DE2556279A1 - Dichtelement zwischen keramik und metall - Google Patents

Dichtelement zwischen keramik und metall

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Description

  • "Dichtelement zwischen Keramik und Metall"
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Dichtelement zwischen Keramik und Metall Solche Dichtclemente finden eine spezielle Anwendung bei der Abdichtung von Alkali/Schwefel-Zellen. Bei diesen Zellen ist es üblich, einen Zellenraum aus Keramik und den zweiten Reaktandenraum aus Metall zu fertigen. Im allgemeinen ist einer der beiden Zellen räume bezüglich seiner D.imDn sionierung kleiner gehalten und innerhalb des anderen angeordnet. Daraus ergibt sich das spezielle Problem der Abdichtung, denn in den beiden aus Keramik bzw. Metall gefertigten Zellen soll sich keine Ruft, sondern Schutzgas oder ein Vakuum befinden, denn durch Reaktion mit Luftsauerstoff wird ein Teil der Reaktanden verbraucht und steht dat für die elektrochemische Reaktion nicht mehr zur Verfügung Zusätzlich können die entstehenden Oxydationsprodukte die Zellbauteile und den Elektrolyten korrodieren. Deshalb wurden die Zellbauteile bisher durch Glas- oder Metallote dicht verschlossen. Da diese Verbindungen bei hoher Temperatur hergestellt werden miissen, können sich die Reaktanden während des Lötprozesses noch nicht in der Zelle befinden. Deshalb wurden die beiden Reaktandenräume mit Einfüllstutzen für die Reaktanden versehen. Nach dem Einfüllen der Reaktanden unter Vakuum oder Schutzgas wurden die Einflillstutzen dicht verschlossen.
  • Diese Dichttechnik hat den Nachteil, daß sie relativ aufwendig ist, und daß damit die Herstellung solcher Zellen teucr wird. Außerdem stchen nur eine beschränkte Zahl von Lotmaterialien zur Verfügung. Diese sind gogenüber den Reaktan nur beschränkt korrosionsbeständig, was eine nur beschränkte Lebensdauer der Alkali/Schwefel-Zelle zur Folge hat. Desweiteren hat sich gezeigt, daß mittels Glaslot auf Dauer kein 100% vakuumdichter Abschluß der Zellen gegeneinander und gegen die Atmosphäre erzielt werden kann. Dies hat eine Minderung der Qualität und der Lebensdauer der Alkali/Scirefel-Zelle zur Folge.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dichtelement für eine AlkaliASchwefel-Zelle aus Keramik und Metall zu schaffen, das gegenüber den Reaktanden gentigend korrosionsbestandig ist und einen dauerhaften und vakuumdichten Abschluß der aus Keramik und Metall gebildeten Zellen gewähr leistet.
  • Die Aufgabe der Eftindung wird dadurch gelöst daß zwischen Keramik und Metall ein als doppelseitiger Spießkantenring ausgebildetes Zwischanstück aus weichgeglühtem Weichmetall eingefügt ist.
  • In vorteilhafter Weise wird das Zwischenstück aus 99,9%tigem Aluminium, Gold, kupfer oder Nickel ge@ertigt. Das Einfügen des Zwischenstückes oder der Zwischenstücke zwischen die Metall und Keramikflachen ist zusätzlich von Vorteil, da auf diese Weise gleichzeitig erreicht wird, daß die sich auf verschiedenem Potential befindlichen Metallteile gegeneinanker isoliert bleiben. Die Form der Spießkante erweist sich deshalb als vorteilhaft, weil bei ihr die Andruckkräfte auf eine kleine Fläche konzentriert werden und dadurch hohe Anpreßdrücke entstehen, die dazu führen, daß der Weichstoff in die Vertiefungen der Keramik und des Metalls eingedrückt rd., und eine dichte Verbindung entsteht.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert Figur 1 zeigt eine Alkali/Schwfel-Zelle, in der das er findungsgemäße Dichtelement als Zwischenstück 1 zwischen Keramik- bzs. Metalliläche eingefügt ist. Das Zwlschenstück 1 ist als doppelseitiger Spießkantenring ausgebildet. Gefertigt wird dieser Spießkantenring in vorteilhafter Weise aus 99,9 % reinem weichgeglühtem Weichmetall. Je nach dem, welcher Reaktandenraum mit dem Dichtelement verschlossen werden soll, wird das Zwischenstück 1 aus Aluminium, Gold, Kupfer oder Nickel gefertigt.
  • Zur Abdichtung des Reaktandenraumes, in den das Alkali-Metall eingefüllt wird, wird vorzugsweise ein Zwisciienstück 1 aus 99,9 f0 reinem Aluminium , Kupfer oder Nickel verwendet. Der Reaktandenraum, in dem sich das Polysulfid befindet, wird zweckmäßigerweise mit einem Zwischenstück 1 aus 99,9 ffi reinem Aluminium oder Gold abgedichtet.
  • In diesem hier näher erläuterten Beispiel wird das Dichtelement zur Abdichtung der beiden Reaktandenräume einer lkali/Schwefel-Zelle 2 benutzt. Diese Alkali/Schwefel-Zelle 2 weist ein Metallgehäuse 3 mit einem nach innen weisenden Metallflansch 4 auf. Dieser Flansch ist an seiner nach oben weisenden Stirnseite mit einer nach innen weisenden Ausnehmung 5 versehen. In diese Ausnehmung 5 ist das Dichtelement in Form eines doppelseitigen Spießkantenringes als Zwischenstück 1 eingelegt. Auf das Zwischenstück 1 ist ein nach außen weisender Keramikflansch 6 aufgelegt. Dieser Flansch 6 ist an der offenen Seite eines einseitig geschlossenen Keramikrohres 7 befestigt, welches innerhalb des Metallgehäuses 3 angeordnet ist. Auf die obere Stirnfläche des Flansches 6 wird ein weiteres als doppelseitiger Spießkantenring ausgebildetes Zwischenstück 1 aufgelegt. Auf dieses Zwischenstück wird ein Deckel 8 aus Metall gelegt.
  • Dieser Deckel 8 weist ebenso wie das Gehause 3 Bohrungen auf, durch die Schrauben 10 gesteckt sind, mit denen der Deckel fest gegen den Flansch 6 und das Gehäuse 3 geschraubt wird. Die Schrauben 10 werden durch Unterlegscheiben und Hülsen aus Isoliermaterial an einem direkten Kontakt mit dem Deckel 8 gehindert. Auf diese Weise wird verhindert, daß das Gehäuse 3 und der Deckel 8 elektronischen Kontakt erhalten. Beim Aufschrauben des Deckels 8 auf das Gehause 3 werden auf das als doppelseitiger Spießkantenring ausgebildete Zwischenstück 1 Andruckskräfte ausgerbt, die auf die nach oben und unten gerichteten Kanten des Zwischenstückes konzentriert sind. Dadurch entstehen Anpreßdrücke, die dazu führen, daß das Weichmetall in die Vertiefungen der Keramik und des Metalles eingedrückt wird und somit eine dichte Verbindung entsteht.
  • Das zur Herstellung der Dichtfläche verwendete Material sollte eine Oberflächenrauhigkeit aufweisen, die kleiner als 10{19 m ist. Um eine unter allen Betriebsbedingungen dichte Verbindung zu erhalten, sollte der thermische Dehnungskoeffizient der zu verbindenden Zellkomponenten ungefähr übereinstimmen. Dadurch wird vermieden, daß sich die entsprechenden Dichtflächen bei Temperaturwechseln relativ zueinander verschieben.
  • Als Metall eignen sich z.B. Eisen-Nickel-Legierungen mit 35 bis 45 Gew. ffi Nickel oder Eisen-Kobalt-Nickel-Legierungen mit 25 bis 30 Gew. % Nickel und 18 bis 23 Gew. % Kobalt.
  • Der aus Keramik gefertigte Flansch 6 kann beispielsweise aus Alpha-Aluminiumoxid bestehen.
  • Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, daß bei derartig hergestellten Verbindungen zusätzlich zu der mechanischen Dichtung ein bei erhöhter Temperatur auf der Einwirkung der Reaktanden beruhender Dichteffekt eintritt.
  • Es hat sich grjzeigt, daß Verbindungen mit Aluminium=Spießkantendichtungen, die sich bei der Prüfung am Heliuinlecktestgerät nicht als völlig dicht erwiesenhaben,bei der Verwendung in Alkali/Schwefel-Zellen völlig dicht wurden. Ein zusätzlicher Dichtungseffekt tritt in diesem Fall dadurch ein, daß der bei der Betriebstemperatur von etwa 300 0C vorhandene Natriumdampf mit dem Dichtmaterial in diesem Fall dem Aluminium oberflächlich reagiert. Die dadurch auftretende Volumen zunahme führt zu einer vollständigen Dichtung, so daß die mehrere Tage auf 300 0C gehaltenen Teile auch nach Lösen der Schrauben nur unter erheblichem Kraftaufwand voneinander getrennt werden können. Ein ähnlicher Effekt tritt auf der Polysulfidseite einer derart gedichteten A1-kali/Schwefel-Zelle auf.
  • Die Erfindung ist nicht auf das angegebene Beispiel beschrän)ct.
  • Beispielsweise können die beiden Reaktandenräume miteinander vertauscht werden. Der Erfindungsgedanke erstreckt sich auch auf Zellen, bei denen der Preßdruck auf andere Weise, also nicht durch Schrauben, erzeugt wird. Beispielsweise kann der Preßdruck mit Hilfe einer äußeren Presse aufgebracht werden, wobei durch eine mechanische Verbindung, beispielsweise durch Punktschweißen oder durch andere Hilfsmittel, dafür gesorgt wird, daß der Preßdruck auch nach der Einwiricung der äußeren Presse aufrecht erhalten wird.

Claims (2)

  1. Patentansprüche 1. Dichteelement zwischen Keramik und Metall, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Keramik und Metall ein als doppelseitiger Spießkantenring ausgebildetes Zwischenstück (1) aus weichgeglühtem Weichmetall eingefügt ist.
  2. 2. Dichteelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als doppelseitiger Spießkantenring ausgebildete Zwischenstück (1) aus 99,9 % reinem Aluminium, Gold, Kupfer oder Nickel gefertigt ist.
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