DE3317534A1

DE3317534A1 - Ein- und durchfuehrungsisolator aus glas und verfahren zu dessen herstellung (glas-metall-leiter-durchfuehrung)

Info

Publication number: DE3317534A1
Application number: DE3317534A
Authority: DE
Inventors: Leonard J. 07052 West Orange N.J. Box; David 90025 Los Angeles Calif. Kellermann; Hillel 90034 Los Angeles Calif. Kellermann
Original assignee: KELLERMAN DAVID 90404 SANTA MONICA CALIF US
Current assignee: KELLERMAN DAVID 90404 SANTA MONICA CALIF US
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1983-05-13
Publication date: 1983-11-17
Also published as: US4587144A; JPS5941824A

Description

Beschreibung

Ein- und Durchführungsisolator aus Glas und Verfahren zu dessen

Herstellung (Glas-Metall-Leiter-Durchführung)

Die Erfindung betrifft einen Druck-Durchführungsisolator bzw. Druck-Glas-Metall-Ein- bzw. -Durchführungen und Stromdurchführungen, auch Glas-Ein- bzw. -Durchführungsisolatoren genannt. Derartige Isolatoren werden meistens als Ein- und Durchführungen für Signalleiter in hermetisch abgedichteten metallgekapselten Kondensatoren, Relais oder anderen elektronischen Bauelementen verwendet.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Herstellen hermetisch abgedichteter Durchführungsisolatoren für Kondensatoren, die für Wechselstrom oder gepulste Gleichstromimpulse hoher Stromstärke benutzt werden. Es hat sich herausgestellt, daß hermetisch abgedichtete Glas-Ketall-Durchführungen zu Erwärmung und Leistungsverlust führen, wenn sie als Durchführungen für Signalleiter benutzt werden, die pulsierende Ströme von hoher Stromstärke führen.

Die Herstellung von Druck-Durchführungsisolatoren mit hermetisch abgedichteten Glas-Metall-Durchführungen ist an sich bekannt (US-PS 3 035 372). Derartige Isolatoren weisen einen

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äußeren Metalldruckring auf, der einen ringförmigen Glasknopf festhält, durch den eine koaxiale Leiteranordnung führt die eine äußere Hülse bzw. Öse und einen inneren Leiter enthält. Meistens handelt es sich bei dem inneren Leiter um einfachen Kupferdraht einer für die durchzuleitende Stromstärke ausreichenden Dicke. Die äußere Hülse bzw. Öse, die den Draht umgibt, hat die Aufgabe, die wichtige Glas-Metall-Verbindung herzustellen, die für die hermetische Abdichtung nötig ist. Solche Druckdurchführungen werden meistens in verschiedenen Herstellungsschritten produziert. Beim ersten Herstellungsschritt, einer Hochtemperaturstufe, wird der fiing, der Glasknopf und die Öse gebrannt, um eine einheitliche abdichtende Anordnung zu bilden. Diese Anordnung wird an einem Becher, z.B. einer zylindrischen Hülse,angebracht, der die elektrischen Bauelemente, z.B. einen Kondensator enthält, so daß die Zuleitung des Kondensators durch die Öse der im voraus gefertigten Durchführung hindurchragt. Dann wird in einer zweiten Verfahrensstufe die Kondensatorkapsel und die Durchführung durch Verlöten bei einer sehr viel niedrigeren Temperatur als der Anfangstemperatür zum Herstellen der Durchführung verbunden. Der Leiter wird auf ähnliche Weise irit der Öse verlötet.

Gemäß dem Stand der Technik muß das Außenglied (1) aus gewöhnlichem Stahl, das Glasglied (2) aus Kali-Natron oder

Kali -Blei und die innere öse (3) aus Nickel 52 hergestellt sein, einer Eisennickellegierung, die ca. 52 % Nickel und k8 % Eisen enthält. Eine Untersuchung der Wärmedehnungseigenschaften der genannten Werkstoffe zeigt, daß der Außenring (1) eine größere Wärmedehnung als Glas und als das mittlere Glied hat, so daß das Glas radialer Kompression ausgesetzt wird. Nickel $2 hat einen Wärmedehnungskoeffizienten, der geringfügig niedriger ist als der des Glases. Infolgedessen überträgt der Außenring (1) radiale Kompression in das Glas (2), die an die innere öse (3) weitergegeben wird. Für "JÖF7

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Gläser der genannten Art, beispielsweise Corning 9010 oder 9013 kann mit Nickel yi eine gute Verbindung geschaffen werden. Die physische Stärke und hermetische Dichtheit ist beim Stand der Technik ausgezeichnet, und auch die physische Unversehrtheit und elektrische Leistung ist ausgezeichnet, wenn es um die Leitung nicht pulsierenden Gleichstroms bei den gerade beschriebenen Durchführungen geht.

Bei der zunehmenden Auslegung von Schaltkreisen für pulsierende und Wechselströme hat sich erwiesen, daß ein starker Leistungsverlust eintritt, wenn Hochfrequenzsignale die Öse aus Nickel 52 auf dem Weg durch den Kupferleiter passieren müssen. Bei ausreichend hohem Signalenergieniveau kann die Temperatur der Öse möglicherweise so stark ansteigen, daß die Weichlotverbindung schmilzt, die die hermetische Abdichtung zwischen dem Kupferleiter und der Öse herstellt. Bei diesen elektronischen Schaltkreisen erfordert die resultierende Leistungsaufnahme, daß die Schaltkreise mehr Leistung zur Verfügung stellen. Das führt zu einer Vergrößerung an Gewicht und Dimensionen für die elektronischen oder elektrischen Vorrichtungen, um die Verluste, die durch die hermetische Abdichtung entstehen, auszugleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, druckfeste Glasdurchführungen der obengenannten Art dahingehend zu verbessern, daß sie bei Verwendung für gepulste Ströme von hoher Stromstärke bedeutend weniger Erwärmung und Leistungsverlust nach sich ziehen als die bekannten Durchführungen.

Ein diese Aufgabe lösender Durchführungsisolator und ein Herstellungsverfahren für denselben sind mit ihren Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend soll die Erfindung am Beispiel der Herstellung einer hermetisch abgedichteten Glas-Metall-Druckdurchführung beschrieben werden, die für einen in eine Metallhülse einge-

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kapselten Kondensator benutzt wird. Sie ist allerdings auch i bei ähnlichen Bauteilen anwendbar, z.B. Relais mit Metall- : kapsel und sonstigen hermetisch abgedichteten elektronischen Bauelementen.

Es zeigte sich bei Untersuchungen, daß bei den bekannten Durchführungsisolatoren die Verluste hauptsächlich ferromagnetischer Art sind und teilweise auf Skin-Effekt oder Wirbelströme zurückzuführen sind.

Überraschenderweise hat sich erwiesen, daß von den zur Verfügung stehenden nichtmagnetischen Werkstoffen, die zu den geeigneten Isolatorgläsern passen, die Legierung "Hastelloy B"

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(die im wesentlichen aus 65 % Nickel und JO % Molybdän besteht}, einen ausreichend niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten hat.

Die Ausführung des Durchfuhrungsisolators mit der Legierung Hastelloy B erwies sich als vollkommen zufriedenstellend und ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung. "Hastelloy B" ist ein Warenzeichen der Cabot Corporation, Kokomo, Indiana.

In Untersuchungen ist festgestellt worden, daß Druck-Durchführungsisolatoren aus Glas und Metall zu Erwärmung und Leistungsverlust führen, wenn sie als Durchführungen für Signalleiter dienen, die gepulste Ströme von hoher Stromstärke führen. Die genannten Auswirkungen beruhen, wie sich nunmehr erwiesen hat, auf einer Induktionserwärmung des Nickel 52, aus dem das Innenglied bzw. die Öse besteht.

Der Grund für die Erwärmung ist nicht genau bekannt und könnte vielleicht fälschlicherweise der Konstruktion des Kondensators oder einer dielektrischen Erwärmung des Glasisolators oder anderen der beteiligten Bauelemente zugeschrieben werden. Eine Isolierprüfung ergab, daß die kleine Öse aus Nickel QOPY 52, durch die ein stromführender Leiter sich erstreckte, ohne

weiteres erwärmt wurde, insbesondere wenn der Innendurchmesser der Öffnung dem Durchmesser des Drahtes ziemlich nahe lag, wie das bei Durchführungsisolatoren dieser Art üblich ist. Man ging davon aus, daß dieser Erwärmungsmechanismus einer HF-Induktionserwärmung (d.h. magnetischer Induktionserwärmung und Wirbelstrominduktionserwärmung oder einer beliebigen Kombination) direkt analog sei. Der Ersatz der Öse in diesem Versuch durch eine nichtmagnetische Öse aus rostfreiem Stahl führte zu praktisch überhaupt keiner Erwärmung. Allerdings kann ein Druck-Durchführungsisolator dieser Art zur Verwirklichung der genannten Ergebnisse nicht konstruiert werden, da rostfreier Stahl in hermetischen Verbindungen von Glas und Metall ungeeignet ist, weil sein Wärmedehnungskoeffizient zu hoch ist. Ein nichtmagnetisches Metall mit gutem Verbindungsvermögen gegenüber Glas war also erwünscht. Es sollte außerdem einen akzeptablen Wärmedehnungskoeffizienten haben. Von allen ohne weiteres zur Verfügung stehenden Legierungen hat nur die Le-

Gew. gierung Hastelloy B (die im wesentlichen aus 65 % Nickel und 30^Molybdän besteht) einen hinreichend niedrigen Wärmedehnungskoeffizienten, ist als nichtmagnetisch bekannt und läßt sich gut mit Glas verbinden. Die Ausführungsform eines Durchführungsisolators mit Hastelloy B hat sich als völlig zufriedenstellend erwiesen und ist das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Auch die Wahl des Werkstoffes für das innere Ösenglied hat kritische Bedeutung. Dieser Werkstoff muß folgende Merkmale erfüllen: 1.) Er muß nicht-ferromagnetlsch sein, 2.) er muß während des Dichtungsvorganges gutes chemisches Bindevermögen haben, 3.) der Wärmedehnungskoeffizient muß mit dem Glas verträglich sein, um die hermetische Abdichtung aufrechtzuerhalten, h.) die Elastizitätseigenschaften der Legierung sollten mit Glas verträglich sein, um einen Ausgleich der erzeugten Kompressionskräfte zu ermöglichen, ohne dabei zu unnötig hoher Belastung zu führen, und 5·) der Werkstoff muß verhältnis-

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mäßig preisgünstig sein.

Es hat sich gezeigt, daß die allgemein als Hastelloy B bekannte Legierung die nötigen Eigenschaften hat, und nicht nur vollkommen geeignet sondern auch die bevorzugte Metalllegierung für die Erfindung ist. Hastelloy B ist eine Legierung, die zu ca. 64 % aus Nickel und 2ö$"aus Molybdän besteht, wobei weitere Prozentsätze an Legierungsmaterial auf ca. 0,5 % Kohlenstoff, 5 % Eisen, 2,5 % Kobalt und 1 % Chrom beschränkt sind. Diese Legierung wird aufgrund ihrer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit viel verwendet. Der Wärmedehnungskoeffizient von Hastelloy B beträgt ca. 100 cm/cm χ 10 /⁰C, und diese Legierung läßt sich sehr gut mit Gläsern, wie Corning 9013 und 9010 verbinden, deren Wärmedehnungskoeffizienten ca. 95 cm/cra χ 10" / C betragen.

Versuche haben auch gezeigt, daß die Verwendung eines nichtferromagnetischen Außenringes die Auswirkungen der Induktionserwärmung weiter reduziert.

Gemäß der Erfindung wird ein nichtraagnetischer Außenring aus Monel oder einem nichtmagnetischen rostfreien Stahl JOh benutzt, um die Induktionserwärmung zu verringern. Das Innenglied ist ein hohles oder massives Rohr. Das Glas ist Corning 9013 und 9010.

In der vorliegenden Beschreibung wird die Einheit: Wärmedehnuncrskoef.fizient - cm/cm/°C χ 10~⁷ benutzt.

Ehe man sich an die Lösung des Problems machte, wurde auch erwogen, Kupfer-Glas-Isolatoren zu verwenden. Allerdings sind diese aus folgenden Gründen nicht praktisch: die Art des bei Kupferisolatoren verwendeten Glases ist in Lösungen löslich, die zum Plattieren benutzt werden, und Kupfer muß vor dem

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Verfahrensschritt der Abdichtung plattiert werden, um eine gute Metall-Glas-Verbindung sicherzustellen. Außerdem bleibt bei Kupfer-Glas-Durchführungsisolatoren die hermetische Abdichtung nach zyklischen Temperaturschwankungen nicht erhalten.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines scheraatisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Kondensators mit einem Druck-Glas-Metall-Durchführungsisolator gemäß der Erfindungi

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch einen der Druck-Durchführungsisolatoren gemäß Fig. Ii

Fig. 3 eine auseinandergezogene Darstellung eines Enddurchführungsisolators und des Kondensators der Anordnung gemäß Fig. 1.

In den Figuren 1 und 3 ist ein Kondensatorbauteil gemäß der Erfindung gezeigt, welches als Kapsel eine äußere Metallhülse 10 aufweist, die einen Kondensator 12 umgibt, der gegenüber der Metallhülse durch eine Kunststoffhülle 14 isoliert sein kann. Zu dem Kondensator führen elektrische Leiter in Form von Drähten 16, 18, die durch Enddurchführungsisolatoren 20 geführt sind. Jede Enddurchführung ist hermetisch abgedichtet und weist einen äußeren Metöllring 22 auf, der eine Glasscheibe 24 zusammendrückt, welche eine Metallöse 26 umgibt, mit der sie verschmolzen ist. Das Zusammensetzen dieser Einheit erfordert, daß die verschiedenen Teile körperlich in der genannten Weise angeordnet und dann die Verbindungsstellen zwischen dem Metallring 22 und der Metallhülse 10 einer hochfrequenten oder sonstigen Erwärmung ausgesetzt werden, um eine Weich- oder Hartlotlegierung zum Schmelzen zu bringen, die diese Teile miteinander verbindet. Die Metallösen 26 an jedem Ende sind durch direkte Flamraenerwärmung mit den entsprechenden Drähten 16, verlötet.

Die früher auftretenden Schwierigkeiten aufgrund der Erwär- \ mung von Kondensatorbauelementen konnten schließlich auf die Erwärmung der Öse zurückgeführt werden. Die Metallöse dient ^: als Übergang vom Glas zum Leiter selbst und ermöglicht die Her stellung des Durchführungsisolators als gesondertes Bauelement was dessen Herstellung in spezialisierten Glaswerken ermöglicht, während das Bauelement selbst ebenso wie andere elektrische Bauelemente hergestellt werden kann, um dann durch Hart- oder Weichlöttechniken mit dem Durchführungsisolator ver· schmolzen zu werden. Die Öse muß eine Reihe wünschenswerter Merkmale aufweisen, wenn sie erfolgreich eingesetzt werden soll. So hat sich erwiesen, daß bei Herstellung der Öse aus einem bei der Betriebstemperatur nicht-ferromagnetischen Werkstoff InduktionswärmeVerluste auf ein Niveau reduziert werden können, welches beträchtlich unter den gegenwärtigen Erfahrungswerten liegt, und daß die Öse dann zur Verwendung unter strengen Bedingungen geeignet ist, wo die minimale Baugröße von äußerster Wichtigkeit 1st.

Die allgemein als Hastelloy B bekannte Legierung hat sich als für diesen Zweck völlig geeignet erwiesen und stellt eine bevorzugte Metallegierung zur Verwendung im Zusammenhang mit der Erfindung dar. Hastelloy B ist eine Legierung, die zu ca. bh $ aus Nickel und 28 % aus Molybdän besteht, wobei weitere Prozentsätze an Legierungsmaterial auf ca. 0,^/TKohlenstoff, 5^'Eisen, 2,y$" Kobalt und 5^e$" Chrom beschränkt sind. Diese Legierung ist wegen ihrer außerordentlich guten Beständigkeit gegen Korrosion weit verbreitet, insbesondere in dem Zustand so wie geschweißt ohne weitere Behandlung. Für die Verwendung dieser Legierung in der genannten Weise stehen Daten zur Verfügung, während es verhältnismäßig wenig elektrische und magnetische Angaben zur Verwendung im vorliegenden Anwendungsfall gibt. Trotzdem hat Hastelloy B einen niedrigen Curie-Punkt, so daß diese Legierung bei Betriebstemperaturen bis herab zu -65° C nicht-ferromagneti sch ist. Insgesamt ist der Wärmedehnungskoeffizient ungefähr 100 cm/cm χ 10""^/° C, und

die Legierung haftet bei entsprechender Behandlung gut an Gläsern, wie Corning 9013 und 9010, deren Wärmedehnungskoeffizienten ca. 95 cm/cm χ 10 /⁰C. Hastelloy B ist im wesentlichen "bei allen Betriebstemperaturen paramagnetisch und hat geringe magnetische und elektrische Verluste. Vermutlich ist auch Platin, Palladium und die Nickel-Wolframlegierung erfindungsgemäß verwendbar, aber diese Werkstoffe haben einen oder mehrere Nachteile, meist hinsichtlich ihrer Kosten und Verfügbarkeit.

Die nachfolgende Analyse beruht auf einer Durchsicht der Literatur und dient zur Erleichterung des Verständnisses

der Erfindung und der Art und Weise, in der nützliche Werkstoffe unterschieden werden können. Hastelloy B hat unter dem Gesichtspunkt der HF-Erwärmung ein ausgezeichnetes Induktionserwärmungsvermögen. Die Eindringtiefe der HP-Erwärmung steht in Beziehung zum spezifischen Widerstand der Masse und der magnetischen Permeabilität als Punktion der Temperatur, so daß bei steigender Temperatur der spezifische Widerstand zunehmen sollte,was für Hastelloy B zutrifft. Außerdem nimmt bei steigender Temperatur die magnetische Permeabilität ab, so daß die Penetration größer ist. Die Induktionserwärmung hängt auch von der dritten Potenz der Hagnetfeldkonzentration ab, so daß es besonders wichtig ist, das bestmögliche Eindringen zu erzielen, um eine starke Oberflächenerwärmung zu vermeiden. Diese Faktoren können bei gewissen Bedingungen der Stromführung zutreffend sein oder auch nicht, sie können aber anwendbar werden, wenn die Feldstärke bedeutend zunimmt. Platin ist wahrscheinlich etwas weniger zufriedenstellend in der obigen Analyse, aber immer noch geeignet. Ähnliche Merkmale der Nickel-Wolframlegierung und von Palladium sind nicht verfügbar.

Was die Wärmedehnung betrifft, ist Hastelloy B ausgezeichnet, da es mit einem großen Bereich an verfügbaren Gläsern ver-

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träglich ist. Auch Platin ist ebenso ausgezeichnet wie Palladium. Ausgehend von Vorhersagen anhand der bekannten Dehnungskoeffizienten für Nlekel-Wolfram und wegen der bedeutenden Ähnlichkeit der Curie-Temperaturkurve in den Phasendiagrammen der Nickel-Wolframsysteme bis zu Nickel-•'Kolybdän ist wahrscheinlich die Nickel-Wolframlegierung gut bis ausgezeichnet.

Was das Verbinden mit Gläsern betrifft, ist Hastelloy B ausgezeichnet, insbesondere wenn es mit verhältnismäßig herkömmlichen Verfahrenstechniken zusammengesetzt wird, wie nachfolgend kurz umrissen wird. Sowohl Platin als auch Palladium haben bekannte Bindefähigkeiten, die mindestens befriedigend sind. Bindefähigkeitsmerkmale der Nickel-Wolframlegierung sind nicht bekannt. Zu den elektrischen Eigenschaften der Metalllegierung, aus der die Öse besteht, gehört ein spezifischer

Widerstand, der niedrig ist, da er die Hauptquelle derl R-Erwärmung ist, wenn die Konstruktion erfordert, daß die Öse Strom führt. Wenn die Öse Jedoch ein Zwischenbereich ist, der z.B. einen Kupferleiter von hohem Leitvermögen umgibt, 1st der

I R-Verlust auf jeden Fall gering, so daß eine derartige koaxiale Anordnung erwünscht ist. Die koaxiale Gestaltung einer Öse aus Hastelloy B mit einem Leiter von hohem Leitvermögen, bsispielsweise Kupfer ist ausgezeichnet. In diesem Zusammenhang sei vielleicht noch darauf hingewiesen, daß der elektrische Widerstand verschiedene Rollen spielt, und daß der exakte Mechanismus für ein bestimmtes Signal sich von dem anderer Signale unterscheiden kann. So hat sich gezeigt, daß es erwünscht ist, einen hohen elektrischen Widerstand zu haben, um Wirbelstromverluste auf ein Minimum einzuschränken. Hiervon ausgehend scheint es, als ob ein zusammengesetztes. Bauteil mit einer Öse aus Hastelloy und einem Kupferleiter die am meisten zufriedenstellende Kombination unter dem Gesichtspunkt des Erhaltes eines nlcht-ferromagnetisehen Werkstoffs ist, um den Hystereseverlust der Beanspruchung und Rotation auszuschalten,'

daß der spezifische Widerstand der Öse groß ist, um Wirbelstromverluste durch Induktion auf ein Minimum zu reduzierenf daß die Kosten dieser Werkstoffe verhältnismäßig niedrig sind, und daß der Wärmedehnungskoeffizient und die Temperaturabhängigkeit mit Glas verträglich ist.

Die eisenlegierung muß guten chemischen Widerstand gegen Korrosionen mäßiger Art aufweisen und gute chemische Bindefähigkeit bei Glasabdichtungsvorgängen haben. Es ist nützlich, wenn ein Oxidfilm gebildet werden kann, damit eine gute Glas-Metall-Verbindung erzielbar ist. Da die Kosten für Hastelloy B verhältnismäßig niedrig sind, handelt es sich hierbei um einen ausgezeichneten Werkstoff, während die Kosten für Platin so hoch sind, daß sich Platin außer in den ungewöhnlichsten Fällen von selbst verbietet.

Da die elektromagnetische Stabilität all dieser Werkstoffe groß ist, stellt sie keinen Faktor dar. Das gilt auch für die Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Wärmediffusion oder spezifische Wärme. Die Verformbarkeit von Platin ist ausgezeichnet, während sie im Fall von Hastelloy B nur befriedigend ist.

Die Elastizitätseigenschaften der Legierung sollten mit der Glasscheibe und mit dem äußeren Druckring verträglich sein, damit ein Ausgleich der erzeugten Zusammenpreßkräfte möglich ist, ohne daß übermäßig hohe Beanspruchungen entstehen. Für diesen Anwendungsfall hat sich Hastelloy B als gut erwiesen, während die Elastizitätseigenschaften von Platin in diesem Zusammenhang nicht bekannt sind, obgleich die Dehnungsdaten gut und die Biegsamkeit mindestens befriedigend zu sein scheinen. Es ist zu bedenken, daß die Eigenschaften der chemischen Bindefähigkeit sowie die therraoelastischen Eigenschaften von Platin eine so große Anzahl von Variablen aufweisen, daß es schwer ist, eine mit Sicherheit befriedigende Legierung vorherzusagen geschweige denn aufzufinden. Es ist also ein überraschendes Ergebnis, daß eine so verhältnismäßig allgemein bekannte Legie-

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rung wie Hastelloy B alle die Eigenschaften hat, die ein gut Isolator haben sollte, und nur verhältnismäßig wenige, wenn überhaupt irgendwelche Nachteile. Es hat sich herausgestellt,! daß die Kombination aus einem einfachen äußeren Durchführung ring mit Glas und Hastelloy B zu einem Durchführungsisolator von ungewöhnlich hoher Qualität führt, der, soweit es die bis herige Untersuchung zu erkennen gibt, keine chemischen oder mechanische oder elektrische Nachteile hat.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß Hastelloy B eine verhältnismäßig alte Legierung ist, die schon seit etwa hO Jahren be kannt ist. Allerdings war es anfangs schwierig, die Legierung mit gesteuertem Silizium- und Kohlenstoffgehalt herzustellen, was ein Ausfällen von Karbiden verhüten kann. Das ist mit der Legierung Hastelloy B-2 im wesentlichen überwunden worden. Allerdings kommt es hier auf diese Eigenschaft nicht wesentlich an, und es ist sowohl die ältere Legierung Hastelloy B-I als auch die neuere Legierung Hastelloy B-2 zufriedenstellend.

Insgesamt gehört zur Netallvorbereitung, daß die Legierung Hastelloy durch eine heiße Wasserstoffatmosphäre von hoher Feuchtigkeit geführt wird, die als Reduktionsmittel dient und eine gute Verbindungsfläche (gegenüber Glas) schafft.

Zusätzlich zu der wesentlichen Minderung der Erwärmung durch den Ersatz eines nicht-ferromagnetischen Metalls oder einer derartigen Legierung in der Öse hat sich erwiesen, daß eine weitere Verringerung der Induktionserwärmung erreicht wird, wenn ein nicht-ferromagnetischer rostfreier Stahl, z.B. SS als Werkstoff für den äußeren Kompressionsring benutzt wird. Um die gewünschte Kompression zu erreichen, sollte der Wärmedehnungskoeffizient in jedem Fall hoch sein. Bostfreier Stahl 304 ist mit einem Wert von 190 cm/cm/°C zufriedenstellend.

/ft.

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Claims

Ansprüche :

1 J Verfahren zum Herstellen einer Glas-Metall-Leiterdurchführung durch ein Metallgehäuse zu elektrischen und elektronischen Bauteilen, bei dem eine isolierte, hermetisch abgedichtete Durchführung zwischen dem Gehäuse und einem zu demselben führenden Leiter zum Halten desselben gebildet ist, bei dem die Durchführung unabhängig von dem Gehäuse mit den elektrischen Bauteilen aus einerr äußeren Metallkompressionsring (22), einer von diesem umgriffenen Glasscheibe (24) und einer von dieser umschlossenen Metallöse (26), durch die der Leiter führt, gebildet wird und anschließend die Durchführung mit dem Gehäuse (10) zusammengesetzt, der Leiter hindurchgeführt und der Ring mit dem Gehäuse und der Leiter mit dem Durchführungsleiter verlöted wird,
dadurch gekennzeichnet ,

daß die öse aus nicht-ferromagnetischem Metall oder einer Legierung hergestellt wird, deren Wärmedehnungskoeffizient dem der Glasscheibe angepaßt ist und geringe magnetische und elektrische Induktionsverlusteigenschaften hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet ,

daß das ösenmetall bzw. die Legierung aus der Gruppe von Legierungen aus Nickel und Molybdän mit einem Molybdän-Prozentsatz von mehr als ca. 10 % und einem Curie-Punkt deutlich unterhalb 0⁰C, Nickel-Wolframlegierungen, bei denen der Wolfram-Prozentsatz höher

als ca. 10 % ist und. der Curie-Punkt niedriger als 0° C, Platin, Palladium, sowie Legierungen derselben ausgewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I₁

dadurch gekennzeichnet , daß das nicht-ferromagnetische Metall bzw. die Legierung mindestens unter allen Betriebstemperaturen paramagnetisch ist.

k. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß das Glas unter den Kali /Blei- und Kali· /Natron-Blei-Gläsern ausgewählt wird, deren Wärmedehnungskoeffizient ca. 90 bis ca.

125 cm/cm/°C χ ΙΟ"⁷ beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß das nicht-ferromagnetische Metall die Nickel-Molybdänlegierung etwa der Formel von Hastelloy B ist, deren Wärmedehnungskoeffizient ca. 100 cm/cm/°C χ 10"⁷ beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß das äußere Ringteil aus Monel oder einem nichtmagnetischen rostfreien Stahl hergestellt wird.

7. Glas-Metall-Durchführung mit einem Außenring aus Metall und einer inneren Metallöse, einer ringförmigen Glasscheibe, die in erhitztem Zustand hergestellt wird, so daß das Glas nach dem Abkühlen von dem Hing zusammengepreßt wird und seinerseits die Öse zusammenpreßt, für einen elektrischen Leiter, der durch die Öse hindurchgeführt und mittels Lot mit ihr verbunden wird, dadurch gekennzeichnet , daß die Öse aus einem Werkstoff besteht, der mit dem hindurchgeführten Leiter mittels

Lot verbindbar und! mit dem Glasbauelement verbindbar ist und einen Wärmedehnungskoeffizienten hat, der dem des Glases angepaßt ist, und daß der Werkstoff nicht-ferromagnetisch ist und dabei geringe magnetische und elektrische Induktionsverluste aufweist, wobei die von demselben ausgehende Erwärmung auf ein Minimum eingeschränkt ist.

8. Glas-Metall-Durchführung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Öse aus einer' Legierung aus Nickel und Molybdän hergestellt ist, die ; aus 65 bis 7* % Nickel und 26 bis JO % Molybdän zusammengesetzt ist.

9. Glas-Metall-Durchführung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die nicht-ferromagnetische Öse aus Werkstoffen hergestellt ist, die aus der Gruppe aus Nickellegierungen mit einem so hohen Prozentsatz an Molybdän oder Wolfram, daß der Curie-Punkt unterhalb 0° C liegt, Palladium, Platin, sowie Legierungen derselben ausgewählt sind.

10. Glas-Metall-Durchführung nach Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Werkstoff der Öse einen magnetischen Übergang zu nicht-ferromagnetisch hat, der zur Ausschaltung von Induktionsverlusten niedriger ist als jede zu erwartende Betriebstemperatur.

11. Glas-Metall-Durchführung nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet , daß der Kompressionsring auch nicht-ferromagnetisch ist.

12. Glas-Metall-Durchführung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß der Kompressionsring aus nicht-ferromagnetischem rostfreiem Stahl besteht.

13· Glas-Metall-Durchführung nach Anspruch 12„ dadurch gekennzeichnet , daß der rostfreie Stahl die unmagnetische 304-Legierung ist.

Glas-Metall-Durchführung nach Anspruch 7, die einen durch eine Glaswand führenden Leiter umgibt und eine Öse aus nicht-ferromagnetischem Werkstoff hat, dadurch gekennzeichnet , daß das Glas unter Gläsern ausgewählt ist, deren Wärmedehnungskoeffizient ca. 90 bis 12> ßeirag^und zu denen Kali /Blei-Glas und Kali/ Natron-Blei-Gläser gehören, daß die Öse aus einem Werkstoff hergestellt 1st, der aus der Gruppe aus Nickel-Molybdänlegierungen mit einem Nickel-Prozentsatz von 65 % bis 74 % und einem Molybdän-Prozentsatz von 26 % bis jB %, Nickel-Wolframlegierungen, die einen so hohen Wolfram-Prozentsatz haben, daß der Curie-Punkt unterhalb der zu erwartenden Betriebstemperatur liegt, Palladium, Platin sowie Legierungen derselben ausgewählt ist.

15t Glas-Metall-Purchführung nach Anspruch 7, die einen hindurchgeführten Leiter umgibt, mit dem sie verlötet ist, gekennzeichpie fc durch eine Glas-Keramik-Wand, eine zwischen dem Leiter und der Glaswand oder Scheibe angeordneten Öse, die aus einer nioht-ferromagnetischen Legierung oder einem Metall hergestellt ist, welches bei der Betriebstemperatur nicht-ferromagnetische Eigenschaften aufweist und eine Wärmedehnungseigenschaft hat, die zum Abdichten mit unter Wärme erweichtem Glas und zum Abkühlen geeignet ist, wobei die Öse mit-geringen elektrischen und magnetischen Verlusten aufgrund der in der Öse Induzierten Ströme arbeitet.

16. Glas-Metall-Durchführung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Nickel-Wolframlegierung ca. 20% Wolfram enthält.

17. Glas-Metall-Durchführung mit einem äußeren Metallring und einer inneren Metallöse, einer ringförmigen Glasscheibe, die unter Erhitzen so geformt ist, daß das Glas nach dem Abkühlen unter Kompression durch den Ring steht und dadurch seinerseits die Metallöse zusammenpreßt, und einem elektrische Signale führenden Leiter, der durch die Metallöse geführt und mittels Lot mit dieser verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet , daß die Öse aus einem Werkstoff besteht, der zur Verbindung mit dem hindurchgeführten Leiter mit einem Lot und zur Verbindung mit dem Glasbauelement geeignet ist und einen Wärmedehnungskoeffizienten hat, der dem des Glases angepaßt ist, und daß das Material der Öse nicht-ferromagnetisch ist und geringe magnetische und elektrische Induktionsverluste aufweist, wobei die Erwärmung auf ein Minimum eingeschränkt ist.