DE2326373A1

DE2326373A1 - Metall-keramik-loetverbindung

Info

Publication number: DE2326373A1
Application number: DE2326373A
Authority: DE
Inventors: Hans Ebersberger; Rudolf Dipl Phys Friedel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-05-23
Filing date: 1973-05-23
Publication date: 1974-12-19
Also published as: DE2326373C3; JPS5019652A; US3950836A; JPS5743551B2; CH601137A5; ES426588A1; GB1471438A; DE2326373B2

Description

Siemens Aktiengesellschaft Erlangen, 22. Mai 1973

Henkestraße 127

TPA 73/5064 Kn/Kof

Metall-Keramik-Lötverbindung

Die Erfindung betrifft eine Metall-Keramik-Lötverbindung, bei der die Teile aus Metall und Keramik nach Art eines Steckers und einer Buchse ineinandergreifen. Solche Verbindungen werden insbesondere bei Halterungen von Metallstiften oder ihrer Durchführung durch eine Wand aus Keramik sowie beim Einsetzen oder Ansetzen rohrartiger Teile gebraucht.

Man hat bisher die Lötverbindungen zwischen Metallteilen und Keramikteilen in der Regel an die Stirnflächen der Keramikteile verlegt, so daß man sog. Stumpflötungen erhielt, weil die Verbindungen zuverlässiger waren. Einlötungen von Teilen aus Metall in Vertiefungen in Keramikkörpern wurden weitestgehend vermieden, weil die Gefahr von Undichtigkeiten, Ablösung der Verbindung und Springen des Keramikteils gegeben war. Solche Verbindungen wären aber in manchen Fällen anzustreben, z.B. um bei Röntgenröhren, die mit hohen Spannungen betrieben werden, größere Kriechwege durch InnenlÖtungen zu erzielen, .ohne daß die Baulängen allzu groß werden.

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Aufgabe der Erfindung ist, eine Ausgestaltung einer Metall-Keramik-Lötverbindung zu finden, bei welcher in Keramikteile Metallteile einlötbar sind.

Erfindungsgemäß ist daher eine Metall-Keramik-Lötverbindung dadurch gekennzeichnet, daß nur Teile der aneinandergrenzenden Metall- und Keramikflächen miteinander verlötet sind. Dadurch wird erreicht, daß nach dem Löten neben den miteinander verbundenen Stellen Hohlräume verbleiben, in welche beim Erhitzen der Lötstelle das Lot ausweichen kann. So wird es möglich, daß man etwa das Fokussierungsteil einer Elektronenröhre aus mechanischen Gründen und wegen der geforderten guten Wärmeableitung solcher Teile mit sehr massiven, mit einem Keramikteil zu verlötenden Metallteilen ausgestalten kann. Es tritt dann nicht mehr ein, daß, wie bei üblicher Löttechnik, sich die Verbindung bei der später etwa in Röntgenröhren zu erwartenden Wechseltemperaturbeanspruchung des Metallteils an der Lötstelle löst. Dies kommt bei üblichen Lötstellen häufig auch dann vor, wenn die thermischen Ausdehnungsgrößen einander angepaßt sind, weil das Metallteil nicht elastisch genug ist. Außerdem können Metall- und Keramikteil sehr unterschiedliche Temperatur aufweisen. Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Lötung kann von der Anpassung der Ausdehnungskoeffizienten weitgehend abgesehen werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden die Keramikteile, die mit Metallteilen zu verbinden sind, etwa bei einem einzulötenden Stift entlang der Achse des Stiftes streifenförmig mit der Lötgrundlage, d.h. mit streifenförmigen Metallisierungen, belegt, zwischen denen ebenfalls streifenförmige Abstände verbleiben. Es kann aber auch ein Streifen etwa in der Form einer Wendel um den Stab herumgelegt werden. Bei größeren Flächen, etwa bei Verbindung ineinandergreifender Metall- und Keramik-

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rohre, werden die übereinandergeschobenen Teile nur an im Zick-Zack oder Mäander herumgeführten Streifen miteinander verlötet. Dies führt zugleich zu einer vakuumdichten Verbindung, weil zwischen den Streifen kein durchgehender Spalt mehr verbleibt. Trotzdem bleibt an den aneinanderliegenden Flächenteilen genügend Raum frei. Bei der Anwendung von parallel zur Achse verlaufenden Streifen kann zum vakuumdichten Abschluß noch zusätzlich ein ringförmiger Streifen verlötet werden,■so daß die Verbindung etwa die Form eines um den einzulötenden Stecker herumgelegten Kammes erhält, dessen Zähne parallel zur Längsachse des Steckers liegen.

Die streifenartige Anlegung der Verlötungen kann z.B. dadurch erhalten werden, daß nur streifenförmige Metallisierungen auf dem Keramikteil vorgesehen werden, die dann die Lötung zur Verbindung mit dem einzulötenden Metallteil bzw. dem um das Keramikteil herumzulegenden Metallteil ergeben. Den gleichen Effekt erhält man aber auch, wenn eine durchgehende Metallisierung des Keramikteils vorliegt und das Metallteil eine entsprechende Bearbeitung erhält, indem die Fläche des Metallteils, das, am Keramikteil anliegt, mit entsprechenden Ausnehmungen versehen wird oder indem das Metallteil entsprechend verformt wird.

Als Lötmittel können die in der Metall-Keramik-Lötung üblichen Lote verwendet werden, etwa Kupfer oder bei der Einlötung von Molybdänstäben in thermisch hoch beanspruchten Teilen z.B. das bei 1237°C schmelzende Nickel-Paladium-Lot. Bei der Auswahl des Lotes ist lediglich darauf zu achten, daß das Lot genügend duktil ist.

Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren weiter erläutert.

In den Fig. 1 und 1a ist im Längs- und Querschnitt die Einlötung eines Metallstiftes in ein Keramikrohr gezeichnet, 409851/0432 ' - 4 -

in der Fig. 2 eine Abwandlung mit in ein Keramikrohr

eingelötetem verformten! Metallteil,

in den Fig. 3 und 3a der Querschnitt und die Draufsicht auf

eine Anordnung, bei welcher ein Keramikteil in ein mit inneren parallel zur Achse verlaufenden Ausnehmungen versehenes massives Metallrohr eingelötet ist,

in der Fig. 4 der schematische Schnitt durch eine Röntgenröhre, bei welcher die Anode über einen Metalltopf in ein Keramikrohr eingelötet ist,

in den Fig. 5 bis 7 die Darstellung verschiedenartig gestalteter vakuumdicht anlegbarer streifenförmiger Verlötungen.

In der Fig. 1 ist mit 1 der 2mm dicke Stift aus Molybdän bezeichnet und das Rohr aus Keramik mit 2. Als Keramik wird dabei z.B. Aluminiumoxid (Al₂O,) verwendet. Der Schnitt durch die miteinander verbundenen Teile 1 und 2 ist dabei so gelegt, daß auf der rechten Seite des Stifes 1 die Verlötung 3 und links der freigebliebene Hohlraum 4 zu sehen ist. Aus der Fig. 1a ist eindeutig ersichtlich, daß zwischen den streifenförmigen Lötungen 3 die ebenfalls streifenförmigen Hohlräume 4 liegen. In der dargestellten Form sind fünf Lötstreifen um den Stab 1 herum verlegt. Bei der Erhitzung der Verbindung können dabei die Ausdehnungsunterschiede zwischen dem Stab 1 und dem Rohr 2 dadurch ausgeglichen werden, daß das Material der Lötstreifen 3 in die Hohlräume 4 hineingedrängt wird. Beim Zurückgehen der Ausdehnung kann das Material wieder zurückgezogen werden.

Die vorgenannte. Wirkungsweise tritt auch bei den folgenden Ausführungsbeispielen, die in den Fig. 2 bis 7 dargestellt sind,ein.

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Bei der Lötung gemäß der Fig. 2 sind die Lötstreifen 3a dadurch erhalten, daß der Metallstift 1a im Querschnitt angenähert dreieckige Form hat, so daß nur die abgerundeten Ecken an der Innenwand des Eeramikrohres 2a anliegen. Im Prinzip wird so die gleiche Verbindung erhalten wie in der Ausbildung nach Fig. 1, lediglich die Streifen sind hier durch die Form des Stiftes vorgegeben.

In der Fig. 3 ist mit 5 der Metallkörper bezeichnet, welcher um den Keramikkörper 6 herumgelegt ist, der selbst wieder Durchbrechungen aufweist, in welche die Stifte 7 eingesetzt sind. Ein solcher Körper kann etwa zur Halterung der Kathode einer Drehanoden-Röntgenröhre verwendet werden. Bei dieser Ausbildung sind die Stifte 7 in den Körper 6 nach der in den Fig. und 2 dargestellten Art eingesetzt. Der Keramikkörper ist in der Weise in dem Metallkörper 5 gehaltert, daß der Metallkörper Ausnehmungen 8 aufweist, zwischen denen streifenförmige Teile 9 stehenbleiben, die dann mit der Lötschicht 10 versehen und mit dem Keramikkörper 6 verbunden werden. Die Wirkungsweise der Lötung zwischen den Teilen 5 und 6 entspricht der zwischen den Teilen 1 und 2 nach Fig. 1 und 1a.

Bei der in der Fig. 4 dargestellten Röntgenröhre 11 besteht der Kolben in der Hauptsache aus dem Metallrohr 12 und dem Keramikrohr 13 sowie den deckelartigen Verschlußteilen 14 und 15. In der Röhre befinden sich einander gegenüber, an den jeweiligen Verschlußteilen befestigt, die Kathode 16 mit der Glühkathode 17, die über die Leitungen 18 und 19 sowohl mit der Heizspannung als auch mit dem einen Pol der Beschleunigungsspannung verbunden ist, und die Anode 20, die mit einem durch die punktierten Linien 21 und 22 begrenztem Elektronenstrahl beaufschlagt wird, der dann das durch die gestrichelten Linien 23 und 24 begrenzte Röntgenstrahlenbündel 25 erzeugt. Während der Deckel 15 an seinem Rand durch die Schweis-

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sung 26 in an sich bekannter Weise in das Rohr 12 eingesetzt .ist-, wurden die Lötungen 27 und 28 zwischen dem Rohr 12 und dem Keramikteil 13 sowie zwischen dem Deckel 14 und dem Keramikteil in erfindungsgemäßer Weise ausgeführt. Dabei ist zum vakuumdichten Abschluß ein Metallisierungsstreifen am Keramikteil angebracht, der die Mäanderform nach Fig. 5 aufweist und jeweils an den Stellen der Lötungen 27 und 28 liegt. Die eigentliche Lotung wird so durchgeführt, daß ein Lötring zusammen mit den zu verlötenden Teilen erhitzt wird. Das Lot benetzt das Keramikteil nun an den Metallisierungsstreifen, während dazwischen Hohlräume bestehen bleiben.

Statt der Mäanderform kann zur Ausführung der Lötungen 27 und 28 auch die in Fig. 6 dargestellte Zick-Zack-Anordnung des Streifens verwendet werden oder die kammartige Ausbildung nach Fig. 7.

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Claims

Patentansprüche

1. Metall-Keramik-Lötverbindung, bei der die Teile aus Metall und Keramik nach Art eines Steckers und einer Buchse ineinandergreifen, dadurch gekennzeichnet, daß nur Teile der aneinandergrenzenden Metall- und Keramikflächen miteinander verlötet sind.

2. Lötverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikteil nur an Teilen der aneinandergrenzenden Flächen metallisiert ist.

3. Lötverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der miteinander zu verbindenden Teile an den zur Verbindung aneinanderliegenden Flächen Ausnehmungen aufweist.

4. Lötverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der miteinander zu verbindenden Teile so verformt ist, daß sich nur Teile der zu verbindenden Elemente berühren (Fig. 2).

5. Lötverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander verlöteten Teile parallel zueinander und zur Achse des steckerförmigen Teiles in Abständen voneinander liegen.

6. Lötverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur vakuumdichten Ausgestaltung die miteinander verbundenen Teile der aneinanderliegenden Flächen in der Form eines endlosen Streifens ausgebildet sind bzw. die Form eines Kammes haben (Fig. 5, 6 und 7).

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