DE873375C

DE873375C - Verfahren zur Herstellung von Metallueberzuegen auf Keramik

Info

Publication number: DE873375C
Application number: DES10390D
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl-Ing Dr Bauer; Karl Dipl-Ing Zuehlke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1943-02-27
Filing date: 1943-02-27
Publication date: 1953-04-13

Description

Verfahren zur Herstellung von Metallüberzügen auf Keramik Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallüberzügen auf Keramik, insbesondere die Herstellung von lötfähigen Unterlagen zur Verbindung von keramischen Körpern miteinander oder mit metallischen Körpern. Das Aufbringen solcher Metallüberzüge kann auf verschiedenste Weise erfolgen, z. B. durch Aufschmelzen oder Aufsintern. Beim Aufsintern hat man das Metall in Pulverform in geeigneten Flüssigkeiten, z. B. einer dünnen Schellacklösung in Alkohol, aufgeschwemmt und in einer dünnen Schicht auf die Keramik aufgetragen. Durch Erhitzung der Keramik im Vakuum oder unter Schutzgas wird das Metall auf der Keramik festgesintert. Damit eine feste Verbindung zwischen Keramik und Metall zustande kommt, ist es erforderlich, daß das Metall Teile der Keramik oder daß die Keramik Teile des Metalls umfaßt. Eine Bindung nach Art einer Legierung oder eines Mischkristalls zwischen Metall und Keramik ist nicht möglich. Man muß daher die Temperatur bei der Sinterung so hoch wählen, daß die Keramik an ihrer Oberfläche erweicht und Teile der Sinterschicht eingebettet werden können. Die letztere Bedingung ist nicht immer einfach zu erfüllen. Bei zu geringer Temperatur haftet die Metallschicht nicht, bei zu hoher Temperatur neigt die Keramik dazu, sich zu verziehen: Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es bekannt, auf die Keramik an den mit einer CMetallschicht zu versehenen Flächen eine Zwischenglasur, die früher erweicht als die Keramik, anzubringen. Dieses Verfahren erfordert zweimaliges Einstreichen .und zweimaliges Erhitzen. Es ist auch vorgeschlagen worden, dem Metallpulver, welches z. B. aus Eisen besteht, das nach denn Carbönylverfahren hergestellt ist, Glasuren und glasurbildende Stoffe mit passendem Erweichungspunkt in Mengen bis zu i 5 % zu-'zusetzen.. Diese bekannten Verfahren haben jedoch nicht den gewünschten Erfolg gehabt, stets einen festen und gleichzeitig lötfähigen ,Metallüberzug zu liefern. Das hat folgenden Grund: Es wurden bisher nur Glasuren benutzt, die bei -den benötigten Temperaturen weder mit der Keramik merklich reagieren noch einen merklichen Dampfdruck besitzen: Die Verteilung von Glasur und 'Metall in der Sinterschicht wird bei diesen Glasuren während des Sinterprozesses nur durch Kapillarkräfte und Oberflächenspannungen bestimmt. Erfahrungsgemäß ändert sich hierbei nur-die mikroskopische Verteilung der Glasur. in der Schicht. Die prozentuale Zusammensetzung dagegen bleibt in allen Teilen der Schicht erhalten. Die Schicht haftet nun um so besser, je mehr Glasur sich an der `Kontaktfläche von Keramik und :Schicht befindet und in die Schicht hineinragt. Zur Erzielung eines hohen Anteils an :Glasur in der Kontaktfläche müß man bei --diesen Glasuren zwangsläufig den Glasuranteil ih sämtlichen Teilen der Schicht, also z. B. auch auf der Außenfläche, hoch wählen. Die Lötfähigkeit einer solchen Außenfläche aber nimmt mit .dem abnehmenden Anteil des Metalls in der Fläche ab. Zusämmengefaßt ergibt sich, daß bei- Verwendung dieser,Glasuren mit zunehmender Haftung die Lötfähigkeit abnimmt und umgekehrt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine wesentliche Verbesserung beim Aufbringen von Metallüberzügen dadurch erzielt, -daß dem aufzubringenden'Metall Fluoride der Alkalien oder Erdalkalien, z. B. Natrium, Kalium, Barium, Calcium, Magnesium oder Strontium, zugesetzt werden. Die Metalle, - die beispielsweise aus Eisen, Kupfer od. dgl. bestehen, werden in dünner Agfschwemmung unter Zusatz der Fluoride auf die Keramik aufgetragen und dann festgesintert: Wird die Sinterung im Vakuumofen vorgenommen; so ist das Ergebnis vom Sauerstoffrestdruck sehr wenig oder gär nicht abhängig; sofern das Vakuum zwischen etwa io und o;oi Torr beträgt. Es kann aber auch unter Schutzgas gesintert werden.
Die nach der vorliegenden Erfindung aufgebrachten .Schichten zeichnen sich durch eine äußerst große Haftfestigkeit :aus und sind besonders gut als Unterlage für Weich- und Hartlötüng geeignet. Die gleichzeitig gute Haftung und Lötfähigkeit erklärt sieh einerseits durch die Reaktionsfähigkeit der Fluoride mit den normalen Keramiken, z. B. Specksteinmassen, andererseits durch den schon beträchtlichen Dampfdruck der Fluoride bei den Sintertemperaturen. An der Kontaktfläche von Keramik und Sinterschicht nämlich findet bei Verwendung der Fluoride infolge der Reaktion der Fluoride mit der Keramik die Bildung einer leicht flüssigen Schmelze und eine Anreicherung an Fluorid statt, in die das sinternde Metall ideal eingebettet wird. In .den äußeren Schichten aber findet durch die Verdampfung ,der Flüoride eine Verarmung an Fluorid statt und dementsprechend eine Erhöhung der freien lötfähigen Metalloberfläche. Es reicht hier. schon ein Zusatz von 5-1/u aus, um eine gute Haftung zu erzielen: Dieser Zusatz kann bei bestimmten Sinterbedingungen, als da sind Sintertemperatur, Sinterdauer und Sinterschichtdicke, auf 300/0 gesteigert werden, und man erhält auch dann noch lötfähige Flächen.
Bei den bekannten Glasuren dagegen benötigt man zur Erzielung einer ähnlich guten Haftung io,% und mehr, wobei aber die lötfähige Metalloberfläche entsprechend der prozentualen Erhöhung der Gläsürbeimischung abnimmt, so daß diese Schichten schon bei .i5fl/o Beimischung kaum noch lötfähig sind: Besonders vorteilhaft eignet sich ein Zusatz von io% SrF2 zu Eisen, das nach dem Carbonylverfahren hergestellt ist: Mit einem derartigen Eisenüberzug können Keramiken, -die im wesentlichen aus Magnesiumsilikaten bestehen und beispielsweise unglasiert sind, mit einem äußerst festen Metallüberzug versehen werden; der sehr gut geeignet ist, hierauf Hart- und Weichlötungen vorzunehmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für alle Fälle gut geeignet, in denen eine mechanisch feste, gasdichte oder vakuumdichte, temperaturbeständige Verbindung von Metall und Keramik durch Weichöder Hartlöten hergestellt werden soll, insbesondere bei tropenfesten Bauteilen, Fernmeldegeräten, Entladungsgefäßen, Zündkerzen u: dgl:

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Metallüberzügen auf Keramik, insbesondere zur Herstellung von lötfähigen Unterlägen zur Verbindung von keramischen Körpern miteinander oder mit metallischen Körpern .durch Aufschmelzen oder Aufsintern,. dadurch gekennzeichnet, däß den aufzubringenden Metallen, z. B. Eisen, Kupfer od. @dgl., reine Fluorid e der Alkalien oder der Erdalkalien, z. B. Natrium.. Kalium, Barium, Calcium, Magnesium oder Strontium, oder Mischungen von Glasuren mit Fluoriden zugesetzt werden. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dem aufzubringenden Eisen, das nach dem Carbonylverfahren hergestellt ist, 10% Strontiumfluori:d zugesetzt wird.