DE3345484C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen Gegenständen aus Materialien mit unterschiedlichen Wärme­ dehnungskoeffizienten, beispielsweise Dichtungen zwischen zwei Gegen­ ständen aus Glas oder Keramik, oder zwischen einem Gegenstand aus Glas oder Keramik und einem Metallgegenstand. Einer der Gegenstände kann beispielsweise eine Glaskeramik sein und der andere, der mit ihm zu verbinden ist, kann eine Nickel-Eisen-Legierung sein. Es ist ge­ wöhnlich erforderlich, daß die herzustellende Verbindung mechanisch fest ist und häufig, aber nicht immer, soll die Verbindung auch eine hermetische Abdichtung zwischen den beiden Gegenständen schaffen.

Es ist erwünscht, daß eine solche Verbindung in der Lage ist, sich einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung zwischen den Materialien der verbundenen Gegenstände anzupassen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, für solche Verbindungen das duktile Metall Indium zu verwenden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zu schaffen, das es ermöglicht, zwei Materialien mit unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten zuverlässig zu verbinden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Indium, das wenigstens im wesentlichen frei von Verunreinigungen ist, zwischen unbeschichtete Ober­ flächen der zu verbindenden Gegenstände gebracht wird, wobei die Ober­ flächen wenigstens im wesentlichen frei von Verunreinigungen sind, und daß auf die Gegenstände zyklisch Druck ausgeübt wird, um das zwischen ihnen angeordnete Indium zusammenzupressen, wodurch die erforderliche Verbindung gebildet wird.

Das Zusammenpressen der zu verbindenden Gegenstände kann bei Umgebungs­ temperatur erfolgen. Der maximale Druck bzw. die maximale Kraft wird vorzugsweise etwa 20 Sekunden lang aufgebracht.

Vorteilhafterweise kann die aufgebrachte Kraft zwischen der Maximalkraft und etwa der Hälfte dieses Wertes zyklisch oder periodisch variiert werden.

Die maximal aufgebrachte Kraft liegt etwa bei 15,5 · 10⁶ Newton je Quardratmeter.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels be­ schrieben.

Ein Gegenstand aus einer Glaskeramik mit einem linearen Ausdehnungs­ koeffizienten von 0,03 · 10^-6 je Grad Kelvin bei 20°C wird in einer bekannten Weise gereinigt und entfettet. Ein zweiter Gegenstand aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit einem linearen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als, bzw. bis zu 1 · 10^-6 je Grad Kelvin bei 20°C wird eben­ falls in bekannter Weise gereinigt und entfettet.

Die beiden Gegenstände werden sauber gehalten und in einer Halterung angeordnet, wobei ein vorgeformtes Drahtstück aus Indium mit einem Durch­ messer von 1 mm zwischen den zu verbindenden Flächen der Gegenstände ange­ ordnet und gehalten wird. Das vorgeformte Drahtstück aus Indium wird her­ gestellt unmittelbar ehe die beiden Gegenstände miteinander verbunden werden, so daß sich auf dem Indium-Rohling kein Oberflächen-Oxidfilm bildet.

Das Verfahren kann unter Umgebungsbedingungen oder in jeder anderen Atmos­ phäre ausgeführt werden, die z.B. zwischen den beiden Gegenständen einge­ schlossen werden soll. Es wird ein Maximaldruck von etwa 15,5 · 10⁶ Newton je Quadratmeter auf die Gegenstände ausgeübt über eine Zeitspanne von etwa 20 Sekunden. Der Druck wird dann auf die Hälfte des maximalen Druckes reduziert, ehe der Maximaldruck erneut etwa 20 Sekunden lang aufgebracht wird. Dieser Zyklus wird vorzugsweise zwei- oder dreimal wiederholt. Auf diese Weise wird die gewünschte Verbindung zwischen den beiden Gegenständen gebildet. Die Verbindung ist mechanisch fest, bei einer Verbindung mit einem Querschnitt von 1,3 mm² beträgt die Bruchlast 1700 Newton, durch die Ge­ schmeidigkeit oder Duktilität des Indiums wird jedoch gewährleistet, daß die Verbindung sich unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen zwischen den Materialien der Gegenstände anpassen kann. Durch die Verbindung wird eine hermetische Abdichtung zwischen den beiden Gegenständen erreicht. Unter den bei dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendeten Bedingungen bildet das Indium keine Legierung mit den Materialien der Gegenstände, obgleich die Materialien unter anderen Bedingungen eine Legierung bilden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen zwei Gegenständen ist vorteilhaft, da keine Wärme aufzubringen ist, und es kann unter Umgebungsbedingungen oder in jeder gewünschten Atmosphäre ausgeführt werden.

Das Verfahren ist relativ einfach, da die Reinigungsbehandlung einfach ist und die zusammenwirkenden Flächen der zusammenzufügenden Teile keine be­ sondere Behandlung erfordern. Diese zusammenwirkenden Flächen sollten nur wenigstens im wesentlichen planar sein, wobei auch eine einwandfreie Ver­ bindung erreicht wird, wenn die Oberflächen zerkratzt sind. Wenn die durch eine solche Verbindung geschaffene Dichtung zufällig brechen sollte, kann sie durch Wiederholung des erfindungsgemäßen Verfahrens wieder hergestellt werden.

Die Verbindung kann zwischen mehr als zwei Gegenständen ausgeführt werden und die Gegenstände können aus mehr als zwei Materialien bestehen.

Die Verbindung kann auch mit anderen Materialien als oben beschrieben ausgeführt werden, die unterschiedliche Wärmedehnungskoeffizienten haben, beispielsweise zwischen zwei Gegenständen aus Glas, oder Keramik, oder aus Metall, oder einem Gegenstand aus Glas oder Kermaik und einem Gegen­ stand aus Metall. Das keramische Material kann z.B. Siliciumoxid oder Aluminiumoxid sein, das Metall kann z.B. Messing, Kupfer, Aluminium, Stahl, Gold oder Silber sein.

Der maximal erforderliche Druck variiert mit den Materialien der zu verbindenden Gegenstände. Beispielsweise liegt der maximale Druck bei einem Gegenstand aus Gold und einem Gegenstand aus einem Keramikmaterial bei 8 · 10⁶ Newton je Quadratmeter. Andererseits liegt der maximale Druck im Bereich von 13 bis 18 · 10⁶ Newton je Quadratmeter, wenn einer der Gegenstände aus Metall ist.

Wenn es nicht erforderlich ist, daß die Verbindung auch eine hermetische Abdichtung bildet, so kann der maximal aufgebrachte Druck niedriger sein als der maximal erforderliche Druck.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen Gegenständen aus Materialien unterschiedlicher Wärmedehnungskoeffizienten, wobei die miteinander zu verbindenden Flächen gereinigt werden, so daß sie im wesentlichen frei von Verunreinigungen sind, worauf ein vorgeformtes Indiumstück zwischen diese Flächen gebracht und bei Umgebungstemperatur Druck ausgeübt wird, um das Indiumstück zwischen den Flächen zusammenzupressen, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeformte Indiumstück un­ mittelbar vor der Herstellung der Verbindung erzeugt wird, daß dann ein maximaler Druck ausgeübt wird, um das Indium zwischen den Oberflächen der Gegenstände zusammenzupressen, und daß dann wenigstens zweimal der Druck reduziert und er­ neut der maximale Druck über eine vorgegebene Zeit aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein maximaler Druck etwa 20 Sekunden lang aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgebrachte Druck zwischen dem maximal aufgebrachten Druck und etwa der Hälfte dieses Wertes zyklisch variiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als maximal aufzubringender Druck 15,5 · 10⁶ Newton je Quadratmeter gewählt wird.