DE566054C - Verfahren zum Verbinden von Metall mit Glas durch Verschmelzen - Google Patents

Description

Wenn Metalldrähte, Metallstäbe oder Metallrohre mit Glas luftdicht verbunden werden sollen, wird bisher so vorgegangen, daß man über den Metallkörper ein Glasrohr schiebt und dieses sowie den Metallkörper in einer Gebläseflamme so weit erhitzt, bis das Glas weich wird und zu schmelzen beginnt. Es wird dabei durch den Druck der Gebläseflamme an den Metallkörper angedrückt, und

>o die schmelzflüssige Oberfläche des Glases benetzt das erhitzte Metall, wodurch ein luftdichter Anschluß gebildet wird. Eine andere Art der luftdichten Verschmelzung von Metall und Glas besteht darin, daß man einen verhältnismäßig dünnen Glasstab, der also etwa ι mm Dicke besitzen kann, durch Erhitzen bis nahezu zum Schmelzen bringt und ihn dann um den erhitzten Metallkörper herumwickelt, wodurch auf das Metallstück ein ringförmiger Glasbelag aufgebracht wird. An diesen Glasbelag kann dann der Glaskörper, mit dem der Metallkörper verbunden werden soll, angeschmolzen werden.

Metalldrähte, besonders aber Metallstäbe,

as die in Glas luftdicht eingeschmolzen werden sollen, müssen dieselbe Wärmeausdehnungszahl haben wie das verwendete Glas, da dieses sonst schon beim ersten Erkalten springen würde. Beim Verschmelzen von Metallrohren mit Glasrohren kann man, wenn die Wärmeausdehnungszahl der beiden Materialien verschieden ist, bekanntlich so vorgehen, daß man den Einschmelzrand des Metallkörpers dünn und nachgiebig macht oder zumindest gegen die Kante hin absatzweise oder allmählieh verjüngt. Handelt es sich um ein oxydierbares Metall, so empfiehlt es sich, die Erhitzung in einer neutralen oder reduzierend wirkenden Flamme auszuführen, weil die Luftdichtheit der Einschmelzung durch die Oxydation des Metalls herabgesetzt werden würde.

Die hier angedeuteten bekannten Verfahren erfordern zu ihrer Ausführung eine verhältnismäßig hohe Kunstfertigkeit des Arbeiters; die Ausführung wird um so schwieriger, je größer die miteinander zu verschmelzenden Teile der Metall- bzw. Glaskörper sind, und es gelingt in der Regel nicht, eine Einschmelzung < zu erhalten, die völlig frei von inneren Spannungen ist. Das Glas und der Metallkörper müssen gleichzeitig erhitzt werden und müssen auch mit gleicher Winkelgeschwindigkeit gedreht werden, und es ist klar, daß wenn es sich um großflächige Einschmelzungen handelt, diese Bedingungen schwer zu erfüllen sind. Noch schwieriger aber ist die Bedingung zu erfüllen, daß bei größeren Metallkörpern, die oxydationsfähig sind, die Oxydation beim Erhitzen verhindert wird.

Man kann hierfür wohl besondere Vorsichtsmaßregeln treffen, die aber die Einrichtung komplizieren und das Arbeiten umständlich machen.

Für die geschilderten bekannten Verfahren ist es weiter Voraussetzung, daß das verwendete Metall einen höheren Schmelzpunkt hat als das Glas, so daß also beispielsweise Quarzglas auf diese Weise an den hauptsächlich in Betracht kommenden Metallen nicht angeschmolzen werden kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist nun mit Bezug auf die Handhabung der miteinander zu verbindenden Teile bedeutend einfacher als das bekannte, hat aber überdies noch den Vorteil, daß eine Oxydation des Metalls viel sicherer verhindert werden kann und daß auch Glas von einem höheren Schmelzpunkt an Metall von einem niedrigeren Schmelzpunkt angeschmolzen werden kann. Jedenfalls kann das Metall einer niedrigeren Temperatur ausgesetzt werden als das Glas, was in jenen Fällen vorteilhaft ist, wo die Strukturänderung des Metalls, das hoch erhitzt worden ist, schädlich wäre. Schließlich ermöglicht das Verfahren gemäß der Erfindung auch noch eine besondere Art der Herstellung der Verbindung zwischen Glas und Metall, die mittels der bekannten Verfahren schwer oder gar nicht ausgeführt werden könnte.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird so vorgegangen, daß der eine der beiden Stoffe (Glas oder Metall) in fein verteilter Form (Pulverform) in schmelzflüssigem Zustand, also in Form von Tröpfchen, auf die vorzugsweise erhitzten Verbindungsstellen eines Körpers des anderen Stoffes, diesen benetzend, durch Auffallenlassen oder Aufspritzen allmählich in solcher Menge aufgebracht wird, daß nachher Körper, deren Material der gleichen Art angehört wie der aus dem fein verteilten Stoff aufgebrachte Belag, mit diesen durch Anschmelzen oder in anderer Weise verbunden werden können, wodurch eine gas- bzw. vakuumdichte Verbindung zwischen den beiden Körpern gebildet wird.

Vor vielen Jahren wurde bereits vorgeschlagen, Glas mit Metall so zu verbinden, daß man die Stelle des Glases, welche mit dem Metall verbunden werden soll, auf die in der Spiegelfabrikation bekannte Weise versilbert, auf diese Versilberung auf galvanoplastischem Wege Kupfer niederschlägt und dann das Metall an dem Kupferniederschlag anlötet. Ein so auf kaltem Wege auf das Glas aufgebrachter Metallüberzug kann aber, abgesehen davon, daß er porös ist, mit dem Glase niemals so innig verbunden sein, daß von einer Gas- und Vakuumdichtheit in modernem Sinne gesprochen werden könnte, und dieser alte Vorschlag war wohl auch nicht für die Herstellung so dichter Verbindungen gedacht. Eine wirklich direkte Verbindung kann man nämlich nur erhalten, wenn das Glas so weit erhitzt wird, daß es beim Verbinden mit dem Metall zumindest an seiner Oberfläche schmelzflüssig ist und hierdurch geeignet wird, das Metall zu benetzen. Dies gilt auch für den Fall, als das mit dem Glas zu verbindende Metall selbst so weit erhitzt ist, daß es mindestens an seiner Oberfläche schmelzflüssig ist.

Für andere Zwecke, als sie das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung anstrebt, ist es auch bereits bekannt, Metallüberzüge auf Glas und Glas- oder Emailüberzüge auf Metall so herzustellen, daß man Metallpulver auf eine Glasfläche bzw. Glaspulver auf eine Metallfläche in heißem Zustande aufspritzte. Dabei war aber das Aufbringen des Überzuges technologischer Endzweck, und die so aufgebrachten Überzüge sind, abgesehen davon, daß auch sie nicht immer genügend fest und innig haften, in der Regel auch zu dünn, als daß sie dazu geeignet wären, daß an ihnen Metall- bzw. Glaskörper befestigt werden könnten, wie dies dem Zweck der vorliegenden Erfindung entspricht.

Das in der Zeichnung schematisch veranschaulichte Ausführungsbeispiel soll das Verfahren gemäß der Erfindung näher erläutern. Ein Gefäß 1, das unten eine Auslauf düse 2 besitzt, dient zur Aufnahme des feinen, pulverförmigen Glases, das durch die Düse 2 in einem verhältnismäßig dünnen Strahl ausfließt. Unterhalb der Düse sind zwei gegeneinander gerichtete Gebläseflammen 4, 5 angeordnet, die einen Flammenkegel 3 bilden, durch den der aus dem Glaspulver gebildete Strahl hindurchfällt, wobei die Glasteilchen geschmolzen werden. Sie fallen in Form von Glaströpfchen auf das Metallrohr 6, dessen eines Ende mit einem Glaskörper verschmolzen werden soll. Dieses Metallrohr 6 ist in einem Träger 10 gehalten, mittels dessen es um seine Achse gedreht werden kann, so daß immer neue Stellen des Metallrohres zu der Auftropfstelle des Glasregens kommen. Da der Flammenkegel auch das Metallrohr 6 berührt, so wird auch dieses erhitzt, und die auf das Metallrohr auftreffenden Glaströpfchen werden an ihm angeschmolzen und verschmelzen auch untereinander zu einem einheitlichen, ringförmigen Glasbelag.

Besteht das Rohr 6 aus einem leicht oxydierbaren Metall, so können die Gebläseflammen so eingestellt werden, daß der jeweils erhitzte Metallteil sich im reduzierenden Teil der Flammen befindet. Das Metallrohr 6 kann aber auch von einem Gehäuse 7 umgeben sein, das an den Enden durch die

Deckel 8 und 9 vollkommen verschlossen ist und nur eine Öffnung 11 enthält, durch die der Flammenkegel und die Glasteilchen ins Innere eindringen können. In diesem Behälter kann in irgendeiner Weise, etwa durch den Träger 10 hindurch, ein neutrales oder reduzierendes Gas eingeführt werden, das durch die Öffnung 11 nach außen entweichen kann und das, da es das Metallrohr 6 ständig umhüllt, jede Oxydation wirksam verhindert.

Der auf diese Weise gebildete Glasbelag kann so bemessen werden, daß ein Glashohlkörper daran angeschmolzen werden kann, so - daß dann eine Verbindung zwischen diesem Glashohlkörper und dem Metallrohr 6 geschaffen ist.

Wie man sieht, ist die Handhabung dieser Einrichtung sehr einfach, weil bei richtiger Einstellung der Flammen 4 und 5 nur das Rohr 6 gedreht und gegebenenfalls auch in axialer Richtung verschoben zu werden braucht, um den Glasbelag in der gewünschten Gestalt und Abmessung zu erhalten. Um Stauungen des Glaspulvers in der Düse 2 zu verhindern, kann an dem Behälter 1 eine Klopfvorrichtung angebracht werden.

Die kleinen Glasteilchen schmelzen beim Durchgang durch die Flammen auch dann, wenn sie aus einem Glas sehr hohen Schmelzpunktes, etwa Quarzglas, bestehen, und sie treffen auf alle Fälle auf das Metall des Körpers 6 in einem Zustande auf, wo sie imstande sind, das Metall zu benetzen und daran zu haften. Das Metall braucht aber dabei nicht so hoch erhitzt zu werden, als es dem Schmelzpunkt des Glases entspricht, und so ist klar, daß man auf dem Metall einen Glasbelag erhalten kann, dessen Schmelzpunkt höher liegt als der des Metalls.

Es wurde eingangs bereits erwähnt, daß wenn das mit dem Glas zu' vereinigende Metall eine Wärmedehnungszahl besitzt, die von der des Glases verschieden ist, der einzuschmelzende Metallrand dünn und nachgiebig gemacht oder aber gegen die Kante hin verjüngt werden soll. Es empfiehlt sich weiter aber, das Glas dort, wo es auf einer Metalhvandung größerer Dicke aufliegt, nur in dünner Schicht aufzutragen, während dort, wo die Metalhvandung dünn ist, seine Schicht dicker sein kann. Wenn daher der Metallrand gegen die Kante hin verjüngt ist, so soll der darauf aufgebrachte Glasbelag dort am dünnsten sein, wo die Verjüngung erst beginnt, und gegen die Stelle hin dicker werden, wo sie endet. Auf diese Weise kann man haltbare Schmelzverbindungen zwischen Metall und Glas herstellen, auch wenn die beiden miteinander vereinigten Stoffe sehr verschiedene Wärmedehnungszahlen haben. Die besondere Formgebung und Bemessung des Glasbelages ist, wie leicht einzusehen, mittels des neuen Verfahrens viel einfacher zu erreichen als mittels der bisher gebräuchlichen Verfahren.

Man kann die Verbindung zwischen Metall und Glas auch so herstellen, daß man das Metall in Pulverform in schmelzflüssigem Zustande auf die Verbindungsstelle des Glaskörpers aufbringt, so daß also ebenso, wie bei dem eben beschriebenen Ausführungsbeispiel auf dem Metallkörper ein Glasbelag erzeugt wurde, jetzt auf dem Glaskörper ein Metallbelag erzeugt wird. Man könnte also den Behälter ι bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel mit Metallpulver füllen und anstatt des Metallrohres 6 ein Glasrohr unterhalb der Flammen 4, 5 anordnen. Das die Flammen durchsetzende Metallpulver wird geschmolzen, und die Metalltröpfchen setzen sich an dem erhitzten Glase an und vereinigen sich zu einem Metallbelag, mit dem dann ein Metallkörper verbunden werden kann. Oxydiert das Metallpulver leicht, so muß es durch eine reduzierende Atmosphäre geführt werden.

Man kann das geschmolzene Metall- bzw. Glaspulver auf dem Glas- bzw. Metallkörper auch durch Aufschleudern anbringen, z. B. mittels eines Druckgases oder Druckluft. Hierzu können Vorrichtungen verwendet werden, wie sie beim Metallspritzverfahren benutzt werden. Zur Erhitzung können in jedem Fall nicht nur Gebläseflammen, sondern auch ein elektrischer Lichtbogen oder eine von außen oder durch eine elektrische Heizung erhitzte Rohrleitung oder auch Kombinationen dieser Erhitzungsarten verwendet werden. Wird der pulverförmige Stoff gegen den Körper des andern Materials geschleudert, so kann der Körper, gegen den das geschmolzene Pulver geschleudert wird, jede beliebige Lage einnehmen, und er kann auch von mehreren oder allen Seiten gleichzeitig belegt werden, wobei es nur nötig ist, eine Mehrzahl von Schleudervorrichtungen oder Zuführungen des erhitzten Pulvers um den Körper herum anzuordnen. Hierdurch ist es möglich, große Metallkörper in kurzer Zeit mit einem Glaskörper zu verbinden.

Will man ein Rohr von mehreren Stellen im Umkreis mit geschmolzenem Pulver belegen, so kann man das Rohr auch lotrecht zwischen schräg abwärts gerichtete Flammen einsetzen, deren Spitzen die zu belegende Stelle des Körpers berühren. Das in die Flammen eingeführte Pulver wird dann durch den Druck der Flammen zu den erhitzten Stellen des Körpers hingeführt.

Ist das Metall des mit Glas zu belegenden Körpers von hoher Wärmeleitfähigkeit, so empfiehlt es sich, das Glaspulver über seinen

Schmelzpunkt zu erhitzen, um der Wärmeabführung entgegenzuwirken.

Man kann den mit dem geschmolzenen Pulver (Metall oder Glas) zu belegenden Körper (Glas oder Metall) auch noch besonders erhitzen, um den festen Körper auf jene Temperatur zu bringen, bei der die Benetzung mit den geschmolzenen Teilchen am besten vor sich geht.

to Das neue Verfahren eignet sich zur Herstellung von Schmelzverbindungen bei Körpern beliebiger Gestalt. Es können Drähte und dicke Metallstäbe zunächst mit einem Glasbelag durch Aufbringen eines geschmol-

• 5 zenen Glaspulvers versehen werden, worauf das Einschmelzen in Glas leicht vonstatten geht. Man kann aber auch Glas- und Metallkörper, z. B. ein Glasrohr und ein Metallrohr, von gleichem oder nahezu gleichem Durchmesser mit ihren Enden dadurch verbinden, daß man die beiden Rohre aneinanderschließt und auf die Fuge ein geschmolzenes Glasoder Metallpulver aufbringt, derart, daß der hierdurch entstehende Belag zum Teil das Glasrohr, zum Teil das Metallrohr überdeckt. In ähnlicher Weise kann man auch z. B. das Ende eines Glasrohres durch eine Metallscheibe abschließen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt auch ein automatisches Arbeiten zu.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zum Verbinden von Metall mit Glas, wobei auf der Verbindungsstelle des Körpers aus dem einen Stoff ein Überzug aus dem anderen Stoff aufgebracht und an diesem Überzug dann der andere Körper durch Schweißen, Löten oder Anschmelzen befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der beiden Stoffe in fein verteilter Form (Pulverform) in schmelzflüssigem Zustand, also in Form von Tröpfchen, auf die vorzugsweise erhitzten Verbindungsstellen eines Körpers des anderen Stoffes, diesen benetzend, durch Auffallenlassen oder Aufspritzen allmählich in solcher Menge aufgebracht wird, daß nachher Körper, deren Material der gleichen Art angehört wie der aus dem fein verteilten Stoff aufgebrachte Belag, mit diesen durch Anschmelzen oder in anderer Weise verbunden werden können, wodurch eine gas- bzw. vakuumdichte Verbindung zwischen den beiden Körpern gebildet wird, wobei es auch möglich ist, ein Glas, etwa Quarzglas, zu verwenden, das einen höheren Schmelzpunkt hat als das Metall.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verbinden von Glas mit einem Metall, dessen Wärmeausdehnungszahl von der des Glases verschieden ist oder wo die beiden Teile im Betrieb verschiedenen Temperaturen ausgesetzt werden, die Metallschicht dort, wo 6s die Glasschicht dick ist, und die Glasschicht dort, wo die Metallschicht dick ist, dünn bemessen wird, so daß also bei Verwendung eines Metallkörpers (bzw. Glaskörpers), dessen einzuschmelzender Rand gegen die Kante zu an Dicke abnimmt, der aufzubringende Belag von Glas (bzw. Metall) gegen diese Kante hin und gegebenenfalls darüber hinaus an Dicke zunimmt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verbinden eines Metallkörpers mit einem Glaskörper die zu verbindenden Ränder aneinandergebracht werden und auf die Fuge geschmolzene Metall- oder Glasteilchen aufgebracht werden, so daß sich ein Belag bildet, der zum Teil über den einen und zum Teil über den anderen Körper reicht.
4. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verbindungsstellen größerer Ausdehnung das Aufbringen des Belages an mehreren Stellen oder auf der ganzen Verbindungsstelle gleichzeitig bewirkt wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen