DE3832094A1 - Metall-keramik-verbundkoerper und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Metall-Keramik-Verbundkörper, der mindestens an zwei Seiten, meist gegenüberliegend, Metallteile aufweist und zum Verbinden von Bauelementen in der Elektrik oder Elektronik bei gleichzeitiger Isolationswirkung eingesetzt wird. Das Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Verbundkörpers beinhaltet den Einsatz von einem Spreizdorn mit Spannteilen.

Zum Isolieren von Bauelementen bei deren Montage werden in der Regel Keramikringe eingesetzt, die in einem vorausgehenden Ar­ beitsschritt zu Metall-Keramik-Verbundkörpern, bestehend aus einem Keramikring und mindestens einem Metallring, bearbeitet worden sind. Der übliche Aufbau weist einen Keramikring auf, der beiderseits mit Metallringen verbunden ist. Für die Kon­ struktion, Werkstoffauswahl und für die Wahl der Parameter beim Herstellungsverfahren derartiger Isolierkörper sind die Einsatzbedingungen maßqebend. Gestaltung und Qualität der Ver­ bindungsstellen sind speziell von der Temperaturbelastung bei der Herstellung des Verbundkörpers abhängig. Die häufigste Herstellung von Keramik-Metall-Verbundkörpern geht vom Keramik­ körper aus und verbindet diesen in verschiedenen Verfahren mit den entsprechenden Metallteilen. Dies kann durch Kleben, Elektronenstrahl- oder Thermokompressionsschweißen, Besputtern und anschließendes Löten, Metallisieren und anschließendes Löten oder durch Sedimitationsverfahren geschehen. Der dadurch hergestellte Metall-Keramik-Verbundkörper sollte neben seiner Isolationsfähigkeit mechanische Tragfähigkeit und Vakuumdicht­ heit am Keramikkörper und an den Verbindungsstellen aufweisen.

Nachteilig bei den genannten Verfahren ist teilweise die Anfälligkeit der Verbindungszone gegen hohe Temperaturbelastun­ gen, die große Anzahl von Verfahrensschritten oder ein nicht vakuumdichter Keramikskörper.

Herstellungsverfahren für ein Metall-Keramik-Verbundkörper, die Spreizdorne einsetzen, waren bisher nicht anzuwenden, da nach jedem Spritzvorgang die Konturen der Spreizdorne derart mit Keramik angefüllt waren, daß eine weitere Verwendung nicht mehr möglich war. Der Einsatz von konisch zulaufenden Dornen bereitet jedoch bezüglich der nach der Herstellung folgenden Trennung zwischen Dorn und Werkstück besondere Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen vakuumdichten und mechanisch tragfähigen Metall-Keramik-Verbund­ körper zum Einsatz als Isolationselement und ein Verfahren zu dessen Herstellung zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 3 gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Metall-Ke­ ramik-Verbundkörper, der alle geforderten Eigenschaften aufweist, kostengünstig und qualitativ hochwertig durch die Verbindung zweier Metallteile mittels eines Keramikkörpers her­ stellbar ist, wobei der zwischengeschaltete Keramikkörper mittels eines thermischen Spritzverfahrens so gut haftend mit den beiden Metallteilen verbunden wird, daß eine tragfähige Verbindung vorliegt. Die Isolationsfähigkeit ist durch den Ke­ ramikkörper gegeben, wobei der Abstand zwischen den beiden Me­ tallteilen der eigentliche Isolierabstand ist.

Um eine besonders dichte Struktur innerhalb des Keramikkörpers verbunden mit einem besonders guten Haften der Keramik auf den Metallteilen zu erhalten, ist es besonders günstig, innerhalb der Gruppe der thermischen Spritzverfahren, wozu auch das Flam­ menspritzen und das Detonationsspritzen zählen, das Verfahren des Plasmaspritzens auszuwählen.

Die Anwendung eines Verfahrens, das einen Spritzdorn mit Spann­ teilen aufweist wurde nach dem erfindunqsgemäßen Einsatz einer Metallfolie, die als Umhüllung der Mantelfläche der Spannteile dient, und diese somit vor Verschmutzung schützt, ohne ständiges Wechseln von Spritzdornen und Spannteilen ermöglicht. Des weiteren ist die innere Kontur des entstehenden Keramikkörpers nicht konisch, wie bei einem entsprechenden Dorn, sondern entsprechend dem Umfang der Spannteile auf dem Spritzdorn zylinderisch. Die Oberfläche von Spritzdorn und Spannteilen wird durch die eingesetzte Metallfolie abgedeckt. Außerdem ist die Bearbeitung der Metallteile beispielsweise durch Sandstrahlen mit einer Feindüse und sehr geringer Körnung ebenso an der Metallfolie durchführbar, so daß zum thermischen Spritzen und zur Herstellung des Keramikkörpers eine einheitliche Grundfläche vorhanden ist. Im Gegensatz zu bisherigen Verfahren wird hier von beiden Metallteilen ausgegangen und der Zwischen­ raum durch ein thermisches Spritzverfahren aus gespritzter Keramik ausgefüllt, wobei gleichzeitig eine vakuumdichte und mechanisch tragende Verbindung zwischen den Metallteilen her­ gestellt wird.

Im folgenden wird anhand von zwei schematischen Figuren ein Ausführungsbeispiel beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt einen geschnitten dargestellten rotations­ symmetrischen Metall-Keramik-Verbundkörper.

Die Fig. 2 zeigt schematisch die Zusammenstellung der für das Verfahren nötigen Einzelteile.

In der Fig. 1 sind zwei Metallteile 1 zu erkennen, die eine beliebige Form haben können, in diesem Fall jedoch spiegelbild­ lich angeordnet und strukturiert sind. Sie werden mittels eines Keramikkörpers 3 verbunden. Die angedeutete Haftschicht 2 besteht aus einem auf das Metallteil abgestimmten Haftschicht­ werkstoff und erzeugt einen gradierten Übergang zur Keramik.

Die Spritzdüse 4 ist nur andeutungsweise gezeigt und spritzt die Haftschicht 2 und den Keramikkörper 3 auf, während die Metallteile 1 sich um die Achse 5 in einer Richtung drehen. Dabei werden Spritzdüse 4 und Metallteile 1 gegeneinander so verschoben, daß der gesamte Bereich des Keramikkörpers 3 bestrichen wird. Besonders wichtig für die Konstruktion bzw. Gestaltung von Metallteil 1, Haftschicht 2 und Keramikkörper 3 ist der Bereich, an dem Keramik und Metall zusammentreffen. Anstelle einer Haftschicht 2 kann beispielsweise das Metallteil 1 konisch auslaufend hergestellt werden, so daß keinerlei Stufen bei der Herstellung des Keramikkörpers 3 entstehen. Die Haftschicht 2 kann unter Umständen entfallen. Da die Innenform der Keramik von der Gestaltung der Spritzvorrichtung, die die Metallteile während des Bespritzens aufnimmt, bestimmt wird, läßt sich durch den Einsatz der Metallfolien 9, 10 eine möglichst ebene Innenfläche des Keramikkörpers 3 herstellen. Jede Stufe in der zu beschichtenden Fläche würde in der Keramikschicht zu Porenketten führen, die unerwünscht sind. Die Metallteile werden unmittelbar vor dem thermischen Spritzen der Keramik einer örtlichen Oberflächenbehandlung durch Sand­ strahlen oder Ätzen unterzogen. Für den Fall, daß die Haft­ schicht 2 entfällt, muß die Haftung zwischen Metallteil 1 und Keramikkörper 3 direkt erzeugt werden. Als Keramikwerkstoff wird vorwiegend Pulver aus Aluminiumoxid, entweder aus ge­ brochenem Korn oder auch agglomeriert, verwendet. Ebenso finden Mischungen von Aluminiumoxid mit geringen Anteilen von Sili­ ziumoxid und Titanoxid in der gleichen Konsistenz Verwendung.

Die Fig. 2 zeigt einen Spreizdorn 6, eine Abstandsbuchse 7, ein Metallteil 1, Spannteile 8, eine Aluminiumfolie 9 und eine Stahlfolie 10, sowie das zweite Metallteil 1. Entsprechend dieser Reihenfolge werden die einzelnen Teile auf den Spreiz­ dorn 6 plaziert und teilweise übereinander geschoben. Im Gegensatz zur Verwendung eines leicht konischen Dornes, von dem die hergestellten Metall-Keramik-Verbundkörper beispielsweise durch Kaltschrumpfen des Dornes oder durch Ätzen entfernt werden müssen, hat der hier verwendete Spreizdorn 6 mit seinen Spannteilen 8 insgesamt eine zylindrische Oberfläche, so daß der hergestellte Keramikkörper 3 ebenfalls von innen her zy­ lindrisch ist. In diesem Fall sind zwei Metallfolien, die eine aus Aluminium 9 und die andere aus Stahl 10 verwendet worden, wobei die Aluminiumfolie 9 die vorhandenen Unebenheiten und Schlitze zudeckt, und die Stabilität erhöht und die Stahlfolie sich dem Innendurchmesser der Metallteile 1 anpaßt. Nachdem das unterste Metallteil 1 auf den Spreizdorn 6 aufgeschoben worden ist, wird die gesamte Anordnung mittels einer Feststellschraube, die hier nicht dargestellt ist, auf dem Konus des Spreizdornes 6 gehalten. Nach dem Sandstrahlen oder Ätzen der Fläche, auf die der Keramikkörper aufgetragen wird, folgt der Schritt des Plasmaspritzens. Das Auslösen bzw. Trennen der Metall-Keramik- Verbundkörper vom Spreizdorn 6 geschieht anschließend in einfacher Weise. Die Verwendung der Aluminiumfolie 9 kann unter Umständen entfallen. Die verwendete Metallfolie bzw. die außenliegende Metallfolie sollte ähnliche Werkstoffeigenschaf­ ten haben, wie die Metallteile 1, um die Entstehung unnötiger Spannung oder unterschiedlicher Haftungsbedingungen der Keramik auf dem Metall zu verhindern. Die Metallfolie ist in diesem Fall ein Wegwerfteil und der Spreizdorn 6 mit den Spannteilen 8 ist beliebig oft wieder zu verwenden. Insgesamt wird die Herstellung von mit glatten inneren Oberflächen versehenen Metall-Keramik-Verbundkörpern ermöglicht. Es sind weder stufenartige Ausformungen im Keramikteil 3 vorhanden, die durch Ausspritzen von Vertiefungen auf der Spritzvorrichtung entstanden sind, noch werden die Werkzeuge übermäßig verschmutzt und damit unbrauchbar.

Die Metall-Keramik-Verbundkörper sind mechanisch tragfähig und vakuumdicht.

Claims (3)

1. Metall-Keramik-Verbundkörper mit einem durch thermisches Spritzen hergestellten Keramikkörper (3), insbesondere zum Einsatz als isolierendes Element für elektrische Geräte, gekennzeichnet durch die gegenseitige mechanische Verbindung zweier Metallteile (1) mittels des nach dem thermischen Spritzen auf den Metallteilen (1) haftenden Keramikkörpers (3).

2. Metall-Keramik-Verbundkörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mittels Plasmaspritzen hergestellten Keramikkörper (3).

3. Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Verbundkörpers entsprechend der Ansprüche 1 und 2 mittels eines Spreizdornes (6) mit Spannteilen (8), gekennzeichnet durch den Einsatz mindestens einer Metallfolie (9, 10) zur Umhüllung der Mantelfläche der Spannteile (8) während des Spritzvorganges.