DE2404566A1

DE2404566A1 - Verfahren zum hermetisch-dichten verkleben von metall und glas

Info

Publication number: DE2404566A1
Application number: DE2404566A
Authority: DE
Inventors: Floyd A Root; Robert White
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1973-02-05
Filing date: 1974-01-31
Publication date: 1974-08-15
Also published as: US3803875A; FR2216241B1; FR2216241A1; GB1429103A

Description

Dr. Ina H. Ksgendnnk

Dipl. Ing. H. hi-.·. \-: \o'\ Fnys. W. Schmitt

Dipl. Ing. E. Greslrs - C>-i. j._sg. W. Wehnerf

8 MUnaiten 2, MszaitsiraB· 21

Telefon 5380580

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 28, Januar 1974

Southfield_fMich.4 8075,USA Anwaltsakte M-2957

Verfahren zum hermetisch-dichten Verkleben von Metall und Glas

Die Erfindung betrifft die Ausbildung einer hermetischen Dichtung zwischen einem Metall und Glas, insbesondere die Ausbildung solcher Dichtungen zwischen einem Metallgegenstand mit einem hohen Titan- oder Niobanteil und einem Glasbauteil. Das Verfahren ist besonders für die Ausbildung von Endstücken mit elektrischen Kontakten von Vorteil, bei denen Glas als Isolator dient und druckfeste hermetische Dichtungen zwischen dem Gehäuse und den Kontakten ausgeformt werden.

Die Ausformung hermetischer Dichtungen zwischen einem Metall und Glas gestaltet sich infolge des Nichthaftens dieser beiden Stoffe äußerst schwierig. Solche Dichtungen sind jedoch bei der Herstellung elektrisch leitender Bauteile erforderlich, die in Metallgehäusen eingesetzt werden sollen. Bei solchen Bauteilen dient

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Glas gewöhnlich als Isolator, das einen Metalleiter gegen das Gehäuse isoliert.

Die Metalle Titan und Niob sowie deren Legierungen sind besonders schwierig mit Glas zu verkleben, doch eignen sie sich in besonders guter Weise als korrosionsfeste Dichtungsbestandteile für den Einsatz in Hochdruckgehäusen.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist er fin dungs ge.mäß eine Verfahren zum Verkleben eines Metallgegenstandes mit einem hohen Titanoder Niobanteil mit Glas vorgesehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Oberfläche des mit dem Glas zu verklebenden Metalls mit einer Boronoxidlösung benetzt wird. Der Gegenstand wird getrocknet, wobei sich auf ihm eine Boronoxidschicht ausbildet; dann wird der Gegenstand in einer neutralen Atmosphäre über den Schmelzpunkt des Boronoxids erwärmt, wobei sich auf der Oberfläche ein boronhaltiger Film bildet. Dann wird das Glas mit der den boronhaltigen Film beschichteten Oberfläche in Berührung gebracht,und das Aggregat wird in einer neutralen Atmosphäre bis auf eine Brenntemperatur von etwa 900 bis 1000 % erwärmt, so daß sich eine hermetische Dichtung zwischen dem Metallgegenstand und dem Glas bildet.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein.

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Erfindungsgemäß werden hermetische Dichtungen zwischen einem Gegenstand aus Titan oder Niob und Glas ausgeformt. Die Metallgegenstände besitzen einen hohen Titan- oder Niobanteil und können aus diesen Metallen selbst oder aus verschiedenen Legierungen die-· ser Metalle bestehen, beispielsweise aus einer Titanlegierung mit 6 % Aluminium und 4 % Vanadium. Aus Gründen der Einfachheit wird in der folgenden Beschreibung der Begriff "Gegenstand aus Titan" verwendet, obwohl es klar ist, daß dieser Begriff auch Gegenstand^ aus Niob oder verschiedenen Legierungen mit einem hohen Anteil von Niob oder Titan umfaßt.

Nach dem Reinigen, um Fett und andere Unreinheiten zu entfernen, wird auf dem Titangegenstand eine Boronoxxdschicht aufgetragen, welche mindestens die gesamte Fläche des Titangegenstandes bedecken muß, die mit dem Glas verklebt werden soll.

Um eine vollständige Beschichtung der zu verklebenden Oberfläche zu erreichen, wird auf dem Titangegenstand eine Boronoxidlösung aufgetragen. Wie bekannt, ist Boronoxid in verschiedenen Alkoholen wie in Fettalkohol sowie auch in Wasser löslich, und diese Lösung:ί mittel dienen zur Herstellung der Lösung. Obwohl das Lösungsmittel nur Boronoxid aufzulösen braucht, während es gegenüber Metall chemisch neutral ist, wird vorzugsweise ein Lösungsmittel wie Methanol (Methylalkohol) verwendet, das eine hinreichende Menge von Boronoxid auflöst, aber auch ziemlich flüchtig ist, so daß ; das Lösungsmittelbeim Trocknen des Gegenstandes entfernt wird.

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Vorzugsweise wird eine konzentrierte Lösung von Boronoxid in Alkohol Hie eine 20 %-ige .(Gev/ichtsanteile) Boronoxidlösung in "ethanol verwendet. Obwohl leicht erwärmte Eoronoxidlösungen Frit erhöhter Löslichkeit verwendet werden können, werden Lösungen bei Raumtemperatur vorgezogen.

Der Titangegenstand kann in die Boronoxidlösung eingetaucht werden, um seine Oberfläche genügend mit der Lösung zu benetzen. Dann wird der Gegenstand aus der Lösung herausgenommen und in Luft getrocknet. Nach dem Benetzen mit der Lösung bildet sich durch das Trocknen des Gegenstandes ein Boronoxidschxcht auf seiner Oberfläche. Es muß im wesentlichen die gesamte Oberfläche des mit dem Glas zu verklebenden Gegenstandes beschichtet werden, wobei unbeschichtete Stellen auf der Oberfläche bei Bedarf nochinal mit der Boronoxidlösung benetzt werden können.

nach dem Auftrag der Boronoxidschicht wird der Titangegenstand erwärmt, um die Schicht in einen Film umzuwandeln. Der Gegenstand wird in einer chemisch inaktiven Atmosphäre wie in Argon, Stickstoff, Helium oder dergleichen unter Ausschluß von oxidierenden oder reduzierenden Gasen auf eine Temperatur erwärmt, die über dem Schmelzpunkt des Boronoxids liegt. Durch das Erhitzen auf dies<$ Temperatur wird die Boronoxidschicht verflüssigt und bildet einen Film auf der Oberfläche des Titangegenstandes. Temperaturen im Bereich von 550 C bis 650 C eignen sich, um das Bornoxid hinreichend fließfähig für die Ausformung des Films zu machen. Die erforderliche Erwärmungszeit ist so ausreichend, daß das fließfähige Boronoxid einen Film auf dem Titangegenstand bilden kann.

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Wach der Ausformung des Boronoxidfilms auf der mit dem Glas zu verklebenden Oberfläche wird der Titangegenstand abgekühlt und geprüft, um zu gewährleisten, daß der Film die erforderliche Glasklebefläche bedeckt.

um den Titangegenstand mit dem Glas zu verkleben, wird er mit der boronoxidfilrabeschichteten Oberfläche auf das Glas gelegt oder mit diesem in Berührung gebracht, worauf das Aggregat gebrannt oder verglast wird, um die Klebung zu vervollständigen und die hermetische Dichtung zu bilden. Das so ausgeformte Aggregat wird in einer chemisch inaktiven Atmosphäre wie Argon, Stickstoff, Helium oder dgl. erwärmt. Die Temperatur,auf welche das Aggregat erhitzt werden muß, um eine Klebung des Glases mit dem Titangegenstand durch Verschmelzen des Boronoxidfilms zu erreichen, liegt im Bereich von 9OO°C bis 101O⁰C; die Erwärmung muß für eine Zeitspanne aufrecht erhalten werden, die genügt, daß sich fließfähiges Glas ausbildet und ein Verschmelzen des Boronoxidfilms, des Glases und des Titangegenstandes bewirkt.

Nach dem Brennen des Aggregats wird der Titangegenstand mit dem durch hermetische Dichtung verklebten Glas abgekühlt, und der überschüssige Boronoxidfilm kann, falls vorhanden, leicht mit Wasser abgewaschen werden.

Als Anwendungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren wurde ein Endstück mit Glasröhren gebaut, deren elektrische Molybdän- !

kontakte durch die Röhren hindurchragen und die durch Bohrungen im Endstück eingesetzt worden sind; zwischen ofen Glasröhren und

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dem Endstück wurden hermetische Dichtungen-ausgeformt. Ein Lndstück aus Titanlegierung mit Anteilen von 6 % Aluminium und 4 % Vanadium wurde mit Bohrungen versehen und gründlich in einer: Freon-Lösemittel gewaschen. Das Titaniuniendstück wurde in eine Lösung von 20% Vol.-Gew. wasserfreien Eoronoxid in !!ethanol eingetaucht und dann an Luft getrocknet. Eine Prüfung zeigte, daß alle Oberflächen des Endstücks gleichmäßig mit einer Eoronoxidschicht überzogen waren.Das Endstück wurde in eine Retorte eingegeben und diese versiegelt, wobei ein Argongasstrom ausgelöst wurde. Unter den Strom des Argongases wurde das Endstück auf eine Temperatur von 590 bis 620 C erwärmt, bis sich an ihm ein Film von Boronoxid bildete. Dann wurde das Endstück ebenfalls unter dem Argongasstrorr. abgekühlt. Glasröhr-en aus Corningglas Hr. 7052, durch die jeweils ein Molybdänkontakt geführt v/ar, wurden in die bohrungen des Endstücks auf Titanlegierung eingesetzt, wobei die Oberfläche der Bohrungen mit einem Eoronoxidfilm beschichtet waren. Das Aggregat wurde in eine Retorte eingegeben und einem Strom von Argongas ausgesetzt. Unter diesem Argongasstrom wurde das Aggregat in einem Ofen auf 930 C erhitzt, wobei diese Temperatur mit einer Genauigkeit von _ 5 C 15 Minuten lang aufrecht erhalten wurde. Die Retorte mit dem Aggregat wurde aus dem Ofen genommen und noch immer unter dem Argongas strom gekühlt. Das Zusarniriengebauto Endstück wurde mit warnem Uasser von 50 C abgewaschen und dann an Luft getrocknet. Das auf diese Weise hergestellte Endstück war mit hermetischen Dichtungen zwischen dem Endstück aus Titan und den Glasröhren versehen und war druckfest bis zu einem t«ert von

über 1400 kg/cm .

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Claims

Patentanwälte

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. Ing. H. Hauck - Dir.! Phys. W. Schmilz

Dipl. Ing. E. GreH^:: - C-oi. ing. \Ί. Wehnert

8 MUnchc; ;. ' ~ ^ -:aäe 23

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 28. Januar 1974

Southf ield,tlich. 48075 ,USA Anwaltsakte 11-2957

Patentansprüche

Γΐ.ι Verfahren zum Verkleben von Glas mit einem Metallgegenstand,
dessen Hauptmetallanteil aus Titan oder Niob besteht, um eine
hermetische Dichtung zwischen Glas und Metall zu erzielen, ge-, kennzeichnet durch Auflösung von Boronoxid in einem Lösemit-

tel zur Bildung einer Lösung, durch Benetzung der Oberfläche ;

des mit dem Glas zu verklebenden Metallgegenstandes mit der j

Boronoxidlösung, durch Trocknen der OberfBche zur Entfernung -

des Lösungsmittels und Äusfonr.ung einer Eoronoxidschicht auf i

der Oberfläche, durch Erwärmen der Oberfläche in einer ehe- i

i misch inaktiven Atmosphäre über den Schmelzpunkt des Boron- . oxidShinaus zur Ausbildung eines boronhaltigen Films auf der j Oberfläche, durch Anlegen des Glases an den boronhaltigen
Film auf der Oberfläche, durch Erwärmen des auf diese Weise

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anexnanoergelegten Glases und "etallgegeiistandes in einer chemisch inaktiven Atmosphäre bis auf eine Temperatur, die hinreicht, um das Glas fließfähig zu machen und schließlich durch Abkühlung des Gegenstandes, um zwischen ihn und dem Glas eine hermetische Dichtung auszuformen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösemittel aus der Gruppe der niederen Fettalkohole und Uasser ausgewählt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösemittel Methanol (tfethylalkohol) ist sowie dadurch, daß es einen Anteil von ca. 20 Gew.-Vol.-% an Boronoxid enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die : boronoxidbeschichtete Oberfläche auf eine Temperatur zwischen 55O°C bis 65O°C erwärmt wird, um den boronhaltigen Film auszuformen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Erwärmung verwendete chemisch inaktive Atmosphäre Argongas enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die boronhaltige Oberfläche und das Glas nach dem Aneinanderlegen auf eine Temperatur von 900°C bis 1000⁰C erhitzt werden.

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7. Verfahren nach Jxi'jruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die far die Erv/ärnung des aneinandergelegten Glases ünd^et al !gegenstandes verwendete Atmosphäre Argongas umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch' 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallgegenstand aus einer Titanlegierung irit einem Anteil von 6 % Aluminium und 4 % Vanadium besteht.

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