DE60102602T2

DE60102602T2 - Metallisierter keramischer Körper, Verfahren zu seiner Herstellung, Vakuumschalter und Vakuumgefäss

Info

Publication number: DE60102602T2
Application number: DE60102602T
Authority: DE
Inventors: Yusuke Nagoya-shi Makino; Tsuneaki Nagoya-shi Takashima
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2000-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2021-01-27
Also published as: EP1120386A1; EP1367039A1; EP1367039B1; KR20010078064A; DE60102602D1; US6506481B2; US20010036541A1; EP1120386B1; DE60115099D1; DE60115099T2; KR100715569B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Elemente, die Bindefestigkeit, Luftdichte und andere Eigenschaften aufweisen müssen, wie in dem Fall des Bindens eines Metalls an einer Keramik. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elementes zum Verbinden und ein keramisches Element zum Verbinden, verbundene bzw. gebundene Gegenstände, einen Vakuumschalter und einen Vakuumbehälter.
2. Hintergrund
Das Molybdän-Manganverfahren (Mo-Mn-Verfahren; Telefunken-Verfahren) ist bisher als ein Verfahren bekannt, die Oberfläche einer keramischen Basis zu metallisieren.
Bei diesem Mo-Mn-Verfahren, wird eine metallisierende Tinte hergestellt durch Zugabe von Bindehilfsmitteln, welche das Binden bzw. Verbinden mit Keramiken unterstützen, wie ein Manganpulver, Titanpulver und durch Zugabe eines Glasbestandteiles (SiO₂) zu einem Pulver aus hoch-schmelzenden Metallen, wie Wolfram und Molybdän, und Vermischen der Pulvermischung mit einem organischen Bindemittel, um die Mischung pastenartig herzustellen (nachfolgend manchmal als „Metallisierungstinte" bezeichnet), welche auf eine keramischen Basis aufgebracht wird und wobei die Tintenschicht gebrannt wird (Brennverfahren).
Das Verfahren des Standes der Technik, welches oben beschrieben ist, erfordert eine Brenntemperatur von zwischen 1.300 bis 1.500°C zur Metallisierung und weist daher ein Problem auf, dass die Sinterkosten bezüglich der Ofenstruktur, der Energiewerte, der ausdehnbaren wärmebeständige Materialien etc. hoch ist.
Ein weiteres Problem ist, dass sich die Keramik selbst bei dem Brennen bzw. Sintern bei hoher Temperatur deformiert, was zu einem Erzeugnis führt, das die Abmessungsgenauigkeiten nicht erfüllt.
Obwohl eine Maßnahme zur Überwindung des oben beschriebenen Problems das Brennen der Metallisierungstinte mit einer herkömmlichen Zusammensetzung bei einer Temperatur von weniger als 1.300°C sein kann, führt dieses Brennen bzw. Sintern bei niedriger Temperatur zu einem Problem, dass eine ausreichende Bindungsfestigkeit nicht erzielt werden kann. Eine Verbesserung in dieser Hinsicht ist notwendig.
Des weiteren, ist es in dem Fall, dass eine metallische Schicht, welche durch das Metallisieren durch das Mo-Mn-Verfahren gebildet wurde, durch Löten an ein anderes metallisches Element oder dergleichen gebunden werden soll, nötig die Benetzbarkeit dessen durch ein Lötmaterial zu verbessern, um so eine ausreichende Bindung zu erzielen. Obwohl es bisher unvermeidbar ist, Nachbehandlungen durchzuführen, wie Nickelplattieren bzw. -metallisieren und nachfolgendes Sintern, gibt es ein Problem, dass diese Nachbehandlungen das Produktionsverfahren kompliziert machen.
JP-A-1 205 053 offenbart eine Keramik-Metallverbindung, zum Beispiel umfassend ein Si₃N₄-Element, welches an ein Stahl gelötet ist, mit einem dazwischen gesetzten Puffermaterial, umfassend zwei Schichten aus 90 Gew.-% W-(Fe, Ni), eine Schicht aus 70 Gew.-% W-(Fe, Ni) und eine Metallschicht umfassend 12 % Kovar.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wurde durchgeführt, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen.
Ein Gegenstand der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, durch welchen ein keramisches Element zum Verbinden mit einer metallischen Schicht, gebildet durch Metallisierung, mit ausreichender Bindefestigkeit erhalten werden kann, wenn ein Brennen bzw. Sintern bei niedriger Temperatur eingesetzt wird.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, ein keramisches Element zum Verbinden, verbundene bzw. gebundene Gegenstände, einen Vakuumschalter und einen Vakuumbehälter bereitzustellen.
In einem Verfahren des Standes der Technik der Metallisierung, werden Metalle an eine Keramik hauptsächlich durch zwei Wirkungen gebunden, d.h., das Sintern der hoch schmelzenden Metallteilchen und die Diffusion und Infiltration eines Glasbestandteiles in die Räume zwischen den Teilchen.
Wenn dieses Verfahren des Standes der Technik der Metallisierung bei einer ausreichend hohen Sintertemperatur durchgeführt wird, schreitet nicht nur das Sintern des hoch-schmelzenden Metalls fort, um eine Metallschicht mit verbesserter Festigkeit zu erzielen, sondern es dringt auch ein glasförmiger Bestandteil (z.B. SiO₂), welcher in der Keramik oder der Tinte enthalten ist, in die Räume zwischen den hoch-schmelzenden Metallteilchen ein, um die Bindefestigkeit auf der Basis einer Ankerwirkung mechanisch zu verbessern. Damit jedoch die Reaktionen, welche diese Wirkungen erzielen, ausreichend fortschreiten können, ist eine Temperatur von 1.300°C oder mehr notwendig.
Im Gegensatz dazu kann das Sintern in der Erfindung bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt werden, da Nickel mit hoch-schmelzenden Metallen reagiert, um das Sintern zu beschleunigen. In dem Fall, in dem die Tinte SiO₂ enthält, wird die metallische Schicht, welche durch Metallisierung gebildet wird, ausreichend mit einem glasförmigen Bestandteil aufgrund des SiO₂ angefüllt, so dass das Brennen bei einer Temperatur durchgeführt werden kann, so niedrig wie z. B. von 1.080 bis 1.250°C (vorzugsweise zwischen 1.100 bis 1.250°C, besonders bevorzugt zwischen 1.100 bis 1.200°C).
Gemäß einem Gegenstand der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elementes zum Verbinden bereitgestellt, umfassend: einen ersten Schritt, wobei eine erste Paste, hergestellt durch das Vermischen einer ersten Mischung umfassend Molybdänteilchen und Nickelteilchen mit einem organischen Bindemittel, auf eine keramische Basis aufgebracht wird, welche eine gesinterte Keramik ist und wobei die resultierende Beschichtung getrocknet wird, um eine erste Schicht zu bilden; einen zweiten Schritt, wobei eine zweite Paste, hergestellt durch das Mischen einer zweiten Mischung i) umfassend wenigstens eins von Nickelteilchen und Nickeloxid und wenigstens eins gewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupferteilchen, Kupferoxidteilchen, Manganteilchen und Manganoxidteilchen oder ii) umfassend wenigstens ein aus Nickel-Kupfer-Legierungsteilchen und Nickel-Mangan-Legierungsteilchen mit einem organischen Bindemittel, auf die erste Schicht aufgebracht wird und wobei die resultierende Beschichtung getrocknet wird, um eine zweite Schicht zu bilden; und einen dritten Schritt, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht erwärmt werden, um die erste Schicht und die zweite Schicht zu brennen.
Die zweite Mischung, welche bei diesem Verfahren verwendet wird, ist eine Mischung umfassend Teilchen aus Nickel oder Nickeloxid und wenigstens eines Elementes, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupferteilchen, Kupferoxidteilchen, Manganteilchen und Manganoxidteilchen oder eine Mischung umfassend Teilchen einer Nickel-Kupferlegierung oder Teilchen einer Nickel-Manganlegierung.
Da bei dieser Erfindung die erste Paste Nickel enthält, reagiert das Nickel mit dem Molybdän, welches ein hoch-schmelzendes Metall ist, um das Sintern in der Schicht, welche durch Metallisierung gebildet wird, zu beschleunigen. Aufgrund dessen können die Metallteilchen auch bei einer Temperatur, die so niedrig ist, wie z.B. zwischen 1.080 bis 1.180°C (vorzugsweise 1.100 bis 1.160°C), ausreichend sintern.
Als ein Resultat können die Sinterkosten bezüglich der Ofenstruktur, der Energiekosten, der ausdehnbaren wärmebeständigen Materialien etc. im Vergleich mit herkömmlichen reduziert werden. Da das Brennen bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt wird, neigt die Keramik des weiteren selbst weniger dazu, sich zu deformieren und eine hohe Abmessungsgenauigkeit wird erzielt. Da die Metallteilchen auch bei solch einer niedrigen Temperatur ausreichend gesintert werden, kann des weiteren eine hohe Bindefestigkeit sichergestellt werden.
Insbesondere, da die zweite Paste Kupfer und/oder Mangan neben Nickel enthält, kann ein verringerter Schmelzpunkt erhalten werden und eine dichte Legierungsschicht kann gebildet werden (auf der Schicht, welche durch Metallisierung gebildet wird). Aus diesem Grund kann das keramische Element zum Verbinden ausreichend gelötet werden, ohne schwierige Nachbehandlung notwendig sind, z.B. Nickelglasieren, die herkömmlicherweise nach dem Brennen durchgeführt werden. Das heißt diese Erfindung zeigt eine deutliche Wirkung, dass eine beträchtliche Vereinfachung des Herstellungsverfahrens möglich ist.
Da des weiteren die zweite Schicht zu einer Legierung wird, kann die übermäßige Diffusion von Nickel in die erste Schicht, welche Molybdän enthält, verringert werden. Daher kann verhindert werden, dass das Molybdän übermäßig sintert, um die Festigkeit zu reduzieren.
Das Brennen während des dritten Schrittes wird vorzugsweise in einer feuchten reduzierenden Atmosphäre durchgeführt, insbesondere bei einer Temperatur in dem Bereich von 1.080 bis 1.180°C, da das durch das Brennen unter diesen Bedingungen erhaltene Produkt eine hohe Bindefestigkeit und hohe Luftdichte aufweist.
Das Brennen während des dritten Schrittes kann gleichzeitig nach dem zweiten Schritt an beiden, der ersten und zweiten Schicht, durchgeführt werden. Das Brennen der ersten Schicht kann auch nach dem ersten Schritt durchgeführt werden, und das Brennen der zweiten Schicht kann nach dem zweiten Schritt durchgeführt werden.
Vorzugsweise umfasst die erste Mischung zwischen 70 bis 94 Gew.-% des Molybdänbestandteils und zwischen 1 bis 10 Gew.-% des Nickelbestandteils.
Da in dieser Erfindung die erste Mischung wenigstens 1 Gew.-% Nickel enthält, reagiert das Nickel mit Molybdän, welches ein hochschmelzendes Metall ist, um das Sintern in der durch Metallisierung gebildeten Schicht zu beschleunigen. Aus diesem Grund können die Metallteilchen auch bei einer niedrigen Temperatur in diesem Bereich ausreichend sintern. Da des weiteren der Nickelbestandteil 10 Gew.-% oder weniger beträgt, kann verhindert werden, dass das Molybdän übermäßig sintert und daher kann verhindert werden, dass die Bindefestigkeit zwischen der keramischen Basis und der durch Metallisierung gebildeten Schicht unzureichend ist.
Da des weiteren die erste Mischung Molybdän in einer Menge von 70 bis 94 Gew.-% enthält, kann eine klebrige bzw. zähe Schicht durch Metallisierung gebildet werden.
Vorzugsweise enthält die erste Mischung des weiteren zwischen 2 und 23 Gew.-% Siliziumoxidbestandteile (z.B. als Siliziumoxidteilchen).
Bei dieser Erfindung enthält die erste Mischung ein Siliziumoxid (SiO₂)-Bestandteil in einer Menge von 2 bis 23 Gew.-% und daher wird ein höheres Maß an Bindung zwischen der keramischen Basis und der durch Metallisierung gebildeten Schicht erzielt.
Vorzugsweise enthält die zweite Mischung zwischen 35 bis 75 Gew.-% des Nickelbestandteils (in Teilchen an Nickel oder Nickeloxid oder Teilchen einer Nickel-Kupferlegierung oder einer Nickel-Manganlegierung) und zwischen 25 bis 65 Gew.-% des Kupferbestandteils (in Kupferteilchen, Kupferoxidteilchen, oder Teilchen einer Nickel-Kupferlegierung) oder des Manganbestandteils (Manganteilchen, Manganoxidteilchen oder Teilchen einer Nickel-Manganlegierung).
Da die zweite Mischung bei dieser Erfindung den Nickelbestandteil in einer Menge zwischen 35 bis 75 Gew.-% enthält, ist die Bindefestigkeit der durch die Metallisierung gebildeten Schicht hoch und eine hohe Luftdichte wird erhalten.
Da der Gehalt des Kupfer- oder Manganbestandteils in der zweiten Mischung des weiteren 25 Gew.-% oder mehr beträgt, weist die resultierende Legierungsschicht eine ausgezeichnete Eignung zum Löten auf und besitzt eine hohe Festigkeit. Da der Gehalt des Kupfer- oder Manganbestandteils in dieser 75 Gew.-% oder weniger beträgt, kann die Infiltrierung in die Schicht, welche durch Metallisierung gebildet wird, gehemmt werden, und daher kann die Bindefestigkeit zwischen der keramischen Basis und der durch Metallisierung gebildeten Schicht sichergestellt werden.
In dem Fall, in dem die zweite Mischung ein Metalloxid enthält, wie Nickeloxid oder Kupferoxid, ist es bevorzugt SiO₂ zuzugeben, da diese Zugabe die Luftdichte weiter verbessert.
Gemäß eines weiteren Gegenstandes der Erfindung wird hier bereitgestellt:
ein keramisches Element zum Verbinden, umfassend:
eine keramische Basis, welche eine gesinterte Keramik ist; eine metallische Schicht, gebildet durch Metallisierung, welche eine untere Schicht auf einer Oberfläche der keramischen Basis ist, wobei die metallische Schicht Molybdän und Nickel umfasst; und eine Legierungsschicht, welche eine obere Schicht auf einer Oberfläche der metallischen Schicht ist, entweder direkt oder über eine Zwischenschicht, wobei die Legierungsschicht Nickel und wenigstens eines von Kupfer und Mangan umfasst.
Sa bei dieser Erfindung die untere durch Metallisierung gebildete Schicht Nickel enthält, kann sie auch bei einer niedrigen Temperatur einer ausreichenden Sinterung unterworfen werden, da das Sintern durch das Nickel während des Brennens beschleunigt wird.
Als ein Ergebnis, können die Sinterkosten bezüglich der Ofenstruktur, der Energiekosten, der ausdehnbaren wärmebeständigen Materialien etc. im Vergleich mit herkömmlichen niedrig gehalten werden. Das Brennen bzw. Sintern bei niedriger Temperatur ermöglicht, dass das keramische Element eine hohe Abmessungsgenauigkeit aufweist. Des weiteren, da ausreichendes Sintern auch bei einer niedrigen Temperatur möglich ist, kann eine hohe Bindefestigkeit sichergestellt werden.
Insbesondere, da die Legierungsschicht als eine obere Schicht in dieser Erfindung neben Nickel Kupfer und/oder Mangan enthält, wurde ein verringerter Schmelzpunkt beim Brennen erhalten und die gebildete Legierungsschicht kann eine dichte Schicht sein. Aus diesem Grund kann das keramische Element zum Binden ausreichend gelötet werden, auch ohne eine Nachbehandlung, z.B. Nickelplattieren, welches herkömmlicherweise nach dem Brennen durchgeführt wurde. Das heißt, eine beträchtliche Vereinfachung des Herstellungsverfahrens ist möglich.
Obwohl die Legierungsschicht als eine obere Schicht direkt auf der durch Metallisierung gebildeten unteren Schicht gebildet werden kann, kann eine Zwischenschicht, welche sich in dem Aufbau sowohl von der unteren durch Metallisierung gebildeten Schicht als auch von der Legierungsschicht als einer oberen Schicht unterscheidet, zwischen der oberen und unteren Schicht ausgebildet sein.
Vorzugsweise umfasst die durch Metallisierung gebildete metallische Schicht zwischen 71 bis 88 Gew.-% Molybdän und zwischen 0,7 bis 5,5 Gew.-% Nickel.
Da bei dieser Erfindung die durch Metallisierung gebildete Schicht Nickel in einer Menge von 0,7 Gew.-% oder mehr enthält, kann sie einem ausreichenden Sintern unterworfen werden, auch bei einer niedrigen Temperatur. Da des weiteren der Nickelbestandteil 5,5 Gew.-% oder weniger beträgt, kann verhindert werden, dass das Molybdän übermäßig sintert und daher kann verhindert werden, dass die Bindefestigkeit zwischen der keramischen Basis und der durch Metallisierung gebildeten Schicht unzureichend ist.
D die durch Metallisierung gebildete Schicht ferner Molybdän in einer Menge zwischen 71 bis 88 Gew.-% enthält, handelt es sich um eine klebrige bzw. zähe Schicht.
Vorzugsweise enthält die durch Metallisierung gebildete metallische Schicht des weiteren zwischen 3,0 bis 18,0 Gew.-% Siliziumoxidbestandteile in Bezug auf die Oxidmenge.
Bei dieser Erfindung, da die durch Metallisierung gebildete Schicht ein Siliziumoxid (SiO₂)-Bestandteil in einer Menge von 3,0 bis 18,0 Gew.-% enthält, ist sie in hohem Maße klebrig bzw. zäh an dem keramischen Element gebunden.
Vorzugsweise umfasst die Legierungsschicht zwischen 36 bis 61,3 Gew.-% Nickel und wenigstens eines von 33 bis 60 Gew.-% Kupfer und 2 bis 30 Gew.-% Mangan.
Da bei dieser Erfindung die Legierungsschicht Nickel in einer Menge von zwischen 36 bis 61,3 Gew.-% enthält, ist die Bindefestigkeit zwischen der Legierungsschicht und der durch Metallisierung gebildeten Schicht hoch und eine hohe Luftdichte wird erhalten.
Da des weiteren der Kupfergehalt in der Legierungsschicht 33 Gew.-% oder mehr beträgt, weist die Legierungsschicht eine ausgezeichnete Eignung zum Löten und eine hohe Festigkeit auf. Da der Kupfergehalt in dieser 60 Gew.-% oder weniger beträgt, trägt dies zu einer Verbesserung der Bindefestigkeit zwischen der keramischen Basis und der durch Metallisierung gebildeten Schicht bei.
Auf der anderen Seite, da der Mangangehalt in der Legierungsschicht 2 Gew.-% oder mehr beträgt, weist die Legierungsschicht eine ausgezeichnete Eignung zum Löten und eine hohe Festigkeit auf. Zusätzlich, da der Mangangehalt in dieser 30 Gew.-% oder weniger beträgt, trägt dies zu einer Verbesserung der Bindefestigkeit zwischen der keramischen Basis und der durch Metallisierung gebildeten Schicht bei.
Vorzugsweise ist die Zwischenschicht, welche zwischen der metallischen durch Metallisierung gebildeten Schicht als eine untere Schicht und der Legierungsschicht als eine obere Schicht gebildet ist, eine Zwischenschicht, die eine Nickel-Molybdänlegierung umfasst.
Diese Erfindung zeigt ein Beispiel der Bestandteile der Zwischenschicht. Obwohl die Zwischenschicht abhängig von den Sinterbedingungen etc. erzeugt werden kann, übt die Anwesenheit dieser Zwischenschicht nur wenig Einfluss auf die Eigenschaften umfassend die Bindefestigkeit aus.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung stellt einen verbundenen bzw. gebundenen Gegenstand zur Verfügung, erhalten durch das Verbinden eines metallischen Elementes mit einem keramischen Element zum Verbinden, wie oben definiert, über wenigstens die durch Metallisierung gebildete metallische Schicht und die Legierungsschicht.
In dieser Erfindung wurden das keramische Element zum Verbinden und das metallische Element miteinander durch die durch Metallisierung gebildete Schicht und die Legie rungsschicht, welche oben beschrieben sind, verbunden. Insbesondere wurde das keramische Element zum Verbinden, welches durch das Ausbilden einer metallischen Schicht auf einer Oberfläche einer keramischen Basis durch Metallisierung und des weiteren das Ausbilden einer Legierungsschicht auf der metallischen Schicht erhalten wurde, mit dem metallischen Element durch Verbinden der Legierungsschicht mit dem metallischen Element, bei welchem es sich zum Beispiel um ein Lötmaterial handelt, verbunden. Das keramische Element kann die Zwischenschicht zwischen der durch Metallisierung gebildeten Schicht und der Legierungsschicht aufweisen.
Daher besteht keine Notwendigkeit, eine Nickelplattierung (auf der Oberfläche der durch Metallisierung gebildeten Schicht) und ein nachfolgendes Sintern durchzuführen, wie bei herkömmlichen Verfahren, und das metallische Element kann direkt mit der Legierungsschicht durch Löten verbunden werden. Daher kann der verbundene Gegenstand durch eine geringe Anzahl an Schritten bei niedrigen Kosten hergestellt werden. Des weiteren weist dieser verbundene bzw. gebundene Gegenstand eine hohe Bindefestigkeit und eine hohe Abmessungsgenauigkeit auf.
Ein weiterer Gegenstand dieser Erfindung stellt einen gebundenen bzw. verbundenen Gegenstand zur Verfügung, erhalten durch das Verbinden zweier keramischer Elemente zum Verbinden, wie oben definiert, welche miteinander durch wenigstens die durch Metallisierung gebildete metallische Schicht und die Legierungsschicht jedes keramischen Elementes verbunden werden.
Bei dieser Erfindung wurden zwei keramische Elemente zum Verbinden miteinander über die durch Metallisierung gebildeten Schichten und die Legierungsschichten, welche oben beschrieben sind, verbunden. Jedes keramische Element kann zwischen der durch Metallisierung gebildeten Schicht und der Legierungsschicht die oben beschriebene Zwischenschicht aufweisen.
Als Beispiel dieses gebundenen bzw. verbundenen Gegenstandes ist einer, erhalten aus zwei keramischen Elementen für das Verbinden, welche jeweils eine durch Metallisierung gebildete metallische Schicht und eine Legierungsschicht aufweisen, durch das Verbinden der Legierungsschichten miteinander über ein Lötmaterial.
Daher sind das Nickelplattieren und nachfolgende Sintern, welche bei herkömmlichen Verfahren durchgeführt werden, nicht notwendig, wie in dem Fall des verbundenen bzw. gebundenen Gegenstandes gemäß Anspruch 20, und die Legierungsschicht kann direkt mit einem metallischen Element durch Lötung verbunden werden. Daher kann dieser gebundene bzw. verbundene Gegenstand bei niedrigen Kosten mit hoher Bindefestigkeit und hoher Dimensionsgenauigkeit hergestellt werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung stellt einen Vakuumschalter mit einem gebundenen Gegenstand, wie oben definiert, zur Verfügung.
Der Vakuumschalter dieser Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er eines der gebundenen bzw. verbundenen Gegenstände, die oben beschrieben sind, aufweist. Ein Beispiel dieses Vakuumschalters ist ein Schalter eines elektrischen Schaltkreises unter Einsatz eines keramischen isolierenden Ventils, insbesondere eines geeignet für das Anschalten einer Hochspannungs-Hochstromelektrizität.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung stellt einen Vakuumbehälter zur Verfügung, umfassend einen gebundenen bzw. verbundenen Gegenstand, wie oben definiert.
Der Vakuumbehälter dieser Erfindung (z.B. ein isolierendes Ventil) wird z.B. in dem oben beschriebenen Vakuumschalter benutzt. Ein Vakuumschalter (Schalter für einen elektrischen Schaltkreis) kann hergestellt werden, indem Elektroden und andere notwendigen Elemente in diesem Vakuumbehälter angeordnet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Querschnitt, welcher einen wichtigen Teil eines gebundenen bzw. verbundenen Gegenstandes darstellt, der in Beispiel 1 gezeigt ist.
2 zeigt eine schräge Ansicht, welches einen gebundenen bzw. verbundenen Gegenstand darstellt, erhalten in Beispiel 1.
3 zeigt eine Darstellung, welche ein Messverfahren der Bindefestigkeit des gebundenen Gegenstandes zeigt, erhalten in Beispiel 1.
4 zeigt einen Querschnitt, welcher einen wichtigen Teil eines gebundenen Gegenstandes darstellt, das in 2 dargestellt wird.
5 ist eine teilweise geschnittene Ansicht, welche den in Beispiel 3 dargestellten Vakuumschalter zeigt.
6 ist eine Querschnitt, welcher einen wichtigen Teil des Vakuumschalters darstellt, gezeigt in Beispiel 3.
7 ist ein Querschnitt, welcher einen wichtigen Teil des Vakuumschalters darstellt, gezeigt in Beispiel 4.

1: Keramisches Element zum Verbinden
3: Metallisches Element
5, 35, 162, 219, 221: Lötmaterial
70, 370: gebundener Gegenstand
9: Keramische Basis
11: durch Metallisierung gebildete metallische Schicht
31: erstes keramisches Element zum Verbinden
33: zweites keramisches Element zum Verbinden
39: erste keramische Basis
41: erste durch Metallisierung gebildete metallische Schicht
45: zweite keramische Basis
47: zweite durch Metallisierung gebildete metallische Schicht
161, 207: Lichtbogenschutzschild
101: isolierendes Ventil
100', 200': Vakuumschalter (Hochlastschalter)
171, 211, 213: durch Metallisierung gebildete metallische Schicht
201: oberes isolierendes Ventil
203: unteres isolierendes Ventil
205: Verbindungselement
313, 374, 315, 317: Legierungsschicht
343: erste Legierungsschicht
349: zweite Legierungsschicht

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Ausführungsformen (Beispiele) des Verfahrens zur Herstellung eines keramischen Elementes zum Verbinden, des keramischen Elementes zum Verbinden, der gebundenen Gegenstände, des Vakuumschalters dieser Erfindung werden unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
(BEISPIEL 1)
Ein gebundener bzw. verbundener Gegenstand, umfassend ein keramisches Element zum Verbinden und ein metallisches Element wird als eine Ausführungsform beschrieben.
a) 1 zeigt diese Ausführungsform diagrammartig, wobei ein gebundener Gegenstand 70 ein keramisches Element 1 zum Verbinden und ein metallisches Element 3, welches damit über ein Lötmaterial 5 verbunden ist, umfasst.
Insbesondere umfasst das keramische Element 1 zum Verbinden eine keramische Basis 9, eine metallische Schicht (untere Schicht) 11, welche auf dieser durch Metallisierung gebildet ist, und eine Legierungsschicht (obere Schicht) 313, gebildet auf der durch Metallisierung gebildeten Schicht 11. Die Legierungsschicht 313 und das metallische Element 3 wurden miteinander über das Lötmaterial 5 verbunden, wodurch das keramische Element 1 zum Verbinden und das metallische Element 3 miteinander vereinigt wurden.
Insbesondere umfasst in dieser Ausführungsform die durch Metallisierung gebildete Schicht 11 zwischen 71 bis 88 Gew.-% Molybdän, zwischen 0,7 bis 5,5 Gew.-% Nickel und zwischen 3 bis 18 Gew.-% SiO₂ in Bezug auf die Siliziumoxidmenge, wohingegen die Legierungsschicht 313 zwischen 36 bis 31,3 Gew.-% Nickel und zwischen 33 bis 60 Gew.-% Kupfer (oder zwischen 2 bis 30 Gew.-% Mangan) umfasst.
Daher weist dieser als eine Ausführungsform dargestellte gebundene bzw. verbundene Gegenstand 70 nicht nur eine hohe Bindefestigkeit zwischen der keramischen Basis 9 und der durch Metallisierung gebildeten Schicht 11 auf, sondern besitzt auch eine ausgezeichnete Luftdichte, wie durch das später angeführte Experiment dargestellt wird.
Des weiteren kann das keramische Element 1 und das metallische Element 3 über die Legierungsschicht 313 miteinander verlötet werden, ohne eine Nachbehandlung durchzuführen, wie ein Plattieren, wie bei herkömmlichen Verfahren. Daher kann eine beträchtliche Vereinfachung des Herstellungsverfahrens erzielt werden.
b) Ein verfahren zur Herstellung eines ringförmigen Probenstückes als ein Beispiel dieses verbundenen Gegenstandes 70 wird im Folgenden zusammen mit einem Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elementes 1 zum Verbinden beschrieben.

(1) Zunächst wurde eine erste Paste (erste Metallisierungstinte) erzeugt, durch Herstellen einer ersten Mischung bestehend aus Molybdänteilchen, Nickelteilchen und SiO₂-Teilchen in einem in der nachfolgenden Tabelle 5 dargestellten Verhältnis, Pulverisieren und Mischen der ersten Mischung von Teilchen (z.B. 87 Gew.-%) mit einem organischen Bindemittel (z.B. 13 Gew.-%) wie z.B. Ethylcellulose.
(2) Eine zweite Paste (zweite Metallisierungstinte) wurde auf die gleiche Weise erzeugt, indem eine zweite Mischung bestehend aus zwei oder mehr Elementen hergestellt wurde, gewählt aus Nickelteilchen, Kupferteilchen, Manganteilchen, Molybdänteilchen, Nickel-Kupferlegierungsteilchen und Nickel-Manganlegierungsteilchen wie in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt, Pulverisieren und Mischen der zweiten Mischung von Teilchen und Mischen der zweiten Mischung (z.B. 87 Gew.-%) mit einem organischen Bindemittel (z.B. 13 Gew.-%) wie z.B Ethylcellulose.
(3) Die erste Paste wurde aufgebracht auf eine keramische Basis 9 auf Aluminiumbasis (z.B. 92 Gew.-% Aluminiumoxid), bei welchem es sich um eine gesinterte Keramik handelte (z.B. ein ringförmiges Probenstück mit einer Dicke von 5 mm, einem Außendurchmesser von 30 mm und einem Innendurchmesser von 8,5 mm) mit einer Dicke von ungefähr 10 bis 20 mμ. Die Beschichtung wurde getrocknet, um eine erste Schicht zu bilden (welche durch Metallisierung zu einer ersten metallischen Schicht 11 wird).
(4) Nachfolgend wurde die zweite Paste auf die gesamte Oberfläche der ersten Schicht in einer Dicke von ungefähr 10 bis 20 mμ aufgebracht, und die Beschichtung wurde getrocknet, um eine zweite Schicht zu bilden (welche eine Legierungsschicht 313 wird).
(5) Die keramische Basis 9, die so mit der ersten Schicht und der zweiten Schicht beschichtet wurde, wurde in einen Ofen eingeführt und bei den Temperaturen von 1.050 bis 1.200°C gesintert, die in Tabelle 3 dargestellt sind, in einer Atmosphäre von H₂/N₂ (1:1) Formgas mit einer Benetzungstemperatur von 50°C. Anschließend wurde ein keramisches Element 1 zum Verbinden erhalten, bestehend aus der keramischen Basis 9, einer durch Metallisierung gebildeten metallischen Schicht 11 und einer Legierungsschicht 313, welche darauf gebildet war.
(6) Anschließend wurden das keramische Element 1 zum Verbinden und ein metallisches Element 3 bestehend aus Kovar (Fe-Ni-Co) miteinander verlötet.

Im einzelnen wurde eine Folie eines Silberlötmaterials (BaG-8) 5 zwischen der Legierungsschicht 313 und dem metallischen Element 3 eingeführt (z.B. eine Kovar-Scheibe mit einer Dicke von 1 mm und einem Außendurchmesser von 16 mm). Dieser Aufbau wurde auf eine gegebene Löttemperatur erwärmt und anschließend gekühlt, um das keramische Element 1 zu verbinden, und das metallische Element 3 miteinander zu verlöten. Auf diese Weise wurde ein verbundener Gegenstand 70 vervollständigt.
Unter Verwendung der ersten und zweiten Pasten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, wie in der nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt, wurden ringförmige Probenstücke (Proben) Nr. 101 bis 110 und 115 bis 120, dargestellt in 2 hergestellt, falls die verbundenen Gegenstände 70, welche getestet werden sollten, gemäß der Schritte (1) bis (6), die hier beschrieben sind.
Beispiele 111 bis 114 wurden als Vergleichsbeispiele des weiteren unter Verwendung von Pasten hergestellt, die sich von der ersten und zweiten Paste in der Zusammensetzung unterscheiden.
Tabelle 1
Des weiteren wurde ein Bereich jedes keramischen Elementes 1 zum Verbinden poliert und die durch Metallisierung gebildete Schicht 11 und die Legierungsschicht 313 wurden quantitativ analysiert, um den Gehalt der Bestandteile zu bestimmen. Diese quantitative Analyse wurde mit einer Elektronenstrahl-Mikrosonde durchgeführt (Beschleunigungsspannung, 20 kV; Durchmesser der Punkte 5 μm). Die Resultate sind in der nachfolgenden Tabelle 2 dargestellt.
In Bezug auf jede Probe wurde die Analyse an fünf Punkten durchgeführt, um so die Einflüsse von Entmischung zu reduzieren und die fünf ermittelten Werte für jeden Bestandteil wurden gemittelt. In der Tabelle 2 ist der Gehalt des Siliziums in Bezug auf die Oxidmenge angegeben.
In jeder Schicht wird der Rest als Glasbestandteile angenommen, wie Al₂O₃, MgO und CaO, welche aus der keramischen Basis durch Diffusion in die Schicht gedrungen sind.
Tabelle 2
c) Die Proben des verbundenen Gegenstandes 70, hergestellt durch das oben beschriebene Verfahren, wurden bezüglich der Bindefestigkeit überprüft.
Diese Überprüfung wurde auf die folgende Weise durchgeführt. Wie in 3 dargestellt, wurde jeder verbundene Gegenstand 70 so angeordnet, dass das metallische Element 3 nach unten gerichtet war und dass die untere Seite eines Umfangteiles der keramischen Basis 9 von einem zylindrischen Eisensockel 21 getragen wurde. Ein zylindrischer Lochstab aus rostfreiem Stahl wurde von der oberen Seite in die mittlere Durchgangsöffnung 23 der keramischen Basis 9 eingeführt, die in diesem Zustand gehalten wurde. Der Lochstab 25 wurde dann nach unten mit einer Geschwindigkeit von 0,5 mm/min. nach unten bewegt.
Die Festigkeit (Bruchfestigkeit) zu dem Zeitpunkt, zu dem sich das metallische Element 3 von der keramischen Basis 9 trennte, wurde mit einer Lastzelle (nicht dargestellt) gemessen, die oberhalb des Lochstabes 25 angeordnet war. Diese Festigkeit wurde als Lötfestigkeit verwendet. In Bezug auf jede Probe ist die Ermittlung der Lötfestigkeiten (Bindefestigkeiten) für die jeweiligen Sintertemperaturen in der nachfolgenden Tabelle 3 dargestellt.
In der Spalte „Bewertung" in Tabelle 3 gibt ein Kreis an, dass die Probe eine Bindefestigkeit von mehr als 17 MPa in dem Bereich von 1.050 bis 1.200°C aufwies, ein Dreieck gibt an, dass die Probe eine Bindefestigkeit von 11 bis 17 MPa in dieser Temperatur aufweist und x gibt an, dass die Probe eine Bindefestigkeit von weniger als 11 MPa in diesem Temperaturbereich aufwies.
Tabelle 3
Tabelle 3 zeigt das Folgende. Die Proben Nr. 101 bis 110 und 115 bis 120 gemäß der Erfindung weisen vorteilhafterweise hohe Lötfestigkeiten auf, da die durch Metallisierung gebildeten metallischen Schichten ausreichend gesintert wurden, trotz des Niedertemperatursinterns. Diese verbundenen Gegenstände weisen einen Vorteil auf, dass die Sinterkosten niedrig sind, da das Sintern bei niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann. Es gibt auch einen Vorteil, da die metallischen Schichten bei diesen Proben ausreichend bei niedrigen Temperaturen gesintert werden können, dass die keramischen Elemente für das Verbinden eine hohe Abmessungsgenauigkeit beibehalten können, im Vergleich mit dem Fall, bei welchem das Sintern bei hohen Temperaturen durchgeführt wird.
Insbesondere weisen die Proben Nr. 102 bis 104, 107 bis 109, 116, 117 und 120 (d.h. die Proben, bei welchen die Bewertung der Bindefestigkeit in Tabelle 3 „O" ist, für wenigstens zwei der Sintertemperaturen) hohe Bindefestigkeiten und sind daher besonders bevorzugt.
Im Gegensatz dazu weisen die Proben 111 bis 114 als Vergleichsbeispiele nachteilig niedrige Lötfestigkeiten auf.
d) Nachfolgend wurden die Proben des verbundenen Gegenstandes 70, hergestellt durch das oben beschriebene Verfahren, bezüglich der Luftdichte überprüft.
Insbesondere wurde eine Seite des gebundenen Gegenstandes 70, dargestellt in 1, einem Vakuum (1×10^–8 Torr oder weniger) ausgesetzt und die andere Seite wurde mit Helium angefüllt, um den verbundenen Gegenstand 70 bezüglich Helium-Lecks zu überprüfen.
Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 3 dargestellt, mittels des Symbols „k".
Wie aus Tabelle 3 deutlich wird, weisen die Proben 102 bis 105, 107 bis 109 und 115 bis 120 gemäß der Erfindung besonders hohe Luftdichte auf.
(BEISPIEL 2)
In Beispiel 2 werden Erläuterungen der gleichen Punkte wie in Beispiel 1 weggelassen.
In diesem Beispiel ist ein verbundener Gegenstand umfassend zwei keramische Elemente, welche miteinander verbunden sind, als eine Ausführungsform beschrieben.

a) 4 zeigt diagrammartig diese Ausführungsform, wobei ein verbundener Gegenstand 370 ist, umfassend ein erstes keramisches Element 31 zum Verbinden, bestehend aus Aluminiumoxid und verbunden mit einem Lötmaterial 35, ein zweites ke ramisches Element 33 zum Verbinden, hergestellt aus Aluminiumoxid und entsprechend dem ersten keramischen Element 31. Insbesondere umfasst das erste keramische Element 31 zum Verbinden eine erste keramische Basis 39, eine erste metallische Schicht 41, gebildet auf dieser durch Metallisierung, und eine erste Legierungsschicht 343, gebildet auf dieser ersten metallischen Schicht 41. Auf der anderen Seite umfasst das zweite keramische Element 33 zum Verbinden eine zweite keramische Basis 45, eine zweite metallische Schicht 47, gebildet darauf durch Metallisierung und eine zweite Legierungsschicht 349, gebildet auf dieser zweiten metallischen Schicht 47. Das erste keramische Element zum Verbinden 31 und das zweite keramische Element zum Verbinden 33 wurden miteinander durch das Verbinden der ersten Legierungsschicht 343 mit der zweiten Legierungsschicht 349 über das Lötmaterial 35 vereinigt.
b) Ein Verfahren zur Herstellung dieses verbundenen Gegenstandes 370 wird im Folgenden anhand eines Verfahrens zur Herstellung der ersten und zweiten keramischen Elemente 31 und 33 zum Verbinden beschrieben. (1) Unter Verwendung der teilchenförmigen Bestandteile, welche in Tabelle 1 dargestellt sind, als Bestandteile der ersten und zweiten Paste, wurden eine erste und eine zweite Paste für jede Probe auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt (im Folgenden entsprechen die Punkte deren Erläuterung weggelassen wurde, der Erläuterung in Beispiel 1). (2) Die erste Paste wurde auf eine Oberfläche jeder der ersten und zweiten keramischen Basen 39 und 45 aufgebracht und anschließend getrocknet, um die jeweiligen ersten Schichten zu bilden. (3) Nachfolgend wurde die zweite Paste auf die Oberfläche der ersten Paste jeder der ersten und zweiten keramischen Basen 39 und 45 aufgebracht und anschließend getrocknet, um die jeweiligen zweiten Schichten zu bilden. (4) Anschließend wurde die erste und zweite keramische Basis 39 und 45, die jeweils mit der ersten Schicht und der zweiten Schicht beschichtet waren, in einen Ofen ein geführt und bei Temperaturen in dem Bereich von 1.050 bis 1.200°C gesintert. Anschließend wurde ein erstes keramisches Element 31 zum Binden mit einer ersten durch Metallisierung gebildeten Schicht 41 und einer ersten Legierungsschicht 343 und ein zweites keramisches Element 33 zum Verbinden mit einer zweiten durch Metallisierung gebildeten Schicht 47 und einer zweiten darauf angeordneten Legierungsschicht 349 erhalten. (5) Nachfolgend wurde ein Silberlötmaterial 35 zwischen den zwei Legierungsschichten 343 und 349 angeordnet, um die keramischen Elemente 31 und 33 zum Verbinden miteinander zu verlöten. Auf diese Weise wurden die keramischen Elemente 31 und 33 miteinander vereinigt, um einen verbundenen Gegenstand 370 fertigzustellen.

Dieser verbundene Gegenstand 370, der als eine Ausführungsform dargestellt ist, weist eine hohe Bindefestigkeit und eine ausgezeichnete Luftdichte wie der verbundene Gegenstand, welcher in Beispiel 1 dargestellt ist, auf.
BEISPIEL 3
In Beispiel 3 sind die Erläuterungen der gleichen Punkte wie in den Beispielen 1 und 2 weggelassen.
Dieses Beispiel beschreibt die Anwendung eines verbundenen Gegenstandes umfassend ein keramisches Element zum Verbinden und ein metallisches Element, wie das in Beispiel 1 dargestellte, auf einem Vakuumschalter als eine Ausführungsform.
Dieser Vakuumschalter ist ein Hochlastschalter umfassend einen Vakuumbehälter mit eingebauten Elektroden und anderen Bestandteilen und ist geeignet, um eine Hochspannung-Hochstromelektrizität anzuschalten.
Wie in 5 dargestellt, umfasst dieser Hochlast-Vakuumschalter 100' ein isolierendes Ventil 101, erste und zweite Enddeckel 102 und 103, welche an dem isolierenden Ventil 101 befestigt sind, um so die jeweiligen Enden dessen abzudecken, eine feste Elektrode 104 befestigt an der ersten Endabdeckung 102, um in das isolierende Ventil 101 zu tragen, eine bewegbare Elektrode 105, angeordnet um so frei durch die zweite Endabdeckung 103 bewegbar zu sein. Die feste Elektrode 104 und die bewegbare Elektrode 105 bilden einen Kontaktpunkt 106.
Das isolierende Ventil 101 ist eine gesinterte Keramik, welche einen Aluminiumoxidgehalt von 92 Gew.-% aufweist, und eine fast zylindrische Form besitzt, mit einem Innendurchmesser von 80 mm, einer Wanddicke von ungefähr 5 mm und einer Länge von 100 mm. Das isolierende Ventil 101 umfasst einen geraden Trommelteil 110 mit einem konstanten inneren Durchmesser und einem Kantenteil 112, welcher nach innen von der inneren Umfangswand 111 hervorragt und sich über den Umfang entlang eines Kreises erstreckt, der unmittelbar zwischen den beiden Enden des Trommelteils 110 angeordnet ist. Das isolierende Ventil 101 weist ferner eine Glasurschicht 115 an der Außenumfangsfläche auf.
Die ersten und zweiten Endabdeckungen 102 und 103 bestehen aus scheibenförmigen Kovar (Fe-Ni-Co)-Platten, die jeweils in ihren Mittelpunkten Löcher 121 und 132 aufweisen, um die feste Elektrode 104 und eine Führung 131 dafür zu befestigen. Diese Führung 131 wurde so angeordnet, dass die bewegliche Achse 151 der bewegbaren Elektrode 105 gleitbar ist.
Die feste Elektrode 104 besteht aus einer festen Welle 141, als einem Ende dieser, welche fest an dem Loch 121 befestigt ist, und einer scheibenförmigen Elektrode 142, als das andere Ende, welches in das isolierende Ventil 101 ragt.
Die bewegbare Elektrode 105 besteht aus der bewegbaren Welle 151, als hinterer Teil dieser, welcher innerhalb der Führung 131 und einer Elektrode 152 gleitet, als ein vorderer Endteil dieser, welcher in Kontakt mit der Elektrode 142 der festen Elektrode 104 kommt. Diese bewegbare Elektrode 105 ist mit einem metallischen Balken 153 versehen, welcher sich von dem Teil der beweglichen Welle 151 erstreckt, welche in der Nähe der Elektrode 152 liegt bis zu der zweiten Endabdeckung 103. Der Balken 153 ermöglicht, dass die Elektrode 105 die Schaltfunktion ausübt, während ein Vakuum beibehalten wird.
Der metallische Balken 153 ist von einer Balkenabdeckung 154 umgeben, um so zu verhindern, dass diese in direkten Kontakt mit einem Metalldampf kommt, der von den Elektroden 142 und 152 erzeugt wird, (d.h. Kontakte 143 und 155 angeordnet an den vorderen Enden dieser) beim Stromschalten.
Der Kontaktpunkt 106 weist eine Struktur auf, da das Fusionsbinden, bewirkt durch einen erzeugten Vakuum-Lichtbogen, weniger auftritt. Dies wurde erzielt, indem ein hochschmelzendes Wolfram-Basismetall als das Material der Kontakte 143 und 155 eingesetzt wird, wobei die Elektroden 142 und 152 miteinander in Kontakt stehen.
Des weiteren ist ein Lichtbogenschutzschild 161 angeordnet, um so den Kontaktpunkt 106 zu umgeben. Dieser Lichtbogenschutzschild 161 wurde gebunden durch das Löten des Kantenbereichs 112 des isolierenden Ventils 101, um zu verhindern, dass der Metalldampf sich auf der inneren Umfangswand 111 des isolierenden Ventils 110 abscheidet und die Isolierung reduziert.
Das heißt ähnlich wie der verbundene Gegenstand in Beispiel 1, umfasst der Hochlastschalter 100' dieses Beispiels das isolierende Ventil 101, welches ein keramisches Element zum Verbinden ist, und den Lichtbogenschutzschild 161, welcher ein metallisches Element, verbunden durch Löten mit einem Lötmaterial 162 an den Kantenbereich 112 des isolierenden Ventils 101.
6 zeigt diagrammartig einen wichtigen Teil des Schalters 100'. Insbesondere der Kantenbereich 112 des isolierenden Ventils 101 weist eine metallische Schicht 171 auf, die oben auf dieser ausgebildet ist, durch Niedertemperatur-Metallisierung auf die gleiche weise wie in Beispiel 1. Diese durch Metallisierung gebildete Schicht 171 ist mit einer Legierungsschicht 173 bedeckt. Diese Legierungsschicht 373 wurde mit dem Lichtbogenschutzschild 161 durch Löten mit dem Lötmaterial 162 verbunden.
Auf diese Weise kann das isolierende Ventil 101, welches mit dem Lichtbogenschutzschild 161 versehen ist (und daher der Hochlastschalter 100') mit niedrigen Kosten hergestellt werden, und hohe Dimensionsgenauigkeit und hohe Bindefestigkeit können realisiert werden.
(BEISPIEL 4)
In Beispiel 4 werden die Erläuterungen der gleichen Punkte wie in Beispiel 3 weggelassen.
Dieses Beispiel beschreibt die Anwendung eines verbundenen Gegenstandes umfassend ein keramisches Element zum Verbinden und ein metallisches Element auf einem Vakuumschalter wie in Beispiel 3. Dieser Vakuumschalter unterscheidet sich jedoch von dem in Beispiel 3, im Hinblick auf die Struktur des Lichtbogenschutzschildes und des isolierenden Ventils.
Ein wichtiger Bereich des Vakuumschalters ist in 7 diagrammartig dargestellt. Dieser Vakuumschalter (Hochlastschalter) 200' weist ein Verbindungselement 205 auf, hergestellt aus sauerstofffreiem Kupfer, angeordnet durch das Löten zwischen einem oberen isolierenden Ventil 201 und einem unteren isolierenden Ventil 203, und des weiteren ein Lichtbogenschutzschild 207 verbunden durch Löten desselben an das vordere Ende des Verbindungselementes 205.
Insbesondere, in dem Teil (Fixierbereich 209) wo das obere isolierende Ventil 201 und das untere isolierende Ventil 203 an dem Verbindungselement 205 fixiert sind, weisen die oberen und unteren isolierenden Ventile 201 und 203 jeweils metallische Schichten 211 und 213 auf, gebildet darauf durch Metallisierung auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1. Diese durch Metallisierung gebildeten Schichten 211 und 213 sind mit den Legierungsschichten 315 und 317 beschichtet.
Diese Legierungsschichten 315 und 317 wurden mit dem Verbindungselement 205 über Lötmaterialien 219 und 221 verbunden. Auf diese Weise wurden die zwei isolierenden Ventile 201 und 203 mit dem Verbindungselement 205 vereinigt.
Die zwei isolierenden Ventile 201 und 203 weisen auf der äußeren Umfangsfläche Glasurschichten 223 und 225 auf, welche die gleichen sind wie die Glasurschicht in Beispiel 3.
Dieses Beispiel führt zu den gleichen Wirkungen wie Beispiel 3.
Die Erfindung sollte nicht so aufgebaut sein, dass sie auf die angeführten Beispiele beschränkt wird. Es ist natürlich, dass die Erfindung in verschiedenen Weisen praktiziert werden kann, sofern diese Weisen sich von dem Umfang der in den Ansprüchen definierten Erfindung unterscheidet.
Zum Beispiel, obwohl Beispiel 1 und 2 Ausführungsformen zeigen, bei denen die untere Schicht, d.h. eine durch Metallisierung gebildete Schicht, und die obere Schicht, d.h. eine Legierungsschicht, sich im direkten Kontakt miteinander befinden, die keramischen Ele mente modifiziert werden können, so dass sie eine Zwischenschicht (z.B. eine Ni-Mo-Legierungsschicht) aufweisen, die zwischen der durch Metallisierung gebildeten Schicht und der Legierungsschicht angeordnet ist und sich in der Zusammensetzung von diesen Schichten unterscheidet.
Wie oben im Detail beschrieben, kann bei dem Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elementes zum Verbinden gemäß der Erfindung eine durch Metallisierung gebildete Metallschicht ausreichend bei niedrigen Temperaturen gesintert werden, und daher können die Herstellungskosten reduziert werden. Des weiteren kann eine hohe Abmessungsgenauigkeit und hohe Bindungsfestigkeit realisiert werden. Zusätzlich, da es keine Notwendigkeit gibt, das Plattieren oder andere Behandlungen durchzuführen, die herkömmlicherweise notwendig waren, kann eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens erzielt werden.
Das keramische Element zum Verbinden gemäß der Erfindung weist eine durch Metallisierung gebildete Metallschicht auf, welche einer ausreichenden Sinterung trotz des Niedertemperatursinterns unterworfen wurde. Daher ist dieses keramische Element wirkungsvoll bezüglich der Reduzierung der Sinterkosten und weist eine hohe Abmessungsgenauigkeit und hohe Bindungsfestigkeit auf. Zusätzlich, da es keine Notwendigkeit gibt, das Plattieren oder andere Behandlungen durchzuführen, die herkömmlicherweise notwendig waren, kann eine Vereinfachung des Herstellungsverfahrens erzielt werden.
Des weiteren weisen verbundene Gegenstände der Ansprüche 13 und 14 ähnliche Vorteile der Kostenreduktion, hohen Bindefestigkeit und hoher Dimensionsgenauigkeit auf, da sie das oben beschriebene keramische Element zum Verbinden aufweisen.
Des weiteren zeigt der Vakuumschalter gemäß Anspruch 15 gemäß der Erfindung und der Vakuumbehälter aus Anspruch 16 gemäß der Erfindung die Vorteile der Kostenreduktion, hohen Bindefestigkeit und hoher Abmessungsgenauigkeit auf, da sie einen verbundenen Gegenstand enthalten mit dem keramischen Element zum Verbinden, wie oben beschrieben.

Claims

Keramisches Element zum Verbinden, umfassend: eine keramische Basis, welche eine gesinterte Keramik ist; eine metallische Schicht, gebildet durch Metallisierung, welche eine untere Schicht auf einer Oberfläche der keramischen Basis ist, wobei die metallische Schicht Molybdän und Nickel umfasst; und eine Legierungsschicht, welche eine obere Schicht auf einer Oberfläche der metallischen Schicht ist, entweder direkt oder über eine Zwischenschicht, wobei die Legierungsschicht Nickel und wenigstens eines von Kupfer und Mangan umfasst.
Keramisches Element zum Verbinden gemäß Anspruch 1, wobei die metallische Schicht 71 bis 88 Gew.-% Molybdän und 0,7 bis 5,5 Gew.-% Nickel umfasst.
Keramisches Element zum Verbinden gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die metallische Schicht des weiteren 3,0 bis 18,0 Gew.-% Silizium in Bezug auf auf SiO₂ enthält.
Keramisches Element zum Verbinden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Legierungsschicht 36 bis 61,3 Gew.-% Nickel und wenigstens eines von 33 bis 60 Gew.-% Kupfer und 2 bis 30 Gew.-% Mangan enthält.
Keramisches Element zum Verbinden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zwischenschicht zwischen der metallischen Schicht als eine untere Schicht und der Legierungsschicht als eine obere Schicht eine Zwischenschicht ist, umfassend eine Nickel-Molybdänlegierung.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elementes zum Verbinden, umfassend: Einen ersten Schritt, wobei eine erste Paste, hergestellt durch das Vermischen einer ersten Mischung umfassend Molybdänteilchen und Nickelteilchen mit einem organischen Bindemittel, auf eine keramische Basis aufgebracht wird, welche eine gesinterte Keramik ist und wobei die resultierende Beschichtung getrocknet wird, um eine erste Schicht zu bilden; einen zweiten Schritt, wobei eine zweite Paste, hergestellt durch das Mischen einer zweiten Mischung i) umfassend wenigstens eines von Nickelteilchen und Nickeloxid und wenigstens eines gewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupferteilchen, Kupferoxidteilchen, Manganteilchen und Manganoxidteilchen oder ii) umfassend wenigstens eines aus Nickel-Kupfer-Legierungsteilchen und Nickel-Mangan-Legierungsteilchen mit einem organischen Bindemittel, auf die erste Schicht aufgebracht wird und wobei die resultierende Beschichtung getrocknet wird, um eine zweite Schicht zu bilden; und einen dritten Schritt, wobei die erste Schicht und die zweite Schicht enrwärmt werden, um die erste und zweite Schicht zu brennen.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elementes zum Verbinden gemäß Anspruch 6, wobei die erste Mischung 70 bis 94 Gew.-% des Molybdänbestandteils und 1 bis 10 Gew.-% des Nickelbestandteils enthält.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elementes zum Verbinden gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die erste Mischung des weiteren 2 bis 23 Gew.-% eines Siliziumoxidbestandteils umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elementes zum Verbinden gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die zweite Mischung 35 bis 75 Gew.-% des Nickelbestandteils und 25 bis 65 Gew.-% wenigstens eines des Kupferbestandteils und des Manganbestandteils umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elementes zum Verbinden gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Brennen der ersten und zweiten Schicht gleichzeitig durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elementes zum Verbinden gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die erste Schicht nach dem ersten Schritt gebrannt wird und die zweite Schicht nach dem zweiten Schritt gebrannt wird.
Verfahren zur Herstellung eines keramischen Elementes zum Verbinden gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, wobei das Brennen bei einer Temperatur von 1.080°C bis 1.180°C durchgeführt wird.
Verbundener. bzw. gebundener Gegenstand umfassend ein keramisches Element zum Verbinden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, und ein metallisches Element, welches mit dem keramischen Element über die metallische Schicht des keramischen Elementes verbunden ist.
Verbundener bzw. gebundener Gegenstand umfassend ein keramisches Element zum Verbinden gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, und ein anderes keramisches Element zum Verbinden, welches mit dem keramischen Element über die metallische Schicht des keramischen Elementes verbunden ist.
Vakuumschalter umfassend einen verbundenen bzw. gebundenen Gegenstand gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14.
Vakuumbehälter umfassend einen verbundenen bzw. gebundenen Gegenstand gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14.