC_{0 300} = 60bis 120- 10-7/⁰C,
(Blei-Zinkborat-Gläser der folgenden Zusammensetzung: 65 bis 75 Vo PbO, 12 bis 17 V₀ ZnO,

a₅ 7 bis 10% B„O₃, 2 bis 4°/o SiO₃, 0 bis 5°/o ZrO₂).

b) Spannungsfreie Verbindungen, bei denen Metallkörper und Glaskörper sowie das Glaslot wärmedehnungsmäßig aufeinander abgestimmt sind, z. B.

Metallkörper: Fe-Ni-Co-Einschmelzmetalle mit

Wärmedehnungskoeffizienten im Bereich
a,₀__3n0f^30bis 80- 10-'/⁰C,
Glasfenster: Gläser optischer Qualität mit Transfomiationstemperaturen ^. 460° C und Wärmedehnungskoeffizienten

«,„.,„„ = 30 bis 80-10-'/° C,
Glaslot: Glasig-kristalline Struktur mit Zähigkeitsbereichen vor der Kristallisation — rein glasiger Zustand — von etwa 10⁵ Poise bei 450° C und Wärmedehnuugskoeffizienten von

^₃₀₀ = 30 bis 80-10-?/° C.
Für die Wahl der angegebenen oberen und unteren Grenztemperaturen des Lotglases ist ausschlaggebend, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei Temperaturen unterhalb mit maximal innerhalb des Transformationsbereiches der zu verlötenden Glasfenster durchgeführt und damit eine Deformation des Glasfensters — auch bei längerer Lötzeit — vermieden wird.

In den Zeichnungen sind verschiedene Bautt e dargestellt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Lötverbindung erhalten können. Es handelt sich bei F i g. 1 um den Einbau eines Fensters 2 aus Weichglas, z. B. einem solchen mit einer thermisehen Wärmedehnung von etwa 90 bis 95 · IQ-V⁰C, in einen Flansch 1 aus Stahl unter Verwendung eines glasig-kristallinen Lotmaterials 3, z. B. eines Blei-Zinkborat-Glases der obengenannten Art (Druckverbindung).

In F i g. 2 a, 2b, 2 c und 3 sind hochvakuumdichte Sichtfenster auf speziellen Flanschen dargestellt. Auf Grund der für ihren Aufbau verwendeten Materialien, z. B. besteht das Glasfenster 1 aus einem Glas mit einer thermischen Wärmedehnung von etwa 50 bis 55 · IO-⁷/⁰ C, das Metallteil 2 aus Fe-Ni-Co, das Lotmaterial 3 aus einem kristallisierendem Glas mit einer Wärmedehnung von etwa 70 · 10~⁷/° C (spannungsfreie Verbindung), sind diese Schaugläser

bis 400° C ausheizbar und können je nach Flanschausführung durch Schweißung oder als lösbare UHV-Verbindung, z. B. in Rezipienten von Ukrahochvakuum-Apparaturen, eingesetzt werden.

Aus der Vielzahl von weiteren möglichen Anwendungsfällen zeigt Fig. 4a, 4b und 4c eine schematische Zusammenstellung lösbarer Fensterflanschverbindungen. Die nachdem erfindungsgemäßen Verfahren eingebauten Glasfenster 2 aus Glas optischer Qualität sind hier mit der Fensterfassung 1 aus Stahl und dem eingeschmolzenen Lotglas 3 als Druckverbindung ausgeführt. Die Dichtelemente 5 — Flachbzw. Runddichtringe — verbinden den Fensterflansch mit dem Gegenflansch 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einschmelzen von Glasfenstern optischer Qualität in Metallkörper, insbesondere zur Herstellung von Druckglaseinschmelzungen, deren deformationsfreie Glasfenster eine verzerrungsfreie Sicht ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschmelzung mit einem an sich bekannten kristallisierenden Glaslot bei Temperaturen unterhalb bis maximal innerhalb des Transformationsbereiches erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Glaslot verwendet wird, welches bei 425 bis 450° C schmilzt und kristallisiert.