DE3104043A1

DE3104043A1 - Verfahren zum loeten bzw. zum schweissen von aus schwer verbindbaren metallen hergestellten bestandteilen, insb. zum schweissen von in der lichtquellenindustrie angewendeten molybdaenfolie-stromzuleitern und wolframelektroden

Info

Publication number: DE3104043A1
Application number: DE19813104043
Authority: DE
Inventors: István Dr. 1036 Budapest Bolla; István Dr. 2120 Dunakeszi Csányi
Original assignee: Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
Current assignee: Egyesuelt Izzolampa es Villamossagi Rt
Priority date: 1980-09-09
Filing date: 1981-02-02
Publication date: 1982-05-27
Also published as: HU179895B; DE3104043C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Löten bzw. zum Schwei-
ßen von schwer verbindbaren Metallen, bei dem bevor dem Löten oder Schweißen ein Kontaktmetall zwischen den zugepaßten Oberflächen der zu schweißenden oder zu lötenden Bestandteile angewendet wird. Das Verfahren ist besonders in der Lichtquellenindustrie zum Zusammenschweißen von Molybdänfolie-Stromzuleitern und Wolframelektroden geeignet, kann aber vorteilhaft auch auf anderen Gebieten zum Verbinden von aus schwer verbindbaren Metallen hergestellten Bestandteilen angewendet werden.
Die Erfindung wird am Beispiel der Lichtquellenindustrie beschrieben, die Glühlampen in großer Menge herstellt. Die Glühlampen enthalten Stromzuleiter und die Stromzuleiter mit einer Glühwendel verbindende Elektroden. Allgemein wird der Stromzuleiter aus Molybdänfolie, die Glühwendel aus Wolframdraht und die Elektrode aus Molybdän- oder Wolframdraht vorbereitet. Diese Elemente sind an entsprechenden Punkten oder Oberflächen zusammenzulöten bzw. zusammenzuschweißen, demzufolge ist es in der Lichtquellenindustrie besonders wichtig, ein zuverläßiges Verfahren anwenden zu können.
In der Lichtquellenindustrie ist die Benutzung der Molybdänfolie stark verbreitet, da sie bei den aus mit niedrigem Ausdeh-.
nungskoeffizient gekennzeichneten Glas, z.B. aus Quarzglas, Vycorglas. hergestellten Kolben als Stromzuleiter die Vakuumdichtheit der Glühlampe gewährleisten kann. Die aus der Molybdänfolie hergestellten Stromzuleiter sind mit den aus Molybdän oder aus Wolfram hergestellten Elektroden zusammenzulöten bzw.
zusammenzuschweißen. Die Eleketroden und die Glühwendel sind auch zu verbinden. Die Verbindung wird allgemein durch Punktschweißen verwirklicht. Zwecks Erreichung der notwendigen Qualität und Festigkeit der Verbindung wird als Legierungsstoff ein Kontaktmetall, allgemein Platin oder Tantal in Form einer dünnen Platte angewendet. Die dünne Platin- oder Tantalplatte wird zwischen die entsprechende Bestandteile eingelegt.
Die Nachteile dieser Lösung bestehen nicht nur in der Kostspie-Iigkeit der Platin- oder Tantalplatte und demzufolge in einer bedeutenden Vergrößerung der Herstellungskosten der Glühlampen, die wegen der Benutzung einer überflüßigen Menge des Kontaktmetalls noch weiters erhöht werden, sondern am meisten in der Unmöglichkeit sowohl der zuverläßigen Mechanisierung der Herstellungstechnologie, als auch der Bearbeitung automatischer Maschinenreihen großer Produktivität.
Zwecks Vermeidung der obigen Nachteile Wird nach HU-PS 169991 ein Verfahren vorgeschlagen, demgemäß das Kontaktmetall in Form einer aus einem Platinsalz vorbereiteten Paste aufgebracht wird. Nach einem anderen Verfahren ist auch die Anwendung einer Lösung eines Platinsalzes bekannt. Bei diesem Verfahren kann die Verbindung mit einer relativ niedrigen, allerdings immer noch zu hohen Menge des kostspieligen Kontaktmetalls erreicht werden, -jedoch wirkt die hohe Temperatur des Schweißens derart ein, daß die Paste oder die Lösung auf der dem Schweißpunkt nahen Oberfläche ungleichmäßig zerfließt und eine ungleichmäßige Oberfläche verbleibt.
Nach GB-PS 1,222,905 wird Gold als Kontaktmetall zwischen der Gliihwendel und den stromzuleitenden Elektroden angewendet. Das Gold sichert eine gute mechanische und elektrische Verbindung, zeigt jedoch die obenbeschriebenen Nachteile.
Zur Erhöhung der Festigkeit der geschweißten Verbindungen wird ein anderes Verfahren angewendet. Nach DE-PS 948 720, DE-AS 22 00 736 sowie HU-PS 151 318 wird ein Metallröhrchen auf die };elektrode aufgezogen, dessen Material den gegebenen Bedingungen entspricht. Diese Lösung wirft ebenfalls technologische Probleme auf, die schwer auszuschließen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das den Bedingungen der großbetrieblichen Herstellung sowie der Automatisierung der Produktion besser als die bekannten Verfahren entspricht.
Die Erfindung besteht in einem Verfahren, das die Verbindung der metallischen Bestandteile mit niedrigem Bedarf an die kostspieligen Kontaktmetalle und demzufolge mit kleinerem Aufwand sichert als die bekannten Verfahren. Erreicht wird eine Verbesserung der Bedingungen der automatisierten Herstellungstechnologie bei gleichzeitiger Erhöhung der Qualität der Verbindung.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Kontaktmetall in einer ganz dünnen Schicht die Verbindung der Bestandteile auch sichern kann, demzufolge ist die Anwendung spezieller. Folien, Bände, Pasten usw. unnötig. Eine solche dünne Schicht kann mittels der an sich bekannten Verfahren der Vakuumverflüchtigung und der Kathodenzerstäubung hergestellt werden.
Die gestellte Aufgabe wird durch Bearbeitung eines Verfahrens zum Löten bzw. zum Schweißen von aus schwer verbindbaren Metallen hergestellten Bestandteilen, insbesondere zum Schweißen von in der Lichtquellenindustrie angewendeten Molybdänfolie-Stromzuleitern und Wolframelektroden erreicht, bei dem vor dem Löten oder Schweißen zwischen den angepaßten Oberflächen der zu schweißenden oder zu lötenden Bestandteile ein Kontaktmetall -angewendet wird, und erfindungsgemäß das Kontaktmetall auf die zugepaßte Oberfläche durch Vakuumverflüchtigung oder Kathodenzerstäubung angebracht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Lichtquellenindustrie vorteilhaft dadurch verwirklicht, daß das Kontaktmetall zumindest auf eine Seite der vorzugsweise kontinuierlich bewegten Molybdänfolie angebracht wird. Das Kontaktmetall kann in einer Schichtdicke von 20 bis 10 000 nm, z.B. aus Wolfram, Platin, Tantal, Rhenium, Gold, aus Legierungen dieser Metalle angebracht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet die Herstellung einer Schicht des Kontaktmetalls mit gleichmäßiger Dichte, damit das Löten oder das Schweißen der aus schwer verbindbaren Metallen hergestellten Bestandteile mit guter Qualität, bei hoher Festigkeit durchgeführt werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel detailliert erklärt.
Bei der Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Elektronenkanonenanlage zur Vakuumverflüchtigung oder ein wohlbekannter Kathodenzerstäuber angewendet. Im Hochvakuum wird mittels der Anlage eine Schicht von benötigter Dichte hergestellt. Die Schicht kann auf die Oberfläche von aus Molybdn oder anderem Metall ausgebildeten Bestandteilen, Bänden, Folien, Drähten oder Platten mittels Verflüchtigung oder Zerstäubung von Platin, Tantal, Wolfram, Rhenium, Gold, von Legierungen dieser Metalle ausgebildet werden. Bei der Anwendung einer Verflüchtigungsquelle von entsprechender Effektivität kann gleichzeitig eine gröbere Anzahl der Bestandteile beschichtet werden. Der Zerstäuber oder die Vakuumverflüchtigungsanlage kann mit einem Schirm umgefangen werden. Der Schirm soll aus einer leicht lösbaren Metallfolie, z.B. aus Aluminiumfolie hergestellt werden, worauf sich die überflüssige, auf den Bestandteilen nicht abgelagerte Menge des Kontaktmetalls niederschlagen kann. Der niedergeschlagene Stoff, d.h. das Platin oder ein anderes kostspieliges Metall kann somit zurückgewonnen und erneut benutzt werden. Die Anwendung des Schirms sichert eine nahezu 100%ige Effektivität der Metallbenutzung.
In der Lichtquellenindustrie können Molybdänbänder mit Platin, Tantal usw. durch Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens mit einer zweckmäßig bestimmten Dichte beschichtet werden. Diese Bänder können aufgerollt und die Rollen in einer automatischen Anlage mit großer Geschwindigkeit verarbeitet werden. Gleichzeitig kann eine bedeutende Menge des nach dem bekannten Verfahren benutzten Stoffes gespart werden.
In einer konkreten Anlage, zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens können in einem Rezipienten von 600 nm Durchmesser, 1000 mm Länge und etwa 10-6 mbar Vakuum zehn Molybdänrollen mit gleichmäßiger Schichtdichte bedeckt werden.
Die Rollen enthalten je 260 m Molybdänfolie (0,025 x 2,5 mm).
Zur Beschichtung wird eine Elektronenkanonenanlage angewendet, die mit einer Leistung von 10 kW aus einem Tiegel von 10 cm3 Volumen als Quelle den Stoff verflüchtigt. Der Tiegel ist mit einer Dosierungseinheit zur Ergänzung der verflüchtigten Stoffmenge versehen. Die Verflüchtigung wird bei einer kontinuierlichen Bewegung der Folien durchgeführt. Die Geschwindigkeit der Bewegung beträgt 1 m/s; zwischen der Quelle und den Folien besteht ein Abstand von 15 cm.
Über der Quelle und den Folien ist eine den ganzen Verflüchtigungsraum bedeckende Glasglocke angeordnet, die zum Einfangen und zur späteren Rückgewinnung des verflüchtigten Metalls ausgenutzt werden kann.
Bei der vorgegebenen Leistung gewährleistet die Elektronenkanonenquelle die Verflüchtigung beliebigen Stoffes, da zur Ausbildung einer Platinschicht mit 120 nm Dicke eine Leistung von etwa 5 kW, und einer Tantalschicht derselben Dicke eine Leistung von etwa 6,5 kW benötigt ist.
Zur Beobachtung der Geschwindigkeit der Verflüchtigung wird eine mit einem Quarzkristall versehene Messanlage angewendet, die mittels Probennahme arbeitet, d.h. vor dem Kristall wird eine Blende in bestimmten Zeitabständen geöffnet. Derart kann die Schichtdichte geprüft werden.
Bei den angegebenen Parametern benötigt die Beschichtung von 10 Molybdänfolienrollen (von einer Länge. je 260 m) mit einer Platinschicht von 120 nm Dicke etwa fünf Stunden, in Betracht ziehend auch die Herstellung des Vakuums und das Auswechseln der Rollen.

Claims

Verfahren zum Löten bzw. zum Schweißen von aus schwer verbindbaren Metallen hergestellten Bestandteilen, insbesondere zum Schweißen von in der Lichtquellenindustrie angewendeten Molybdänfolie-Stromzuleitern und Wolframelektroden Patentansprüche Verfahren zum Löten bzw. zum Schweißen von aus schwer verbindbaren Metallen hergestellten Bestandteilen, insbesondere zum Schweißen von in der Lichtquellenindustrie angewendeten Molybdänfolie-Stromzuleitern und Wolfram elektroden, bei dem zwischen den zugepaßten Oberflächen der zu schweißenden oder zu lötenden Bestandteile ein Kontaktmetall angewendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmetall auf die zugepaßte Oberfläche durch Vakuumverflüchtigung oder durch Kathodenzerstäubung angebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmetall zumindest auf eine Seite der Molybdänfolie angebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktmetall Wolfram, Platin, Tantal Rhenium, Gold oder eine Legierung dieser Metalle angewendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Kontaktmetall eine Platin-Wolfram-Legierung mit einem Wolframgehalt von 5 bis 99 Gew.-% angewendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmetall mit einer Schichtdicke von 20 bis 10.000 nm angebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktmetall auf eine kontinuierlich bewegte Folie aufgebracht wird, und hinter der Folie ein wärmebeständiger Schirm angeordnet wird, und mit dem Schirm der Überfluß des verflüchtigten oder zerstäubten Kontaktmetalls eingefangen wird.