DE4433025A1

DE4433025A1 - Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zweier Keramikteile bzw. eines Metall- und eines Keramikteils

Info

Publication number: DE4433025A1
Application number: DE19944433025
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl Ing Roesel; Ramona Dr Rer Nat Eberhardt; Angela Dipl Ing Paliege; Juergen-Dieter Dr Ing Schnapp; Dietrich Dr Rer Nat Keil
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2014-09-17
Also published as: DE4308361A1; DE4308361C2; DE4433025C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer vakuumdichten Verbindung zweier Keramikteile bzw. eines Me tall- und eines Keramikteils einer Elektronenröhre gemäß der Patentanmeldung P 43 08 361.7-33.

Verbindungen zwischen zwei Keramikteilen bzw. einem Keramik- und einem Metallteil werden in der Regel durch Hart- oder Ak tivmetallöten (siehe DE-Buch: Technische Röhren, ed. Jork Bretting, Heidelberg 1991, S. 126-136, und DE-Buch: Handbuch der Vakuumelektronik ed. J. Eichmeier und H. Heynisch, Mün chen 1989, S. 20-24) hergestellt, wobei in beiden Fällen eine Metallisierung der Keramikteile im Bereich der Verbindungs stelle erforderlich ist. Als Lote werden verschiedene Metalle bzw. ihre Legierungen verwendet. Die Metallisierung und die Lötung mittels Metallot stellen immer eine Beeinflussung der in der Regel bezweckten elektrischen Isolation dar und müssen daher prinzipiell konstruktiv berücksichtigt werden.

Bei einem Aktivmetallötverfahren, bei dem die Keramik mit TiH₂ metallisiert wird und ein silberhaltiges Aktivlot ver wendet wird, besteht die Gefahr, daß während des Lötvorganges eine Bedampfung des Keramikteiles bzw. der Keramikteile mit Silber erfolgt. Selbst wenn erheblicher verfahrenstechnischer Aufwand betrieben wird, ist eine Verringerung der Länge der theoretisch möglichen Isolierstrecke nicht vermeidbar, wobei die Verringerung der Länge der Isolierstrecke in der Größen ordnung von bis zu einigen Millimetern liegen kann. Es kommt hinzu, daß die Ränder der an den Keramikteilen vorgesehenen Metallisierungen und beim Löten entstehende sehr dünne Lot ausläufer hochspannungstechnisch extreme Spitzen darstellen, die für die elektrische Spannungsfestigkeit nachteilig sind.

Herkömmliche Glaslote haben den Nachteil einer im Hinblick auf die Wärmebehandlung von Elektronenröhren zu geringen thermischen und mechanischen Stabilität. Es besteht also z. B. die Gefahr, daß die velöteten Bauteile während der Wärmebe handlung ihre Lage relativ zueinander nicht beibehalten, da das Glaslot erweicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Verringerung der im Bereich der Verbindungsstelle vorliegenden Isolier strecke und nachteilige Auswirkungen des Vorhandenseins einer Verbindungsstelle auf die elektrische Spannungsfestigkeit zu mindest vermindert sind und außerdem die Gefahr von Instabi litäten der Verbindung bei einer im Anschluß an die Herstel lung der Verbindung erfolgenden Wärmebehandlung vermindert ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also die auf wendige Metallisierung des Keramikteils bzw. der Keramikteile im Bereich der Verbindungsstelle und die Verwendung metalli scher Lote nicht mehr notwendig. Durch die Vermeidung metal lischer Lote kann eine Bedampfung des Keramikteils bzw. der Keramikteile mit einem elektrisch leitenden Material im Be reich der Verbindungsstelle nicht mehr auftreten. Ebenso kön nen die eingangs erwähnten, störenden elektrisch leitenden Lotausläufer nicht auftreten. Es werden also eine verbesserte Isolierwirkung und eine verbesserte elektrische Spannungsfe stigkeit erreicht. Unter Umständen können ohne Verringerung der Isolierwirkung sogar kleinere Abmessungen des Keramik teils bzw. der Keramikteile realisiert werden. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können aufgrund der Verwendung eines anorganischen, nichtmetallischen Lotes, das ebenso wie Keramik ein Isolator ist, aus Keramikbauteilen größere Bau gruppen zusammengefügt werden, ohne daß die erzielbare Isola tionswirkung beeinträchtigt wird. Wesentlich ist außerdem, daß bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbindungen die Rißausbreitungsenergien in den Oberflächen spannungszentren der Keramikteile bzw. des Keramikteiles hö her als im Falle herkömmlicher Verbindungen ist, so daß in Bereichen gefährlicher Oberflächenspannungskonzentrationen eine erhöhte Festigkeit erreicht wird. Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zu nennen, daß die Nei gung von anorganischen, nichtmetallischen Loten, im Hochva kuum Gase abzugeben, wesentlich geringer als die von Metallen ist. Die Gefahr, daß die Qualität des in der Elektronenröhre vorhandenen Vakuums durch die Verbindung beeinträchtigt wird, ist also wesentlich geringer als bei nach herkömmlichen Ver fahren hergestellten Verbindungen. Durch die Verwendung eines kristallisierenden Glaslotes wird eine gute Benetzung der zu verbindenden Teile im Bereich der Verbindungsstelle erreicht. Eine gute Benetzung der zu verbindenden Teile mit dem Lot ist eine wichtige Voraussetzung für eine vakuumdichte Verbindung. Es kommt hinzu, daß im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der weiteren Wärmebehandlung Instabilitäten im Bereich der Verbindung nicht zu befürchten sind, sofern bei der wei teren Wärmebehandlung der Elektronenröhre maximal auftreten den Temperaturen nicht jenseits des Kristallisationsbereiches des verwendeten Glaslotes liegen. Während des Lötvorganges verliert nämlich das Glaslot seine ursprünglichen Glas Eigenschaften, die bei der Wärmebehandlung zu den angeführten Schwierigkeiten führen können. Es findet vielmehr ein Umwand lungsprozeß in dem Sinne statt, daß die Verbindung während des Lötvorganges thermisch insoweit irreversibel wird, als ein bei weit unterhalb der für die Herstellung der Verbindung notwendigen Temperatur liegender (teilplastischer) Fließbe reich wie bei herkömmlichen Glasloten nicht mehr vorhanden ist. Vielmehr tritt an die Stelle des Bereiches teilplasti schen Zustandes sozusagen ein Erweichungspunkt. Die Verände rungen der Eigenschaften des kristallisierenden Glaslotes beim Löten werden durch einen allmählichen Übergang vom gla sigen in den kristallinen Zustand während des Lötvorganges erreicht. Der glasige Zustand ist während der Verlötung nur ein Übergangsstadium. Für die Beurteilung der Eignung des Lo tes sind also nicht die physikalischen Eigenschaften der gla sigen Phase maßgebend, sondern die der resultierenden (überwiegend) kristallinen Phase. Zwischen beiden Phasen be stehen erhebliche Unterschiede im Ausdehnungsverlauf, in der Erweichungstemperatur und in der hinsichtlich der weiteren Wärmebehandlung wesentlichen mechanischen und thermischen Fe stigkeit. Erwähnenswert ist noch, daß im Falle einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verbindung die Ab kühlung im Anschluß an die Lötung mit wesentlich höheren Ab kühlgeschwindigkeiten als bei herkömmlichen Verfahren erfol gen kann.

Im Interesse einer guten Benetzung der zu verbindenden Teile mit dem Glaslot ist es von Vorteil, wenn die Erwärmung auf eine Temperatur erfolgt, die innerhalb des Kristallisations bereiches bzw. in dem Bereich zwischen viskosem Fließen und Kristallisation des Glaslotes liegt.

Die weiterführende Aufgabe, das Verfahren der eingangs ge nannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Gefahr der Rißbildung im Bereich der Verbindungsstelle vermindert ist, wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 4 gelöst. Dabei wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur die Ge fahr der Rißbildung im Anschluß an die Herstellung der Ver bindung vermindert; vielmehr werden auch bereits vor der Ver bindung im Bereich des Keramikteils bzw. der Keramikteile vorliegende fertigungsbedingte Risse und Poren im Schmelzfluß des kristallisierenden Lotes ausgefüllt, was zu einer weite ren Erhöhung der Rißausbreitungsenergien in den Oberflächen spannungszentren führt und im Sinne einer Unterdrückung der Rißausbreitung wirkt. Besonders gute Ergebnisse werden er zielt, wenn die Erwärmung mit einer Aufheizgeschwindigkeit zwischen 4 und 12°C/min und die Abkühlung mit einer Abkühl geschwindigkeit zwischen 4 und 20°C/min erfolgt. Um dem Glaslot ausreichend Zeit zur Änderung seiner Eigenschaften zu geben, ist es von Vorteil, wenn nach der Erwärmung auf eine oberhalb des Transformationsbereiches und/oder auf eine in nerhalb des Kristallisationsbereiches bzw. im Bereich zwi schen viskosem Fließen und Kristallisation des Glaslotes lie gende Temperatur die Temperatur für eine Haltezeit von vor zugsweise 10 bis 25 Minuten konstant gehalten wird.

Die Verwendung von kristallisierendem Glaslot ist in der DE 25 47 084 A1 im Zusammenhang mit der Verbindung von zwei Glasteilen einer Elektronenröhre beschrieben. In der US 3 250 638 ist ebenfalls die Verwendung eines kristallisie renden Glaslotes beschrieben, und zwar zur Verbindung zweier Teile einer Elektronenröhre, von denen eines aus Glas be steht. Weiter ist in der DE 21 63 723 B2 die Verwendung eines kristallisierenden Glaslotes zur hermetisch dichten Verbin dung zweier Keramikteile beschrieben, bei denen es sich je doch nicht um Teile einer Elektronenröhre handelt. Die Ver wendung von Glaslot zur Verbindung zweier Keramikteile oder eines Metall- und eines Keramikteiles einer Elektronenröhre ist zwar in dem bereits erwähnten DE-Buch "Handbuch der Vaku umelektronik", Seite 23, beschrieben, jedoch handelt es sich bei dem Glaslot nicht um ein kristallisierendes Glaslot.

Im Hinblick darauf, daß die beim Ausheizen von Elektronenröh ren auftretenden Temperaturen durchaus in der Größenordnung von 700°C liegen können, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß der Kristallisationsbereich des Glaslotes oberhalb von 750°C liegt, so daß keine Gefährdung der Stabilität der Verbindung beim Aufheizen gegeben ist. Als besonders geeignet für die genannte Temperatur hat sich als Glaslot ein Glas des Systems ZnO-B₂O₃-PbO erwiesen. Wenn die ses Glas außerdem V₂O₅ enthält, ist es zur Verbindung eines Keramik- und eines Metallteils besonders geeignet, da das Lot dann das Metallteil besser benetzt. Ein geeignetes Glas ist unter der Bezeichnung P 393 erhältlich.

Im Falle der Verwendung von Glaslot P 393 sollte die Erwär mung bis zu einer Temperatur von 600°c mit einer Aufheizge schwindigkeit von 12°C/min erfolgen. Im Anschluß an eine Haltezeit von 15 Minuten sollte die weitere Erwärmung bis zu einer Temperatur von wenig über 800°C mit einer Aufheizge schwindigkeit von 5°C/min erfolgen. Hieran sollte sich eine weitere Haltezeit von 15 Minuten anschließen. Die Abkühlung kann zunächst mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 20°C/min auf eine Temperatur von etwa 600°C erfolgen. Die weitere Ab kühlung sollte mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 6°C/min erfolgen.

Um eine verbesserte Benetzung zu erreichen, sieht eine beson ders bevorzugte Variante der Erfindung vor, daß das Metall teil wenigstens im Bereich der Verbindungsstelle vor der Her stellung der Verbindung oxidiert wird. Dies bedeutet, daß die Metalloberfläche mit einer festhaftenden Oxidschicht versehen wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Oxidschicht eine verbes serte Bindung mit dem anorganischen, nichtmetallischen Lot bewirkt, da das Metalloxid in dem Lot teilweise in Lösung geht. Um sicherzustellen, daß die durch die Voroxidation zu standegekommene Oxidschicht auch bei der Erwärmung erhalten bleibt, sieht eine Variante der Erfindung vor, daß die Erwär mung unter Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre, vorzugs weise Stickstoff oder Argon, vorgenommen wird. Für den Fall, daß die durch die Voroxidierung entstandene Oxidschicht die Funktion der Elektronenröhre stört, ist gemäß einer Ausfüh rungsform vorgesehen, daß die Oxidschicht des Metallteils nach erfolgter Verbindung außerhalb der Verbindungsstelle durch eine reduzierende thermische und/oder chemische Behand lung entfernt wird.

Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, daß das Me tallteil aus einer zumindest Eisen, Nickel und Kobalt enthal tenden Legierung gebildet ist. Als besonders geeignet hat sich eine Legierung erwiesen, die 49% Eisen, 28% Nickel und 23% Kobalt enthält (Angaben in Gewichtsprozenten). Diese Le gierung ist auch unter der Bezeichnung Nicosil 71 bekannt und zeigt aufgrund ihrer Lage im Dreistoffdiagramm im Temperatur bereich zwischen der Schmelztemperatur (ca. 1.400°C) und dem absoluten Nullpunkt keine strukturellen Umwandlungen. Diese Legierung findet bei der Fertigung hochbeanspruchter vaku umdichter elektronischer Bauelemente als sogenannte Ein schmelzlegierung Verwendung. Da Nicosil 71 bei erhöhter Tem peratur sehr empfindlich auf Sauerstoff reagiert, ist es an gebracht, die Erwärmung grundsätzlich in einer Schutzgasatmo sphäre oder unter Vakuum vorzunehmen.

Eine weitere bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, daß wenigstens eines der zu verbindenden Teile aus Aluminiumoxid keramik gebildet ist. Hier ist insbesondere eine Aluminium oxidkeramik der DIN-Klasse KER 708 geeignet. Sie besteht zu 92% aus Al₂O₃ und zeichnet sich durch eine maximale Arbeits temperatur von 1.700 °C, geringe dielektrische Verluste und gute Isolationseigenschaften aus.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den zu verbindenden Teilen um Bestandteile der Vakuumhülle einer Elektronenröhre, insbesondere einer Röntgenröhre. In diesem Falle kommen die Vorteile des Verfahrens in besonderem Maße zum Tragen, da hier an die Vakuumdichtigkeit, die Iso lierwirkung und Hochspannungsfestigkeit sowie die geringe Gasabgabe besondere Ansprüche gestellt werden. Das erfin dungsgemäße Verfahren ist für die Herstellung von Röntgenröh ren auch deshalb besonders geeignet, weil die entsprechend hergestellten Verbindungen eine hohe mechanische Festigkeit sowie eine hohe Temperatur- und Temperaturwechselbeständig keit aufweisen. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren ins besondere für solche Fälle geeignet, bei denen die zu verbin denden Teile eine elektrische Leiterdurchführung und ein diese in einer Bohrung aufnehmender elektrischer Isolator sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren der beige fügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den Ausdehnungs-Temperatur-Verlauf von für das er findungsgemäße Verfahren besonders geeigneten Werk stoffen,

Fig. 2 den Spannungs-Temperatur-Verlauf im Bereich der Ver bindungsstelle für zwei unterschiedliche Füge temperaturen,

Fig. 3 den Temperatur-Zeit-Verlauf bei der Erwärmung der zu verbindenden Teile und des Lotes, und

Fig. 4 in teilweise geschnittener, schematischer Darstellung einen Bereich der Vakuumhülle einer Röntgenröhre, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbindungen aufweist.

In Fig. 1 ist der Ausdehnungs-Temperatur-Verlauf von für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeigneten Werkstoffen, nämlich der metallischen Legierung Nicosil 71, einer Alumini umoxidkeramik und des Glaslots P 393 dargestellt. Wie die Fig. 1 zeigt, in der der Quotient der Längenänderung Δ1 und der Länge 1 über der Temperatur T aufgetragen ist, liegt eine relativ gute Anpassung des Ausdehnungs-Temperatur-Verlaufes der an der Verbindung beteiligten Werkstoffe vor. Bei der Verbindung zweier aus Aluminiumoxidkeramik bestehender Bau teile sind keine besonderen Probleme zu erwarten.

Bei dem Glaslot P 393 handelt es sich um ein Glas des Systems ZnO-B₂O₃-PbO. Es enthält 51% ZnO, 35% B₂0₃, 5% SiO₂ und 1,2% V₂O₅ (Angaben in Gewichtsprozenten).

Für die Verbindung eines Bauteiles aus Nicosil 71 und eines Bauteiles aus Aluminiumoxidkeramik ist wesentlich, daß das Glaslot P 393 im Temperaturbereich zwischen 100 und 300°c einen Temperaturausdehnungskoeffizienten von 70×10^-7 K^-1 und eine Transformationstemperatur von ca. 544°C aufweist. Der Knickpunkt des Ausdehnungs-Temperaturverlaufes von Nicosil 71 liegt bei 510°C und damit nur wenig unterhalb der Transfor mationstemperatur des Glaslotes. Unter diesen Bedingungen steht die Zwischenschicht aus Glaslot unter Druckspannungen, die unterhalb der Bruchspannung der Verbindung liegen. In Fig. 2 sind für Löttemperaturen von 600 und 800°C die in der Zwischenschicht zu erwartenden Spannungen a über der Tempera tur T qualitativ dargestellt. Es wird deutlich, daß für eine Löttemperatur von 800°C Druckspannungen zu erwarten sind, während für eine Löttemperatur von 600°C vergleichsweise ge ringe Spannungen in der Zwischenschicht auftreten, bei denen es sich jedoch unterhalb von etwa 450°C um Zugspannungen handelt. Da die Druckfestigkeit des Glaslotes P 393 etwa 10 mal größer als die Zugfestigkeit ist, empfiehlt es sich, eine Löttemperatur zu wählen, die zu Druckspannungen in der Zwi schenschicht führt.

In Fig. 3 ist der aufgrund von Versuchen ermittelte Verlauf der Temperatur T über der Zeit t für den Lötvorgang darge stellt, der sich für die Verbindung eines Teiles aus Alumini umoxidkeramik mit einem Teil aus Nicosil 71 mittels des Glas lotes P 393 als besonders günstig herausgestellt hat, aber auch für die Verbindung zweier Teile aus Aluminiumoxidkeramik geeignet ist. Demnach erfolgt zunächst eine Erwärmung mit ei ner Aufheizgeschwindigkeit von 12°C/min bis auf eine Tempe ratur von etwa 600°C. Diese Temperatur, die oberhalb des Transformationsbereiches (Tg_on=525°C, Tg_end=562°C) des Glaslotes P 393 liegt, wird für etwa 15 Minuten gehalten. An schließend erfolgt eine weitere Erwärmung mit einer Aufheiz geschwindigkeit von etwa 5°C/min auf die Löttemperatur (Maximaltemperatur) von etwas oberhalb 800°C. Die Löttempe ratur wird für ebenfalls etwa 15 Minuten gehalten. Anschlie ßend führt eine relativ rasche Abkühlung mit einer Abkühlge schwindigkeit von 20°C/min auf eine Temperatur von etwa 600°C. Anschließend erfolgt die weitere Abkühlung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 6°C/min. Die bei dem Lötvorgang auftretende Maximaltemperatur liegt in demjenigen Bereich, der für das Glaslot P 393 den Übergang vom Kristallisations bereich (Tkon = 745 °C, Tkend = 830 °C) in den Schmelzbereich darstellt. Diejenige Temperatur, die bei der Erwärmung für einige Zeit gehalten wird bzw. bei der die Abkühlgeschwindig keit verringert wird, liegt im Transformationsbereich des Glaslotes. Während des Lötens sollten die zu verlötenden Teile mit einem geringen Fügedruck aneinandergepreßt sein. Das Glaslot P 393 beginnt übrigens bei 918°C zu schmelzen.

Bei Löten unter Schutzgas ist der Druck der Schutzgasatmo sphäre für die Qualität der Lötung eine wesentliche Einfluß größe. Es hat sich herausgestellt, daß ein gegenüber dem Um gebungsdruck leicht erhöhter Druck von Vorteil ist. Ebenso ist die Qualität der auf dem Bauteil aus Nikosil 71 vorhande nen Oxidschicht von Bedeutung für die Qualität der Lötung. Eine Unteroxidation, die zu einer zu dünnen Oxid-Glas-Grenz fläche führt, ist nämlich ebenso zu vermeiden wie eine Überoxidation, die zu Porosität in der Metalloxidzone und Blasenbildung im Glaslot führen kann. Es wurde festgestellt, daß die erforderliche Voroxidation von Nicosil 71 bei 520°C im Durchlaufofen realisiert werden kann, wobei die Abkühlge schwindigkeit 60°C/min betragen sollte. Die Verweildauer der Teile aus Nicosil 71 in dem Durchlaufofen ist so zu wählen, daß sich eine Gewichtszunahme von 0,1 bis 0,2 mg/cm2 ergibt. Bei der Oxidschicht handelt es sich übrigens im wesentlichen um Fe₃O₄.

Es versteht sich, daß der in Fig. 3 gezeigte Temperatur-Zeit- Verlauf des Lötvorganges, der an die in Fig. 4 gezeigte Bau gruppe angepaßt ist, hinsichtlich der Aufheiz- und Abkühlge schwindigkeit sowie der Haltezeiten an den jeweiligen Anwen dungsfall angepaßt werden muß. Es hat sich gezeigt, daß die Aufheizgeschwindigkeiten zwischen 4 und 12°C/min, Abkühlge schwindigkeiten zwischen 4 und 20 °C/min sowie Haltezeiten von 10 bis 25 Minuten günstig sind.

In Fig. 4 ist eine einen Bereich der Vakuumhülle einer Rönt genröhre bildende Baugruppe dargestellt, die einen zylinder rohrförmigen Gehäuseabschnitt 1 aus Aluminiumoxidkeramik der DIN-Klasse 708 und einen aus dem gleichen Material gebildeten kreisscheibenförmigen Isolator 2 aufweist. Der Gehäuseab schnitt 1 und der Isolator 2 sind mittels des Glaslotes P 393 verlötet. Die durch den Lötvorgang gebildete Zwischenschicht aus dem Glaslot P 393 ist in Fig. 4 übertrieben dick darge stellt und mit 3 bezeichnet. Der Isolator 2 weist zylindri sche Bohrungen auf, in die bolzenförmige, aus Nicosil 71 ge bildete Stromdurchführungen 4, z. B. für den Kathodenheiz strom, eingesetzt sind, die mittels des Glaslotes P 393 mit dem Isolator 2 verlötet sind. Die bei dem Lötvorgang entste henden, übertrieben dick dargestellten Zwischenschichten aus dem Glaslot P 393 sind in Fig. 4 mit 5 bezeichnet.

Vor der Lötung wird das Glaslot P 393 zwischen dem Gehäuseab schnitt 1 und dem Isolator 2 in Form eines Lotringes einge legt, dessen mittlerer Durchmesser in etwa dem des Gehäuseab schnittes 1 entspricht. Das zur Verbindung der Stromdurchfüh rungen 4 und des Isolators 2 dienende Glaslot P 393 wird in Form eine Paste auf die Bohrungswandungen des Isolators 2 aufgebracht. Zur Herstellung dieser Paste wird das Glaslot gepulvert und mit destilliertem Wasser versetzt. Die maximale Korngröße des Glaslotes sollte dabei 45 um nicht wesentlich überschreiten. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglich keit, das Glaslot in pulverisierter Form zwischen die zu ver lötenden Flächen zu bringen.

Die Stromdurchführungen 4 wurden vor dem Lötvorgang oxidiert, und zwar derart, daß sie eine Gewichtszunahme von 0,1 bis 0,2 mg/cm2 aufweisen.

Die Lötung kann unter Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphä re erfolgen, und zwar gemäß dem in Fig. 3 dargestellten Tem peratur-Zeit-Verlauf. Bei Verwendung einer Schutzgasatmosphä re sollte der Druck etwas oberhalb des Umgebungsdruckes lie gen.

Im Zusammenhang mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden bestimmte Werkstoffe für die Keramikteile, die Metall teile und das Glaslot genannt. Andere Werkstoffe sind mög lich, wobei jedoch wesentlich ist, daß es sich bei dem Lot um ein anorganisches, nichtmetallisches Material handelt. Das beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft die Verbindung von Teilen der Vakuumhülle einer Röntgenröhre. Das erfin dungsgemäße Verfahren kann jedoch auch im Zusammenhang mit anderen Elektronenröhren Verwendung finden.

Claims

1. Verfahren nach Patentanmeldung P 43 08 361.7-33 zur Her stellung einer vakuumdichten Verbindung zweier Keramikteile (1 und 2) bzw. eines Metall- und eines Keramikteils (2 und 4) einer Elektronenröhre, aufweisend die Verfahrensschritte, daß zwischen die beiden zu verbindenden Teile (1 und 2, 2 und 4) ein anorganisches, nichtmetallisches, kristallisierendes Glaslot gebracht wird, dessen Kristallisationsbereich ober halb der bei der Fertigung der Elektronenröhre im Anschluß an die Herstellung der Verbindung im Bereich der Verbindung auf tretenden Temperatur liegt, und die zu verbindenden Teile (1 und 2, 2 und 4) einschließlich des Glaslotes zumindest im Be reich der Verbindungsstelle auf eine solche Temperatur er wärmt werden, daß sich eine die Teile (1 und 2, 2 und 4) ver bindende Zwischenschicht (3, 5) zumindest teilweise kristal lisierten Glaslotes ausbildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Erwärmung des Glaslotes auf eine Temperatur erfolgt, die innerhalb des Kristallisati onsbereiches des Glaslotes liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Erwärmung auf eine Tem peratur erfolgt, die im Bereich zwischen viskosem Fließen und Kristallisation des Glaslotes liegt.

4. Verfahren nach Patentanmeldung P 43 08 361.7-33 zur Her stellung einer vakuumdichten Verbindung zweier Keramikteile (1 und 2) bzw. eines Metall- und eines Keramikteils (2 und 4) einer Elektronenröhre, aufweisend die Verfahrensschritte, daß zwischen die beiden zu verbindenden Teile (1 und 2, 2 und 4) ein anorganisches nichtmetallisches, kristallisierendes Glas lot gebracht wird, dessen Kristallisationsbereich oberhalb der bei der Fertigung der Elektronenröhre im Anschluß an die Herstellung der Verbindung im Bereich der Verbindung auftre tenden Temperatur liegt, und die zu verbindenden Teile (1 und 2, 2 und 4) einschließlich des Glaslotes zumindest im Bereich der Verbindungsstelle auf eine im Bereich zwischen viskosem Fließen und Kristallisation des Glaslotes liegende Temperatur erwärmt und anschließend abgekühlt werden, derart daß sich eine die Teile (1 und 2, 2 und 4) verbindende Zwischenschicht (3, 5) des Glaslotes ausbildet und die Rißausbreitungsener gien in den Oberflächenspannungszentren der Keramikteile (1 und 2) bzw. des Keramikteiles (2) erhöht werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die Erwärmung mit einer Auf heizgeschwindigkeit zwischen 4 und 12°C/min erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung mit einer Abkühlgeschwindigkeit zwischen 4 und 20 °C/min erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß nach der Erwärmung auf eine oberhalb des Transformationsbereiches und/oder nach der Erwärmung auf eine innerhalb des Kristalli sationsbereiches bzw. im Bereich zwischen viskosem Fließen und Kristallisation des Glaslotes liegende Temperatur die Temperatur für eine Haltezeit wenigstens im wesentlichen kon stant gehalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Haltezeit 10 bis 25 Mi nuten beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß der Kristallisationsbereich des Glaslotes oberhalb von 750°C liegt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß als Glas lot ein Glas des Systems ZnO-B₂O₃-PbO verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß das Glas außerdem V₂O₅ ent hält.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, daß als Glaslot Glaslot P 393 verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß die Erwärmung bis zu einer Temperatur von 600°C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 12 °C/min erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet, daß im Anschluß an die Erwärmung auf 600°C die Temperatur für eine Haltezeit von 15 Minuten konstant gehalten wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Erwärmung bis zu einer Temperatur von wenig über 800°C mit einer Auf heizgeschwindigkeit von 5°C/min erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge kennzeichnet, daß im Anschluß an die Erwärmung auf eine Temperatur von wenig über 800°C die Temperatur für eine Haltezeit von 15 Minuten konstant gehalten wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an die Er wärmung auf eine Temperatur von wenig über 800°C die Abküh lung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 20°C/min erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch ge kennzeichnet, daß im Anschluß an die Erwärmung die Abkühlung auf eine Temperatur von etwa 600°C erfolgt.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Abkühlung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 6°C/min erfolgt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, da durch gekennzeichnet, daß das Metallteil (4) wenigstens im Bereich der Verbindungsstelle vor der Herstellung der Verbindung oxidiert wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, da durch gekennzeichnet, daß die Er wärmung unter Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre vor genommen wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht des Metallteiles (4) nach erfolgter Verbindung außerhalb der Ver bindungsstelle durch eine reduzierende thermische und/oder chemische Behandlung entfernt wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, da durch gekennzeichnet, daß das Metallteil (4) aus einer zumindest Eisen, Nickel und Kobalt enthaltenden Legierung gebildet ist.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch ge kennzeichnet, daß die Legierung 49% Eisen, 28% Nickel und 23% Kobalt enthält.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, da durch gekennzeichnet, daß wenig stens eines der zu verbindenden Teile (1, 2) aus Aluminium oxidkeramik gebildet ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch ge kennzeichnet, daß als Aluminiumoxidkeramik eine Keramik der DIN-Klasse KER 708 vorgesehen ist.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, da durch gekennzeichnet, daß die zu verbindenden Teile (1 und 2, 2 und 4) Bestandteile der Vaku umhülle einer Röntgenröhre sind.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch ge kennzeichnet, daß die zu verbindenden Teile eine elektrische Leiterdurchführung (4) und ein diese in ei ner Bohrung aufnehmender elektrischer Isolator (2) sind.