DE659427C

DE659427C - Verfahren zum vakuumdichten Verbinden von metallischen und keramischen Teilen

Info

Publication number: DE659427C
Application number: DEP73950D
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Pulfrich
Original assignee: Patent Treuhand Gesellschaft fuer Elektrische Gluehlampen mbH
Current assignee: Osram GmbH
Priority date: 1936-10-11
Filing date: 1936-10-11
Publication date: 1938-05-03

Description

Verfahren zum vakuumdichten Verbinden von metallischen und keramischen Teilen Das Verbinden metallischer und keramischer Teile miteinander bereitet im allgemeinen erhebliche Schwierigkeiten. Man hat sich vielfach zur Überbrückung eines Glasflusses, einer Glasur oder eines Glasteiles bedient. Hierdurch werden aber nicht nur die guten elektrischen Eigenschaften der Keramik stark gestört, sondern die Verbindungsstelle wird unter Umständen auch erheblich temperaturempfindlich. Ganz außerordentlich leidet die mechanische Festigkeit durch die Glasurzwischenschicht, insbesondere sinkt die Zugfestigkeit.
Es hat sich nun gezeigt, daß es möglich ist, eine unmittelbare und glasurfreie Verbindung zwischen metallischen und keramischen Körpern zu erzielen. Nach der Erfindung geschieht dies dadurch, daß man auf den keramischen Körper unmittelbar das Pulver eines hochschmelzenden Metalles aufbringt und dieses Metall bei einer Temperatur aufsintert, die oberhalb des Schmelzpunktes des niedrigstschmelzenden Eutektikums in dem keramischen Körper liegt. Als hochsclunelzende Metalle im Sinne dieser Erfindung sind alle diejenigen Metalle zu verstehen, die oberhalb der Schmelztemperatur des beim weiteren Verfahren benutzten Lotes und oberhalb des Schmelzpunktes des im keramischen Körper enthaltenen niedrigstschmelzenden Eutektikums schmelzen. Besonders geeignet sind Wolfram- oder Molybdänpulver.
Der keramische Körper soll einen großen Sinterbereich haben. Das bedeutet, daß der Schmelzpunkt des in dem keramischen Körper ,enthaltenen niedrigstschmelzenden Eutektikums .von dem Erweichungspunkt der Keramik mehrere hundert Grad entfernt sein muß. Bei der Temperatur, bei der das Metallpulver auf den keramischen Körper aufgesintert wird, muß dieses niedrigstschmelzende Eutektikum zwar geschmolzen werden, aber es darf nicht aus _dem keramischen Körper herauslaufen.
Die einzelnen Temperaturen sind zweckmäßig in folgender Weise gegeneinander abzustimmen: Die Schmelztemperatur des niedrigstschmelzenden Eutektikums soll wesentlich unterhalb der Aufsintertemperatur liegen. Sowohl die Schmelztemperatur des Metall-Pulvers als auch die Schmelztemperatur der Keramik müssen erheblich oberhalb der Temperatur liegen, bei der das Metallpulver aufgesintert wird. Das Metallpulver darf bei dieser Temperatur noch nicht sonderlich dicht sintern, da ein poröser Metallüberzug vorteilhaft ist. Der poröse Überzug ist erwünscht, da er dem Lot eine große und unregelmäßig gestaltete benutzbare Oberfläche bietet. Es ist im allgemeinen zweckmäßig, die Schmelztemperatur des Lotes niedriger zu wählen als die Schmelztemperatur des niedrigstsrhmelzenden Eutektikums. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Temperaturunterschied zwischen der Aufbrenntemperatur des Metallpulvers und der Schmelztemperatur des niedrigstschmelzendeu Eutektikums auf etwa 20o° C oder mehr zu bemessen.
Bei diesem Verfahren wird das Metallpulver von dem geschmolzenen Anteil der Oberfläche des keramischen Körpers festgehalten und dort beim Abkühlen unlösbar verankert. Durch Zusatz von Mineralisatoren kann erreicht werden, daß nach dem Erkalten der gesamte keramische Körper aus einem einheitlichen Kristallgefüge ohne Glasanteil besteht, so daß das hochschmelzende Metall-Pulver nicht in einem Glasflüß, sondern in dem Kristallgefüge verankert ist. Als Mineralisatoren kommen beispielsweise Braunstein, Bariumoxyd, Calciuinoxyd; Zirkonoxyd und Natriumwolframat in Frage. Der keramische Körper ist zweckmäßig vor dem Aufbrennen fertiggebrannt und gegebenenfalls nachgeschliffen.
Als Lot ist für das Verfahren nach der Erfindung ein Metall öder eine Metallegierung zu benutzen, die mit dem Metall des Überzuges keine Legierung bildet. Wird der Metallteil durch das Lot teilweise unter Legierungsbildung angegriffen, so muß naturgemäß die so gebildete neue Lotlegierung ebenfalls so beschaffen sein; daß sie mit dem Metallüberzug keine Legierung bildet. Für einen Wolframüberzug und einen3 Metallteil aus Eisen, Eisennickel o. dgl. hat sich Silber als Lot bewährt. Die Metallschicht kann naturgemäß auch aus einer Zusammensetzung mehrerer Metalle bestehen.
Das Verfahren nach der Erfindung ermöglicht es, im Gegensatz zu den bekannten Verfahren Metallteile unmittelbar an solchen keramischen Teilen zu befestigen, die für Hochfrequenzzweeke besonders geeignet sind. Irgendwelche Zwischenstücke, die für die mechanischen oder elektrischen Eigenschaften störend sind, werden nicht mehr gebraucht.
Gute Ergebnisse wurden mit einem keramischen Körper erhalten, der (in Gewichtsprozenten) folgende Zusammensetzung 'hat: 30% Magnesiümoxyd ..... Mg0 61 % Kieselsäure. . . . . . . . . . S'02 40/0 Aluminiumoxyd ..... A120:; 2 % Calciumoxyd . . . . . . . . Ca 0 3 % Braunstein : . . . . . . . . . Mn 0.,. Hierbei haben die Zusätze, die als Mineralisatoren zugefügt wurden, gleichzeitig die günstige Wirkung, ein besonders niedrigschmelzendes E,utektikum zu ergeben. Es ist vorteilhaft, die Zusätze stets in dieser Weise auszusuchen. Das niedrigstschmelzende E,utektikum des beschriebenen keramischen Körpers schmilzt etwa bei r ioo° C. Die Brenntemperatur des keramischen Körpers liegt zwischen 1350'C und 14.00°C. Der Körper schmilzt zwischen 14.50°C und 1500°C. Es wurde Wolframpulver bei etwa 1300°C aufgesintert und dann ein aus Eisennickel bestehender Metallteil mit Hilfe von reinem Silberlot angelötet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: -i. Verfahren zum vakuumdichten Verbinden von metallischen und keramischen Teilen, dadurch gekennzeichnet, daß ohne Zwischenbringen einer Glasur auf den ke- ramischen Körper ein hochschmelzendes Metallpulver, wie Wolfram oder Molybdän, bei einer Temperatur aufgesintert wird, die oberhalb des Schmelzpunktes des niedrigstschmelzenden Eutektikums und unterhalb des Schmelzpunktes der Keramik und des Metalles liegt, und daß dann der Metallteil und der keramische Teil miteinander mit Hilfe eines solchen Lotes verbunden werden, das mit dem aufgesinterten Metall keine Legierung bildet. ä. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß. die Sinterung des Metallpulvers bei einer Temperatur vorgenommen wird, die um etwa 2ö0° C und mehr höher ist als die Schmelztemperatur des niedrigstschmelzenden Eutektikums. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lot verwendet wird, dessen niedriger ist als die Schmelztemperatur des niedrigstschmelzenden Eutektikums.