DE2163475C3 - Verfahren zum Einschmelzen von Glasfenstern optischer Qualität in Metallkörper unter Erhaltung der ursprünglichen Sichtverhältnisse - 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. »5

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 Schau^läser eine verzerrungsfreie Sicht ermöglichen, einen großen Aperturwinkel für den Blick in die Apparatur freigeben and eine vakuumdichte Anschlußmöglichkeit bieten.

Da für die Herstellung hermetiscn 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 Glasfenstem rr.U 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 Wärmedehnungskoef fizien ten

^o 300= ^{110bis 180}' ¹⁰~^7/°^c>
G'lasfenster: Gläser optischer Qualität mit Transformationstemperaturen ^. 460° C und Wärmedehnungskoeffizienten
α,_{0 306}= 80 bis 105 · 10-V⁰C,
Glaslot: Glasig-kristalline Struktur mit Zähigkeitsbereichen vor der Kristallis-iiiun - rein glasiger Zustand — von etwa 10^Ä Poise bei 450° C und Wärmedehnungskoeffizienten von

(B°lef-⁰Zinkborat-Gläser der folgenden Zusammensetzung: 65 bis 75 %> PbO, 12 bis 17 %> ZnO, 7 bis 10 °/o B₂O.,, 2 bis 4 °/o SiO₂, 0 bis 5 °/o ZrO,).

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

Glasfenster: Gläser optischer Qualität mit Transformationstemperaturen ^ 460° C und Wärmedehnungskoeffizienten
a_M-,oo = 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 Wärmedehnungskoeffizienten von _Λ.,₀._30β = 30 bis 80· 10-⁷/°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 Transfoimationsbereiches der zu verlötenden Glasfenster durchgeführt und damit eine Deformation des Glasfensters — auch bei längerer Lötzeit — vermieden wird.

In den Zeichnungen sind verschiedene Bauteile dargestellt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Lötverbindung erhalten können. Es handelt sich bei Fig. 1 um den Einbau eines Fensters 2 aus Weichglas, z. B. einem solchen mit einer thermischen Wärmedehnung von etwa 90 bis 95 · 10~⁷/ C, in einen Flansch 1 aus Stahl unter Verwendung eines glasig-kristallinen Lotmaterials 3, ζ. Β. eines Blei-Zinkborat-Glases der obengenannten Art (Druckverbindung).

In Fig. 2a, 2b, 2c 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 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"V⁰C (spannungsfreie Verbindung), sind diese Schaugläser

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

Aus der Vielzahl von weiteren möglichen Anwendungsfällen zeigt Fig. 4a, 4b und 4c eine schematischc Zusammenstellung lösbarer Fensterllanschverbindungen, Die noch dem erfindungsgemäOen Veriahren eingebauten Glasfenster 2 aus Glas optischer QuÄt SiSd hier mit der Fensterfassung X aus Stahl und dem eingeschmolzenen Lotg.as3 als Druckverbindung ausgeführt. Die Dichtelemente 5 - Flach-S Runddichtringe - verbinden den Fensterflansch mit dem Gegenflansch 4.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Einschmelzen von Glasienstern 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 kristallisierender. 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.