DE734115C

DE734115C - Verfahren zur Herstellung grossflaechiger Verschmelzungen zwischen Glas und Metall

Info

Publication number: DE734115C
Application number: DES126362D
Authority: DE
Inventors: Techn Erich Schwarz Von Ber Dr
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1937-03-10
Filing date: 1937-03-10
Publication date: 1943-04-08
Also published as: DE737720C

Description

Verfahren zur Herstellung großflächiger Verschmelzungen zwischen Glas und Metall Um großflächige Verschmelzungen zwischen Glas und Metall herstellen zu können, hat man ursprünglich dafür gesorgt, daß die Ausdehnungskoeffizienten zwischen Glas- und Metallteil möglichst übereinstimmten. Man hat deshalb meist Platin als Einschmelzmaterial verwendet. Man hat dann später auch erkannt, daß man unter Verwendung von Kupfer oder Nickeleisenlegierüngen auch Einschmelzungen herstellen kann, wenn man dafür sorgt, daß in .der Nähe .der Einschmelzstelle das Metall so dünn ist, daß es sich elastisch deformieren kann. Obwohl man auch reines Nickeleisen als Einschmelzmaterial verwenden kann, ist vorgeschlagen worden, geeignete Überzüge aus Nickel, Platin o. dgl. zu verwenden, um .das Anhaften des Glases an Metallteilen zu erleichtern. Man hat schließlich auch gefunden, daß :die in der Glühlampentechnik" für Einschmelzdrähte oder -stöbe bekannten Legierungen zwischen Chrom und Eisen mit einem Chromgehalt zwischen io und 30 °% als Material für großflächige Einschmelzurigen brauchbar sind. Diese Legierungen weisen jedoch unangenehme mechanische Eigenschaften auf. Sie lassen sich nicht kalt verformen. Auch bereitet die Verbindung mit anderen Metallen durch Schweißen oder Löten große Schwierigkeiten. Es bedeutet deshalb schon einen wesentlichen Fortschritt, als man erkannte, daß Zusätze von Molybdän oder ähnlichen Metallen zu Chromei.senlegierungen die Bearbeitbarkeit wesentlich steigerte und auch in vakuumtechnischer Hinsicht Vorteile bringt. Nachteilig bleibt ebenso wie bei reinen Chromeisenlegierungen der verhältnismäßig hohe Preis der in Frage stehenden Legierungen sowie der Umstand, daß sie sich oftmals nur schwer schweißen lassen. Dies ist ein wesentlicher Nachteil, welcher .der Verwendung derartiger Legierungen als Baustoffe von Teilen in .elektrischen Vakuumgefäßen mit ganz oder teilweise metallischer Außenwand entgegensteht. Es sind noch eine Reihe weiterer Legierungen als Einschmelzmäteriali.en vorgeschlagen worden, welchen durch geeignete Zusammensetzung Ausdehnungskoeffizienten erteilt wurden, die nur wenig von dem Ausdehnungskoeffizienten der mit ihnen zu verschmelzenden Gläser abwichen. Auch diese Materialen weisen die oben an Hand des Beispiels der Chromeisenlegierung dargelegten Nachteile auf.
Es sind auch vakuumdichte Verbindungen bekannt, .bei denen eine dünnwandige Kappe aus Eisen auf einen rohrförmigen Glasteil aufgesetzt ist und bei denen während des Herstellungsvorganges der Glasteil zum Erweichen gebracht und mit Hilfe von Druckluft gegen die Metallkappe gedrückt wird. Auch diese Verbindungen, bei denen durch geringe Wandstärke des Metallteiles die Beanspruchungen des Glasteiles niedrig gehalten werden, konnten sich in die Praxis nicht einführen. Die Erfindung zeigt nun einen Weg, auf dein es gelingt, bei der Einführung von als Stromleitern dienenden Stäben in Hohlkörper eine großflächige v akuutndichte Verbindung zwischen einem Glasteil und einem diesen Glasteil mantelförmig umgebenden 1Tetallteil herzustellen, die neben einer völligen Vakuumdichtigkeit eine hohe mechanische Festigkeit und Unempfindlichkeit gegen Temperaturänderungen aufweist.
Gemäß der Erfindung besteht der mantelförmige Metallkörper aus praktisch reinem Eisen oder ',Nickel mit einem Kohlenstoffgehalt unter o,5 °/p und überragt den Glaskörper an beiden Seiten. Dabei wird der Ausdehnungskoeffizient des Glaskörpers so gewählt, daß er um 2o % oder mehr unter dem Ausdehnungskoeffizienten des Metallteiles liegt. Er wird ferner dadurch hergestellt und mit den 'Metallteilen vereinigt, däß eine Glasmenge im Raum zwischen dem mantelförmigen Metallteil und dem als Stromleiter dienenden Stab niedergeschmolzen wird. Die Differenz zwischen dein Ausdehnungskoeffizienten des Metallteiles und des Glasteiles ist für das Zustandekommen einer temperaturunempfindlichen Verschmelzung wesentlich, weil dadurch beim Abkühlen der Verschtnelzung der Glasteil unter Druckspannungen gesetzt wird, die so sind, daß die etwa betriebsmäßig auftretenden Zugspannungen im Glasteil aufgehoben werden. Für das Zustandekommen solcher Druckspannungen ist es wesentlich, dein :Metallteil eine Wandstärke von i inm oder darüber zu geben. Für die Dauerhaftigkeit der Verschmelzung ist es ferner wesentlich, daß der '_NZetallteil den Glasteil beiderseitig überragt, weil nur dadurch eine gleichmäßige Spannungsverteilung im Glasteil zu erzielen ist. Eine Differenz der Ausdehnungskoeffizienten um 20 °% oder mehr gegenüber Eisen oder Nickel läßt sich unter t Anwendung üblicher Weichgläser mit einem Ausdehnungskoeffizienten von 9o # io-7 bis ioo # io-7 erreichen. Versuche haben gezeigt, daß bei der Anwendung der Erfindung dauerhafte großflächige, vakuumdichte Verschmelzungen zwischen Glas und Metall hergestellt werden können, ohne daß man besondere, wenig widerstandsfähige elastische Ringe verwendet oder durch Verkupfern oder '%'ercliroinen die Haftfähigkeit- zwischen Glas und :Metall zu steigern sucht.-Der geringe Kohlenstoffgehalt von unter o,5 °/o bietet die Gewähr dafür, daß der Einschmelz.vorgang nicht gestört wird und daß auch die Festigkeit des dauernd unter Druckspannung stehenden Glasteiles durch Gaseinschlüsse nicht wird.
Gegenüber dein Stande der Technik, nach dem die 'einzelnen Merkmale bzw. Maßnahmen bekannt sind, besteht die Erfindung in der Kombination der verschiedenen -Merkmale, wie sie im Anspruch gekennzeichnet ist: Die Erfindung ermöglicht es, ohne teure Legierungen auszukommen. Sie gestattet, verhältnismäßig komplizierte Metallteile auf einfachem Wege durch Kaltbearbeitung herzustellen, und beseitigt die Schwierigkeiten, denen man bisher bei der Verschweißung <fies den Glaspfropfen tragenden Teiles mit der Gefäl,lwandung begegnete.
Einschmelzungen gemäß der Erfindung sind schematisch in den Abbildungen dargestellt. Ab.b. i zeigt eine Pfropfenemschnielzung. .Mit i ist ein Stroineinführungsdraht bezeichnet, der in bekannter Weise aus ,\ icl;eleisen, EMIe oder Chromeisen u. dgl. bestehen kann. Dieser Stroinzuführungsdraht ist von dein Glaspfropfen 2 umgeben, der in den 1Tetallzylinder 3 eingeschmolzen ist. Dieser Metallzylinder kann entweder einen Teil des Entladungsgefäßes selbst darstellen, er kann aber auch, wie in der Abbildung erkennbar ist, einen Teil eines besonderen inanschettenförinigen Ansatzstückes bilden, «-elch,s seinerseits finit dein Entladungsgefäß durch Schweißen, Löten o. dgl. verbunden wird. Bei der Herstellung einer derartigen Verschmelzung verfährt man zweckmäßig in folgender Weise: Der zylindrische Teil 3 der Einschtnelzmanschette wird, wie in Abb. 2 dargestellt ist, durch einen wieder entfernbaren Pfropfen d. aus Keramik o. dgl. verschlossen. Dieser Pfropfen kann gleichzeitig als Halterung für die Stromzuführung i dienen. Der zylindrische Teil wird mit einer Glasmenge angefüllt, die zur Bildung des Pfropfens a ausreicht. Man kann z. B. zerkleinertes Glas einfüllen. Die so vorbereitete Einschmelzung wird nun vorzugsweise im elektrischen Ofen so lange erhitzt, bis das Glas niederschinilzt und den Raum zwischen dem Einschmelzdraht i und dem zylindrischen Teil 3 der Einschmelzmanschette ausfüllt. Es empfiehlt sich, mit der Einschmelztemperatur nicht unnötig hochzugehen und bei etwa goo° zu arbeiten.
Man kann das Niederschmelzen des Glases im geschlossenen Ofen vornehmen und auf diese Weise Gase fernhalten. Besonders bei der Verwendung von im Vakuum vorbehandeltemMaterial kann man in einer neutralen, sauerstofffreien Atmosphäre arbeiten oder eine reduzierende Atmosphäre anwenden. Mitunter empfiehlt es sich auch, in einer schwach sauerstoffhaltigen Atmosphäre die Einschmelzung vorzunehmen oder wenigstens den inneren Teil der Einschmelzmanschette schwach zu oxydieren, um auf diese Weise die Verbindung zwischen Glas und Metall zu erleichtern.
Es ist nicht erforderlich, mit völlig reinem Eisen zu arbeiten, sondern man kann auch mit schwach legierten Stählen mit Chrom- oder Nickelzusätzen unter 5 °/o arbeiten, wenn dies aus mechanischen oder chemischen Gründen vorteilhaft erscheint. Auch andere Zusätze, die in Form von Verunreinigungen auftreten oder aus irgendwelchen sekundären Gründen zugesetzt werden, machen das Verfahren gemäß der Erfindung im allgemeinen nicht unbrauchbar. Es sei denn, daß die Zusätze wesentliche Änderungen der. Ausdehnungskoeffi7i,enten bringen. Wesentlich ist aber in allen Fällen, daß das Material möglichst frei von Kohlenstoff ist, um die Kohlenoxydbildun g bei der Einschmellzung zu vermeiden. Der Kohlenstoffgehalt soll kleiner als 0,5 °/o, vorzugsweise aber kleiner als o;25 °/a sein. Im allgemeinen wird man es vorziehen, mit handelsüblichem Flußeisen oder gegebenenfalls handelsüblich niedrig legierten Stählen zu arbeiten, weil diese Materialien beliebig leicht verformbar und gut schweißbar sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: r. Verfahren zur Herstellung großflächiger Verschmelzungen zwischen Glas und Metall bei der Einführung von als Stromleitern dienenden Stäben in Hohlkörper, die aus Metall bestehen, :bei denen der Metallkörper den Glaskörper mantelförmig umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der mantelförmige Metallkörper mit einer Wandstärke von i mm und darüber aus präktisch reinem Eisen .oder Nickel riiit ,einem Kohlenstoffgehalt unter o,5 /obesteht und den Glaskörper an beiden Seiten überragt und daß der Glaskörper, dessen Ausdehnungskoeffizient um 20 °/o oder mehr unter dem -'iusdehnungskoeffizienten des Metallteiles liegt, durch Niederschmelzen einer Glasmenge im Raum zwischen dem mantelförmigen Metallteil und dem als Stromleiter dienenden Stab gebildet und mit diesen Teilen vereinigt wird, wobei der zylindrische Metallteil während des NTiederschmelzens der Glasmenge am unteren Ende mittels eines , geg ebenenfalls zur Halterung,des Stromleiters dienenden Pfropfens verschlossen: ist.
2. Einschmelzung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das mit dem Glas zu verschmelzende Eisen einen geringen Gehalt an Chrom, Nickel oder beiden (unter 5 °%) enthält.
3. Verschmelzung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Glas in Berührung kommende Metallteil konkav, insbesondere nutenförmig, .ausgebildet ist. q..
Verfahren ,zur Herstellung von Einschmelzungen nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenteil wenigstens an der mit dem Glas in Berührung kommenden Fläche schwach oxydiert ist.
5. Verfahren zur Herstellung von Einschmelzungen nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zylindrischen Eisenteil, der mit einem gegebenenfalls zur Halterung eines einzuschmelzenden Drahtes oder Stabes dienenden pfropfen verschlossen ist, eine bestimmte Glaasmengeeingebracht und m einer sauerstofffreien oder sauerstoffarmen Atmosphäre niedergeschmolzen wird.