DE2923011A1

DE2923011A1 - Verfahren zum verbinden von quarzelementen

Info

Publication number: DE2923011A1
Application number: DE19792923011
Authority: DE
Inventors: Viktor Aleksejevitsch Batschin; Nikolai Fedodovitsch P Kasakov; Elonora Borisovna Di Kusnezova
Original assignee: Nagema VEB
Current assignee: Nagema VEB
Priority date: 1978-09-18
Filing date: 1979-06-07
Publication date: 1980-03-27

Description

Verfahren zum Verbinden von Quarzelementen
Das Verfahren kann vorzugsweise in der Elektrotechnik, Elektronik und in der Gerätetechnik, primär in der optischen Geräteteohnik zur Herstellung einfacher und komplizierter geometrischer Anordnungen, die stoffschlüssig verbunden werden, von Elementen aus Quarzglas, kristallinem Quarz und/oder Kieselgut verwendet werden. Das Verfahren erhöht die Qualität, die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit.
Bekannt sind Verfahren zur Verbindung optischer Elemente, bei denen die zu verbindenden Oberflächen mit einer sehr hohen Oberflächenqualität durch Polieren hergestellt werden müssen. Die Verbindung erfolgt dabei über eine auf der zu verbindenden Oberfläche aufgebrachte Kleberschicht oder durch eine Verbindungsschicht in Form einer SiO2-Schicht, die durch eine chemische Reaktion erzeugt wird0 Anschließend verbindet man die optischen Elemente, in dem man den optischen Kontakt herstellt und sie danach einer Erwärmung unterzieht (siehe DE-PS 23 42 852, US-PS 38 80 682 sowie PR-PS 22 46 506)o Bekannt sind auch Lösungen zum Verbinden von Gläsern, Glaskeramiken einschließlich Quarzen untereinander mit metallischen und nichtmetallischen Zwischenschichten.
In der SU-PS 435 648 wird eine spezielle Methode des Diffusionsschweißens unter Verwendung einer aktivierenden gasaufnehmenden Zwischenschicht aus Titanhydrid und einer glasartigen Schicht angegeben, Die GB-PS 12 55 439 beinhaltet ein Verfahren zum vakuumdichten Verbinden von Glas mit Metall oder von Glas mit Glas unter Verwendung von Zwischenschichten aus Metallen Das Zwischenschichtmaterial wird in Abhängigkeit des Metalldampfdruckes bei i0-10 Torr und dem Erweichungspunkt des verwendeten Glases ausgewählt, Schutzatmosphäre ist N2- oder N2-H2-AtmosphäreO Aluminium wird ausdrücklich ausgeschlossen.
Die US-PS 40 77 558 zeigt ein Verfahren zum Verbinden von akustisch-optischen Kristallen mittels metallischen Zwischenschichten. Verwendet wird ein komplexer Schichtaufbau aus Chrom, Zinn und Gold, Die Verbindung wird unter Druck, Wärme und einer Schutzatmosphäre realisiert. Es kommt zur Bildung einer Au-Sn-Legierung.
Die GB-PS 11 79 535 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden von Isolatoren mit Isolatoren und Quarzglas über eine isolierende Zwischenschicht aus aufgedampften SiO2.
Verbindungen, die nach den genannten Verfahren zur Verbindung optischer Elemente hergestellt werden, besitzen keine große mechanische Festigkeit, eine geringe Beständigkeit gegenüber Schlag, Stoß und Vibration. Außerdem ist ein hoher Arbeitsaufwand bei der Herstellung dieser Verbindungen charakteristisch. Mit diesen Verfahren können keine Verbindungen von optischen Elementen hergestellt werden, deren Oberflächenqualität der des Polierens entspricht. Verbindungen von Quarz und Kieselgut durch mechanisches Ansprengen sind infolge der Porösität des Kieselgutes nicht möglich.
Mit dem Verfahren können stoffschlüssige Verbindungen von Elementen aus Quarzglas, kristallinem Quarz und minderwertigen, porösem Kieselgut mit- und untereinander mit hoher mechanischer und optischer Qualität realisiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, Quarzelemente aus gleichen und unterschiedlichen Quarzmaterialien und unterschiedlichen Oberflächenqualitäten ihrer Verbindungsflächen unter Einhaltung einer hohen mechanischen und optischen Qualität stoffschlüssig mit-und untereinander zu verbinden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß für die Herstellung der Verbindung von Quarzelementen diese bis zu einer Temperatur von 600 bis 6400 C erwärmt und mittels Quarzplatten, die vorher mit einer Oberflächenqualität, die nicht schlechter als die der zu verbindenden Quarzoberflächen ist, bearbeitet wurden, mit einem Druck von 5 bis 15 Nmm 2 zusammengepreßt werden. Zwischen die zu verbindenden Oberflächen der Quarzelemente wird eine verbindende Zwischenschicht aus Aluminium eingebracht. In Abhängigkeit von der Oberflächenqualität der zu verbindenden Quarzoberflächen wird die Dicke dieser Zwischenschicht, die zwischen 0,0001 mm bis 0,2 mm liegt, ausgewählte Der Verbindungsvorgang wird unter Vakuum durchgeführt.
Es können sowohl zwei aus hochwertigem Quarz bestehende Quarzelemente als auch ein aus hochwertigem Quarz und ein aus Kieselgut bestehendes Quarzelement mit- und untereinander verbunden werden0 Das Verfahren soll anhand von 3 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt: Fig. 1: Verbindung von Quarzelementen aus hochwertigem Quarz Fig. 2: Verbindung vo-n Quarzelementen aus hochwertigem Quarz und Kieselgut Auf die polierten Oberflächen der Quarzelemente 1 mit den Abmessungen 50 z 30 x 10 mm wird nach einem 1. Beispiel zu Fig. 1 im Vakuum eine Zwischenschicht 3 aus Aluminium von 0,001 mm Dicke aufgedampft. Danach werden die Quarzelemente 1 in die Vakuumkammer gebracht und die polierten Quarzplatten 4, über die der Druck eingeleitet wird, aufgebracht. Das Arbeitsvakuum beträgt 10 4 Torr, Bei einer Temperatur von 6300 C werden die beiden Quarzelemente 1 mit einem Druck von 7 Nmm 2 belastet. Nach dem isothermischen Gleichgewicht, das bei einer Temperatur von 6300 C 30 min wirkt, wird die Anordnung der Quarzelemente 1 bis auf eine Temperatur von 1500 C unter Beibehaltung des Druckes abgekühlt.
Die so hergestellte Verbindung wird bei einer Verbindungsfläche von 30 x 30 mm2 bis zu einem Biegemoment von 3000 Nmm belastet sowie einer Beschleunigung von 6 g mit einer Frequenz von 50 Hz 15 min ausgesetzt, ohne daß sich die Verbindung löst.
In einem 2o Beispiel zu Fig0 1 werden anstelle polierter Quarzelemente 1 geschliffene Quarzelemente 1 mit den gleichen Abmessungen verwendet. Als Zwischenschicht 3 wird Aluminium mit einer Dicke von 0,015 mm verwendet4 Der Verbindungsvorgang erfolgt wie im 1o Beispiel beschrieben unter einem Vakuum von 10 4 Torr, einem Druck von 14 Nmm2 und einer Temperatur von 6300 C über 30 min.
Die Verbindung mit einer Verbindungsfläche von 30 x 30 mm2 wird einem maximalen Biegemoment von 3200 Nmm sowie einer Beschleunigung von 6 g mit einer Frequenz von 50 Hz 15 min ausgesetzt, ohne daß die Verbindung sich löst0 Verbindungen von Quarzelementen 1, die durch mechanisches Ansprengen der polierten Oberflächen der Quarzelemente 1 hergestellt wurden, halten unter den gleichen PrüSbedingungen ein maximales Biegemoment von 500 Nmm aus.
Nach Fig. 2 werden geschliffene Quarzelemente 1 und geschliffene Quarzelemente 2 unter den gleichen Verfahrensbedingungen miteinander verbunden, Die Verbindung wird einem maximalen Biegemoment von 2200 Nmm ausgesetzt, ohne daß die Verbindung sich löst.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Verbinden von Quarzelementen, wobei zwischen diese Quarzelemente eine Zwischenschicht aufgebracht wird und die Quarzelemente mit Zwischenschicht erwärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die zu verbindenden Oberflächen, der aus hochwertigem Quarz bestehenden Quarzelementen (1) eine Zwischenschicht (3) aus Aluminium mit einer Dicke von 0,0001 mm bis 0,2 mm aufgebracht wird, daß die Quarzelemente (1) anschließend bis nahe der Schmelztemperatur von Aluminium erwärmt und mit Hilfe von Quarzplatten (4), deren Oberflächenqualität nicht schlechter als die der zu verbindenden QuarzelemeSte (1) ist, mit einem Druck von 5 bis 15 Nimm unter Vakuum zusammengepreßt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus hochwertigem Quarz bestehende Quarzelement (1) mit dem aus Kieselgut bestehenden Quarzelement (2) zusammengspreßt wird.