DE3815956C2

DE3815956C2 -

Info

Publication number: DE3815956C2
Application number: DE19883815956
Authority: DE
Inventors: Heinrich 8900 Augsburg De Gruenauer
Original assignee: KUKA Schweissanlagen und Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 1988-05-10
Filing date: 1988-05-10
Publication date: 1990-02-15
Also published as: DE3815956A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie einen Verbundkörper mit den Merkmalen im Oberbegriff des Verfahrens- und Sachhauptanspruches.

Aus der Literaturstelle DE-Z: Keramische Zeitschrift, 25. Jahrgang, Nr. 3 (1973), S. 141 bis 143 ist ein Verfahren zum Verbinden von Metall und Keramik bekannt, bei dem die beiden Teile unter Hitze in einem Ofen zusammengepreßt und dabei etwas gedreht werden. Die Reibbewegung dient der mechanischen Zerstörung der Oxidschicht. Die Teile backen dadurch ohne Plastifizierung der Verbindungsstelle bereits nach kurzer Zeit zusammen.

Die Literaturstelle DE-B: Klock, Schoer, "Schweißen und Löten von Aluminiumwerkstoffen", Deutscher Verlag für Schweißtechnik, Düsseldorf 1977, S. 32, lehrt die Grundlagen und die Einteilung der verschiedenen bekannten Schweißverfahren in Verbindung mit Aluminium. Hierbei wird lediglich von zwei Schweißpartnern ausgegangen, die außerdem nur aus metallischen Werkstoffen bestehen. Keramik/Metall-Verbindungen sowie mehrteilige Verbindungen und Verbundkörper sind nicht erwähnt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein wirtschaftlicheres Verfahren zum Verbinden von keramischen mit anderen metallischen oder keramischen Körpern sowie einen damit hergestellten Verbundkörper aufzuzeigen, die eine hohe Festigkeit der Verbindungsstelle bieten.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Kennzeichen des Hauptanspruches.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß es sich schnell, einfach und kostengünstig durchführen läßt. Es sind damit hohe Festigkeiten der Verbindungsstelle zu erzielen, wobei die aufgeriebene Metallschicht aus dem gleichen oder einem anderen Werkstoff als der zu verbindende Metallkörper bestehen kann.

Mit dem gleichen Verfahren ist es auch möglich, zwei Keramikkörper miteinander zu verbinden. Hierbei empfiehlt es sich, beide Körper an der späteren Verbindungsstelle zu metallisieren.

Die erfindungsgemäß aufgeriebene Metallschicht haftet auf dem keramischen Körper in stärkerem Maße, als dies eine auf andere Weise aufgebrachte, beispielsweise aufgedampfte Metallschicht könnte.

Zur Herstellung des Verbundkörpers werden die Metallschicht und der Metallkörper bei einer Keramik/Metall-Paarung oder die beiden Metallschichten bei einer Keramik/Keramik- Paarung durch ein Schmelzschweißverfahren oder durch Löten verbunden. Unter einem Schmelzschweißverfahren werden beispielsweise Laser- oder Elektronenstrahlschweißen verstanden. Bei diesen Verfahren wird vorzugsweise von außen Wärme an der Verbindungsstelle zugeführt, die die Metalle aufschmelzen und sich verbinden läßt.

Der erfindungsgemäße Verbundkörper besitzt an der Verbindungsstelle eine hohe Festigkeit, sowohl in der Haftverbindung zwischen Keramikkörper und metallischer Zwischenschicht, wie auch in der Schmelzschweißverbindung.

Zum Anreiben empfiehlt es sich, das Spender-Metallteil mit Druck gegen den Keramikkörper zu pressen und die Teile relativ zueinander zu drehen. Sobald das Metall an der Reibstelle plastifiziert wird, werden die beiden Körper auseinandergezogen und voneinander getrennt. Das Anreiben ähnelt insoweit der ersten Stufe des Reibschweißverfahrens, mit dem Unterschied, daß nach der Plastifizierung beim erfindungsgemäßen Verfahren der Preßdruck aufgehoben wird. Das erfindungsgemäße Metallisieren des Keramikkörpers läßt sich damit in einer Reibschweißmaschine durchführen.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 in Seitenansicht das keramische Teil und das anzureibende Metallteil und

Fig. 2 ebenfalls in Seitenansicht den fertigen Verbundkörper.

Fig. 1 und 2 zeigen einen keramischen Körper (1), der beispielsweise aus Aluminiumoxid besteht und mit einem anderen Körper, beispielsweise einem Metallkörper (2) zu einem Verbundkörper (5) verbunden werden soll.

Gemäß Fig. 1 wird zunächst auf die Verbindungsstelle (6) am keramischen Körper (7), hier die Stirnseite eines Zylinders, eine Metallschicht (4) (vgl. Fig. 2) aufgerieben. Dies erfolgt im wesentlichen mechanisch durch ein Metallteil (3), das aus dem gleichen oder einem anderen Werkstoff als der später zu verbindende Metallkörper (2) besteht. Der keramische Körper (1) und das Metallteil (3) werden hierzu in Spannvorrichtungen (7) gehalten und axial aufeinander zubewegt, bis sie an der späteren Verbindungsstelle (6) unter leichtem Preßdruck in Reibkontakt treten. Der Preßdruck ist vom Werkstoff des Metallteils (3) abhängig und entspricht im wesentlichen dem Druck, der zum Reibschweißen erforderlich wäre.

Unter Aufrechterhaltung des Preßdruckes werden die beiden Teile (1, 3) relativ zueinander gedreht, wobei vorzugsweise das Metallteil (3) bewegt wird. Hierbei reibt sich an der Berührungsfläche eine Metallschicht ab, die auf dem keramischen Körper (1) gut haftet. Hierzu empfiehlt es sich, die Flächengrößen der beiden Teile (1, 3) gleich groß zu halten. Das Metallteil (3) kann aber auch größer sein.

Durch die Reibungswärme beginnt das Metallteil (3) an der Berührungsfläche zu plastifizieren. Sobald dies geschieht, werden die Teile (1, 3) axial auseinanderbewegt, was in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil symbolisiert ist. Zugleich wird die Drehbewegung gestopt. Der Anreibevorgang kann zeit- oder druckgesteuert ablaufen.

Auf dem keramischen Körper (1) befindet sich nun eine sehr dünne Metallschicht (4). Diese kann je nach Metall im Bereich zwischen wenigen Tausendstel und wenigen Zehntel Millimetern liegen. Praxisversuche haben gute Ergebnisse mit aufgeriebenen Metallschichten aus Aluminium, Nickel, Nickelbasis-Legierungen (Inconel), 42 CrMo 4-Stahl, NiCr 20 TiAL (Nimonic) und Molybdän oder Molybdän- Legierungen (TZM) ergeben.

In einem zweiten Arbeitsschritt werden anschließend der keramische Körper (1) und ein Metallkörper (2) unter Zwischenlage der Metallschicht (4) durch ein Schmelzschweißverfahren miteinander verbunden. Desgleichen können auch zwei entsprechend den vorstehenden Schritten metallisierte Keramikkörper (1, 2) über ihre jeweils aufgeriebene Metallschicht (4) miteinander verbunden werden. Vorzugsweise werden die Teile an der Verbindungsstelle (6) miteinander verlötet. Die Wahl des anzureibenden Metalls richtet sich vorzugsweise nach der für das Schmelzschweißverfahren günstigen oder erforderlichen Werkstoffpaarung. Für einen breiten Anwendungsbereich haben sich Aluminium bzw. eine Aluminiumlegierung als günstig erwiesen.

Stückliste:

(1) keramische Körper
(2) anderer Körper, Metallkörper, metallisierter Keramikkörper
(3) Metallteil, Anreibteil
(4) Metallschicht
(5) Verbundkörper
(6) Verbindungsstelle
(7) Spannvorrichtung

Claims

1. Verfahren zum Verbinden von keramischen mit anderen metallischen oder keramischen Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß auf den keramischen Körper (1) an der Verbindungsstelle (6) eine metallische Schicht (4) durch Anreiben aufgebracht wird, wobei die Schicht (4) von einem Metallteil (3) abgetragen wird, und daß anschließend der metallisierte keramische Körper (1) und der andere Körper (2) durch ein Schmelzschweißverfahren oder durch Löten verbunden werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anreiben der keramische Körper (1) und ein Metallteil (3) aneinander unter leichtem Preßdruck gedreht und nach Plastifizierung des Metalls wieder getrennt werden.

3. Verbundkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verbindungsstelle (6) eine angeriebene Metallschicht (4) angeordnet ist.