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Verfahren zum Verbinden von keramischen Körpern mit Metall Die Erfindung
bezieht sich auf Verfahren zum Verbinden von keramischen Körpern mit Metall. Um
Metallteile mit keramischen Körpern zu verbinden, hat man bisher neben mechanischen
Verfahren bereits feine Metallschichten auf den keramischen Körper aufgebrannt,
diese sodann elektrolytisch oder durch Aufspritzen verstärkt und darauf erst den
Metallteil ,auf dem verstärkten Metallbelag durch Löten oder auf andere Weise befestigt.
Dieses Verfahren ist ziemlich umständlich und hat .den Nachteil, daß bei seiner
Anwendung schwer schmelzbare Lote mit einem Gebläse örtlich genau bestimmt nicht
aufzubringen sind, da das Lot sich hierbei über den ganzen keramischen Körper verteilt.
Die Anwendung niedrig schmelzender Lötmittel ist .aber gleichfalls nicht angängig,
wenn eine besonders harte, wärmiebeständige und mit Glas verschmelzbare Verbindung
zwischen Keramik und Metall gefordert wird. _ In der Isolatorentechnik ist es bereits
bekannt, die Metallzubehörteile in öffnung:,sr des Isölators durch Ausgießen der
Öffnungen mit niedrig schmelzenden Metallen zu befestigen. Hierbei sind jedoch die
Metallzubehörteile selbst rund die öffnungen des Isolatorkörpers derart gestaltet,
daß der Metallausguß nur Druckkräfte von dem einen Körper auf den anderen zu übertragen
hat. Es spielt dabei keine Rolle, ob das Ausgußmetall mit dem keramischen Körper
fest abbindet oder nicht.
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Man hat auch sonst schon Metall mit keramischen Körpern durch niedrig
schmelzende Schmelzflüsse verbunden. Hierbei war es jedoch notwendig, den keramischen
Körper aufzurauhen oder mit Unebenheiten zu versehen, tun die notwendige Haftung
des Schmelzflusses auf dem keramischen Körper zu erzielen.
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Bei dein erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Verbindung ebenfalls
durch einen Metallschmelzfluß. Die Erfindung weist den Weg, wie man oh Ine besondere
Vorbereitung der Oberfläche des keramischen Körpers wärmebeständige und vakuumdichte
Verbindungen dieser Art herstellen kann, indem man den keramischen Körper mit dem
zu verbindenden Metallkörper zusammensetzt, an den Verbindungs,stelle;n ein zwischen
goo und rroo°C schmelzendes Bindemetall ,anbringt und das Ganze gemeinsam bis na'h'e
an den Schmelzpunkt des Bindemetalls erhitzt, worauf ,anschließend das Bindemetall
z. B. durch Hochfreqwenzs.tröme oder Gebläse gerade bis zum. Schmelzen @erhitzt
wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zweckmäßig als Bindemittel
eine Lösung aus Silber, Kupfer und Eisen benutzt. Vorzugsweise ist die Legierung
aus etwa 650/0 Silber, 25% Kupfer und ro % Eisen zusammengesetzt.
Durch
Wahl :eines entsprechenden Verhältnisses der Legierungsbestandteile kann der Schmelzpunkt
der Legierung dem jeweiligen Zweck angepaßt werden. Der weitere Vorteil der gemäß
der Erfindung zu verwendenden Bindelegierungen besteht darin, daß sie die Fähigkeit
haben, mit Glas zu binden. Dies ist beispielsweise von Wichtigkeit, wenn der keramische
Körper glasiert werden soll.
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Das erfindumgsgem.äße Verfahren führt zu einer vollkommenen Abbindung
des Bindemetalls mit dem keramischen Körper, so daß die Trennung des Bindemetalls
von dem keramischen Körper nur bei Zerstörung möglich ist.
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Im einzelnen wird das erfindungsgemäße Verfahren nveclnnäßig in der
Weise durchgeführt, daß der keramische Körper und der bzw. die mit ihm zu verbindenden
Metallteile zunächst durch geeignete Formgebung (Ausdrehungen, Kegelflächen, Schlitze
in der Keramik, Bunde, Schlitze, Nuten und ,ähnliche in den Metallteilen oder in
der Keramik) ineinander festgelegt oder eingemittet (zentriert) werden und zugleich
das Bindemetall, und zwar vorzugsweise in Form kleiner Ringe oder Rohrstücke, an
der oder den Verbindungsstellen angebracht wird. Dieser ganze zusammengebaute Körper
wird sodann in einem elektrischen Ofen oder feiner anderen geeigneten Heizvorrichtung
auf eine mittlere Temperatur von etcva 4.0o bis 700°C vorgewärmt; dadurch wird einem
Springen der Keramik beim Aufbringen der Metallschmelzflüsse vorgebeugt. Schließlich
werden die Metallteile rasch und stoßweise, z. B. durch elektrische Ströme, bis
zur Schmelztemplera; tur des Bindemetalls erhitzt. Dies kann in besonders einfacher,
wirksamer Weise mit Hilfe von Hochfrequenzspulen geschehen, die in geeigneter Form,
mit den metallischen Teilen gar nicht in Verbindung stehend, über diese geschoben
werden und in. ihnen, insbesondere aber in dem als geschlossener-Ring ausgebildeten
Bindemetall hochfrequente Wirbelströme .erzeugen, welche die erforderliche Schmelzwärme
in kürzest:`r Zeit lentstehen lassen. Dadurch wird die Temperatur der Metallteile
sehr schnell auf die S hmelztemperatur des Bindemetalls, also auf etwa goo bis t
r oo° C, gebracht. Das Bindemetall schmilzt nun, bildet einen flüssigen Ring nvischen
dem keramischen Körper und dem Metall !und füllt insbesondere die kleinsten Hohlräume
zwischen Keramik und Metall, sich dicht in das Gefüge der ersteren legend und fest
am Metall haftend, aus, Es verbindet sich, ohne sich weit vom Metall zu entfernen
oder über die Keramik zu verbreitern. Um die Aufnahme der Schmelzflüsse zu erleichtern,
wird zweckmäßig entweder die Bohrung des keramischen Körpers, in welche der Metallstab
;eingeführt ist, an der Verbindungsstelle etwas konisch nach .oben erweitert, oder
@es wird in dem keramischen Körper eine besondere Rille o. dgl. hierfür vorgesehen.
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Natürlich kann die Schmelzerhitzung auch auf einem anderen als auf
elektrischem Wege bewirkt werden.
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Durch Zugabe einer ,geringen Menge eines Flußmittels, beispielsweise
Borsäure, kann die Gleichmäßigkeit der Ausbreitung des Bindemetalls gefördert und
der ganze Vorgang noch etwas beschleunigt werden.
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Nach der Abkühlung sind der keramische und der metallische Körper
vakuumdicht miteinander verbunden.
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Es ist bei diesem Verfahren ohne weiteres möglich, auch mehrere metallische
Körper gleichzeitig mit einem keramischen Körper zu verbinden,-,also beispielsweise
mehrere Haltestäbe einer Elektronenröhre mit einem keramischen Sockel. Man kann
auf diese Weise in einem einzigen Arbeitsvorgang ein ganzes, noch so umständliches
System von Elektrodenzuleitu.ngen einsclunelzen, da eine rein örtliche Erhitzung
der einzelnen Verbindungsstellen möglich ist. ` Die Metallschmelzflüsse können in
jedem beliebigen Rauminhalt @eingeschmolzen werden und sind unmittelbar lötfähig.
Es können daher .auch ohne Schwierigkeiten noch weitere metallische Körper, beispielsweise
ein Kupferstab o. dgl., an sie angelötet werden. Das Verfahren eignet sich gleich
gut zur Verbindung von Metallstäbchen, -stiften, -rohren, -bolzen aller Abmessungen
mit keramischen Körpern oder umgekehrt und ist für verschiedene Herstellungszweige
(Kondensatorenwellen, Zündkerzen, Schalter, Anschlußstecker, Anschlußbuchsen usw.)
infolge seiner Eignung zur Massenherstellung und vor allem deshalb vorteilhaft,
weil der keramische Körper nach der Erkaltung ohne Gefahr der Rißbildtulg wieder
erhitzt werden kann. Dies ist in Fällen von Bedeutung, in welchen z. B. in einem
keramischen Vakuumgefäß ein Rohr vakuumdicht befestigt werden soll, durch welches
das Gefäß unter Erwärmung entlüftet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachstehend an dem Beispiel -der
Durchführung eines Metallstabes durch eine keramische Platte, und zwar im besonderen
der Verbindung eines Haltestabes mit dem Sockeleiner Elektronenröhre, erläutert.
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In der Zeichnung stellt in rein schematischer Form Fig. l einen keramischer.
Sockel mit Haltestab vor der Verbindung dar, Fig. 2 den gleichen zusammeng°setzten
Isörper
nach. der Verbindung. Fig.3 zeigt als weiteres Anwendungsbeispiel
die Verbindung einer Steckerbuchse mit einem keramischen Isolierkörper.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. i und 2 ist mit i der k eramis,ch@e
Sockel bezeichnet, durch dessen BohrIung 2 der mietallische Haltestab 3 geführt
ist. Die Bohrung ist oben bei 4 konisch nach außen erweitert. Über den Haltestab
3 ist ein ringförmiger Körper aus Bindemetall 5 geschoben. Dieses Gebildc wird vorgewärmt;
anschließend werden mittels der über die Teile 3 bis 5 geschobenen Hochfrequenzspule
6 Wirbelströme in dem Bindemetalls und dem Haltestab 3 erzeugt, so daß das. Bindemetall
in kürzester Zeit bis zum Schmelzpunkt erwärmt wird. Dieses fließt dann in die Bohlrung
2 und die konische Erweiterung 4 zu dem Haltestab 3 und der keramischen Platte i
ein und führt nach dem Erkalten zur festen vakuumdichten Verbindung der Teile i
und 3 (Fig.2).
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Bei dem Beispiel nach Fig.3 ist mit 7 der keramische Körper bezeichnet,
der zur Aufna,hrne einer metallischen Steckerbuchse 8 mit Bohrung 9 für den Steckerstift
bestimmt ist. Die Verbindung erfolgt durch Einschmelzen des Bindemetalls i o, das
die ganze Ringfuge zwischen den Körpern 7 !und 8 ausfüllt.