NO120651B

NO120651B -

Info

Publication number: NO120651B
Application number: NO169397A
Authority: NO
Inventors: P Eriksson; F Boersum
Original assignee: Uddeholms Ab
Priority date: 1966-08-25
Filing date: 1967-08-16
Publication date: 1970-11-16
Also published as: SE303854B; NL6711614A; DE1709159A1; FI44849B; US3643903A; ES142160U; DK122772B; ES142160Y; GB1202237A; AT278659B; FI44849C; CH488906A; BE703023A; FR1534625A

Description

Loddemateriale. Soldering material.

Oppfinnelsen angår et loddemateriale til å forbinde gjenstander, spesielt et titan-eller zirkonholdig loddemateriale som også inneholder kobber og sølv. The invention relates to a solder material for connecting objects, in particular a titanium or zirconium-containing solder material which also contains copper and silver.

Det er kjent at visse materialer bare kan forbindes med hverandre ved hjelp av spesielle legeringer. Således er det kjent å forbinde et metall som f. eks. kromjern med en keramisk overflate, ved at den keramiske overflate først dekkes med titan ved påfø-ring av titanhydrid som spaltes ved opphetningen. En kromjernskive kan da loddes til dette titanlag ved hjelp av sølv, gull eller kobber. Eventuelt kan titanhydrid i form av pulver blandes med sølv eller kobber og anbringes mellom de overflater på keramisk og/eller metalliske gjenstander som skal forbindes. Ved opphetning i vakuum spal-ter hydridet seg og det danner seg en legering av Ti med Cu eller Ag, som hefter godt til den keramiske overflate og som også legerer seg med metaller som kromjern, slik at det fåes en fast vedhengning. It is known that certain materials can only be joined together using special alloys. Thus, it is known to connect a metal such as e.g. chrome iron with a ceramic surface, in that the ceramic surface is first covered with titanium by the application of titanium hydride which decomposes during heating. A chrome iron disk can then be soldered to this titanium layer using silver, gold or copper. Optionally, titanium hydride in the form of powder can be mixed with silver or copper and placed between the surfaces of ceramic and/or metallic objects to be joined. When heated in a vacuum, the hydride splits and an alloy of Ti with Cu or Ag is formed, which adheres well to the ceramic surface and which also alloys with metals such as chromium iron, so that a firm attachment is obtained.

Det viser seg at slike kjente fremgangsmåter har visse ulemper. Således frigjøres det ved spaltningen av hydridet meget gass, hvilket er uheldig når det skal fremstilles vakuumrør. Ennvidere er tykkelsen og ved-hengningen av titanlaget ikke alltid jevn, slik at disse kjente fremgangsmåter er van-skelige å reprodusere. It turns out that such known methods have certain disadvantages. Thus, a lot of gas is released during the splitting of the hydride, which is unfortunate when vacuum tubes are to be produced. Furthermore, the thickness and adhesion of the titanium layer is not always uniform, so that these known methods are difficult to reproduce.

I henhold til en annen kjent fremgangsmåte framstilles det at titan- eller zirkonholdig loddemateriale derved at en Ti- eller Zr-tråd innleires i en kobber-sølv-legering som inneholder 28 pst. Cu og 72 pst. Ag. Ved smeltning av metallene dannes loddematerialet. According to another known method, titanium or zirconium-containing solder material is produced by embedding a Ti or Zr wire in a copper-silver alloy containing 28% Cu and 72% Ag. By melting the metals, the solder material is formed.

En meget godt egnet og godt reproduserbar fremgangsmåte til å forbinde gjenstander av materialer hvis smelte- eller mykningstemperatur ligger over 1000° C, under anvendelse av en titan- eller zirkonholdig sølv/kobber-legering som loddemid-del oppnås hvis man i henhold til oppfinnelsen lodder sammen gjenstandene i en ikke oksyderende atmosfære ved hjelp av en A very suitable and highly reproducible method for connecting objects made of materials whose melting or softening temperature is above 1000° C, using a titanium or zirconium-containing silver/copper alloy as the solder part is obtained if one solders according to the invention together the objects in a non-oxidizing atmosphere using a

legering som inneholder mellom 10 pst. og 20 pst. titan eller zirkon og forøvrig består alloy that contains between 10% and 20% titanium or zircon and otherwise consists of

av omtrent like vektprosentmengder sølv og kobber. Det viser seg at en slik legering uten videre hefter meget godt til praktisk talt alle stoffer som har et smelte- eller mykningspunkt over 1000° C. Eksempelvis kan man på enkel og reproduserbar måte forbinde gjenstander av grafitt, karbider, kromjern, keramiske materialer osv. ved hjelp av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Legeringen frigir ingen gass og når det anvendes zirkon virker den også som fangstoff (getter), hvilket er av betyd-ning for vakuumrør. Dessuten blir forbin-delsen vakuumtett. En ytterligere fordel er den at utflytningen av legeringen over en ikke metallisk, f. eks. keramisk flate samt smeltetemperaturen kan reguleres innenfor vide grenser ved passende valg av titan- resp. zirkoninnholdet. En legering med ca. 10 vektpst. Ti eller Zr har et for-holdsvis lavt smeltepunkt på ca. 900° C og flyter godt utover keramiske overflater. Den beste utflytning og den kraftigste vedheng- of approximately equal weight percentage amounts of silver and copper. It turns out that such an alloy readily adheres very well to practically all substances that have a melting or softening point above 1000° C. For example, objects made of graphite, carbides, chromium iron, ceramic materials etc. can be joined in a simple and reproducible way. by means of the method according to the invention. The alloy does not release any gas and when zircon is used it also acts as a trap (getter), which is important for vacuum tubes. In addition, the connection becomes vacuum-tight. A further advantage is that the flow of the alloy over a non-metallic, e.g. ceramic surface as well as the melting temperature can be regulated within wide limits by suitable selection of titanium or the zircon content. An alloy with approx. 10 wt. Ti or Zr has a relatively low melting point of approx. 900° C and flows well over ceramic surfaces. The best displacement and the most powerful attachment

ning fåes hvis legeringen Inneholder 13 vekcprosent Ti eller Zr, 43,5 vektprosent Ag og 43,5 vektprosent Cu. Prosentmengden av Cu og Ag kan eventuelt variere med høyst 10 pst. Ved anvendelsen av høyere prosent-mengder Ti eller Zr, f. eks. 15—20 pst., har legeringen et høyt smeltepunkt og flyter mindre utover keramiske overflate. Dette er særlig viktig når flere kontaktstifter i et elektrisk utladningsrør skal festes vakuumtett i en keramisk skive. En sterk utflytning av legeringen over skivens overflate må da ikke finne sted, da det ellers kan opptre en forkortning av isolasjonsveien eller endog en kortslutning mellom stiftene. I dette tilfelle er det meget egnet å an-bringe mellom-laget ikke i form av legering, men som en blanding av pulverfor-met Ti eller Zr, Ag og Cu, som er presset til en bestemt form, f. eks. til en ring eller en pastille og som anbringes i nærheten av det sted hvor den vakuumtette forbindelse skal dannes. Det viser seg at ved opphetningen i en ikke oksyderende atmosfære, f. eks. i vakuum, argon eller vannstoff, smelter først kobberet og sølvet og flyter godt ut mellom de flater som skal forbindes, hvoretter Ti eller Zr litt etter litt løser seg opp i kobber-sølvlegeringen, slik at den hefter til den keramiske overflate. En slik loddeforbin-delse kan endog fremstilles når den pres-sede pulverblanding befinner seg i et hul-rom på undersiden av den keramiske gjen-stand. ning is obtained if the alloy contains 13 wt% Ti or Zr, 43.5 wt% Ag and 43.5 wt% Cu. The percentage amount of Cu and Ag may possibly vary by a maximum of 10 percent. When using higher percentage amounts of Ti or Zr, e.g. 15-20 per cent, the alloy has a high melting point and flows less onto the ceramic surface. This is particularly important when several contact pins in an electric discharge tube are to be fixed vacuum-tight in a ceramic disk. A strong spreading of the alloy over the disc's surface must not take place, as otherwise a shortening of the insulation path or even a short circuit between the pins may occur. In this case, it is very suitable to provide the intermediate layer not in the form of an alloy, but as a mixture of powdered Ti or Zr, Ag and Cu, which has been pressed into a specific shape, e.g. to a ring or a lozenge and which is placed near the place where the vacuum-tight connection is to be formed. It turns out that when heated in a non-oxidizing atmosphere, e.g. in vacuum, argon or hydrogen, the copper and silver first melt and flow well between the surfaces to be joined, after which the Ti or Zr little by little dissolves in the copper-silver alloy, so that it adheres to the ceramic surface. Such a solder connection can even be produced when the pressed powder mixture is located in a cavity on the underside of the ceramic object.

Hvis den høye smeltetemperatur av en sådan legering med ca. 18 pst. Ti eller Zr ikke er ønskelig, kan titan- resp. zirkoninnholdet velges i nærheten av 10—13 pst. og til blandingen av de pulverformede materialer som anvendes kan det tilsettes en del molybden eller wolframpulver, for å hindre utflytning. Molybdenet eller wolframet for-blir til slutt i form av pulver i legeringen. Samtidig blir herved loddematerialets ut-videlseskoeffisient i sin helhet lavere, slik at den kommer i bedre overensstemmelss med det keramiske materiales utvidelses-koeffisient. If the high melting temperature of such an alloy with approx. 18 percent Ti or Zr is not desirable, titanium or the zirconium content is selected in the vicinity of 10-13 percent and a portion of molybdenum or tungsten powder can be added to the mixture of the powdered materials used, to prevent flow. The molybdenum or tungsten ultimately remains in the form of powder in the alloy. At the same time, the expansion coefficient of the solder material as a whole is lower, so that it is more in line with the expansion coefficient of the ceramic material.

Oppfinnelsen skal bli nærmere forklart i forbindelse med den vedføyde tegning som gjelder fremstilling av et utladningsrør. The invention shall be explained in more detail in connection with the attached drawing relating to the manufacture of a discharge tube.

På tegningen betegner 1 en keramisk sylinder av f. eks. aluminiumoksyd (alun-dum) som er lukket ved to keramiske ski-ver 2 og 3. Den på denne måte fremstilte vakuumbeholder inneholder et elektrode-system 4, som er festet på stifter 5. Stiftene 5 går gjennom bunnskiven 3 og er festet i denne ved hjelp av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen ved hjelp av et loddemateriale i form av mellomlag 8, som for-trinnsvis har et høyt Ti-innhold, (18—20 vektprosent), og som i form av en pulverblanding av Ti, Cu og Ag er blitt presset f. eks. til en ring som er blitt skjøvet inn på stiftene og inn i åpningene i keramikkski-ven. Under opphetningen smelter først kobberet og sølvet og flyter inn i rommet mellom de f. eks. av molybden bestående stifter og skiven 3. Titanpulveret oppløser seg etter hvert i denne kobber-sølvlegerin-gen, slik at det oppnås vedhengning til det keramiske materiale og smeltetemperaturen øker. Det viser seg at det ikke inntrer noen utillatelig utflytning av legeringen over den keramiske flate. Keramikkskivene 2 og 3 er ved hjelp av mellomlag 6 og 7 blitt forbundet med sylinderen 1, f. eks. under en vakuumklokke. In the drawing, 1 denotes a ceramic cylinder of e.g. aluminum oxide (alum-dum) which is closed by two ceramic discs 2 and 3. The vacuum container produced in this way contains an electrode system 4, which is attached to pins 5. The pins 5 go through the bottom disc 3 and are fixed in this using the method according to the invention using a solder material in the form of intermediate layer 8, which preferably has a high Ti content (18-20% by weight), and which is in the form of a powder mixture of Ti, Cu and Ag has been pressured, e.g. to a ring that has been pushed onto the pins and into the openings in the ceramic disc. During the heating, the copper and silver first melt and flow into the space between them, e.g. pins consisting of molybdenum and the disk 3. The titanium powder gradually dissolves in this copper-silver alloy, so that adhesion to the ceramic material is achieved and the melting temperature increases. It turns out that no unacceptable flow of the alloy over the ceramic surface occurs. The ceramic discs 2 and 3 have been connected to the cylinder 1 by means of intermediate layers 6 and 7, e.g. under a vacuum watch.

Etter at elektrodesystemet er blitt mon-tert, blir de keramiske deler 1, 2 og 3 stilt på hverandre i en vakuumklokke, mens det mellom disse deler legges ringskiver som består av en blanding av Ti-, Cu- og Ag-pulver med f. eks. 13 pst. Ti. Etter utpump-ing oppheter man så sterkt at legeringen smelter og danner mellomlagene 6 og 7, som forbinder de keramiske deler meget fast med hinannen. Denne legering smelter ved lavere temperatur enn legeringen 8, som har høyere Zr- og Ti-innhold, slik at det ikke er noen fare for at stiftene 5 skal løsne. Hvis legeringen 6, 7 flyter i forstyrrende grad utover den keramiske overflate, kan man på forhånd tilblande denne legering pulverbestanddeler, molybden- eller wolframpulver f. eks. i et volumforhold på 1 : 1 eller noe mindre wolfram eller molybden. After the electrode system has been assembled, the ceramic parts 1, 2 and 3 are placed on top of each other in a vacuum chamber, while between these parts are placed rings consisting of a mixture of Ti, Cu and Ag powder with e.g. e.g. 13 percent Ti. After pumping out, it is heated so strongly that the alloy melts and forms the intermediate layers 6 and 7, which connect the ceramic parts very firmly to each other. This alloy melts at a lower temperature than alloy 8, which has a higher Zr and Ti content, so that there is no danger of the pins 5 loosening. If the alloy 6, 7 flows to a disturbing extent beyond the ceramic surface, this alloy can be mixed beforehand with powder components, molybdenum or tungsten powder, e.g. in a volume ratio of 1:1 or somewhat less tungsten or molybdenum.

Claims

• 1. Solder material for interconnecting objects consisting of materials whose melting or softening point is above 1000° C, which solder material consists of a titanium or zirconium-containing silver-copper alloy with between 10 and 20 weight percent titanium or zircon, characterized in that the alloy contains roughly equal percentages by weight of silver or copper.

2. Soldering material according to claim 1, characterized in that molybdenum and/or tungsten powder is mixed before soldering.