WO2007000142A1 - Lötzusatzwerkstoff - Google Patents
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- B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
Definitions
- the invention relates to a solder additive according to the preamble of patent claim 1 and a method for producing such a solder additive according to the preamble of patent claim 8.
- the generic soldering additive can be used in principle in a variety of different soldering processes.
- solder additive is likely in the manufacture of electrode systems, in particular for soldering
- Electrode heads and electrode rods of a discharge lamp are.
- soldering materials solders
- the wire-shaped platinum is introduced as a filler alloy in the solder area and the workpieces, for example, an electrode head and an electrode support bar of a discharge lamp, heated in the region of the solder joint to soldering temperature and the platinum wire is melted '. Due to the arising
- the joining partners are high-strength and electrically conductive soldered together.
- soldering materials made of pure platinum allow a high-temperature solder joint with good conductivity, but are very due to the low platinum occurrence costly and thereby increase the manufacturing costs of the solder joint,
- soldering materials For this reason find in the lamp manufacturing already soldering materials from cheaper zirkon wire use.
- a disadvantage of such soldering materials is that it can lead to embrittlement of the joint during the soldering process without sufficient diffusion of the solder additive in the base materials.
- the zirconium solder additive does not penetrate sufficiently into the structure of the base materials and forms no or only a deficient alloy. This can lead to a brittle fracture of the solder joint and thus failure of the component, such as the electrode system of a discharge lamp in such solder joints.
- Soldered at reduced melting temperature compared to the individual Lot suffer too, but are due to the organic substances contained in pastes and thereby, in particular in closed soldering rooms, i. in soldering processes with inserted solder, remaining unwanted residues not suitable for the production of high-strength solder joints.
- pulverulent soldering additives are complicated to handle and due to the health hazard, for example by inhalation of the highly fine, powdery particles suitable only with suitable protective devices for manufacturing.
- the invention has for its object to provide a Lötzusatzwerkstoff for the production of solder joints, in particular for soldering of high temperature components in lamps, as well as a method for producing such a solder additive, in which opposite conventional solutions an improved solder joint with reduced manufacturing costs and improved handling are possible.
- soldering additive for the production of solder joints in particular for soldering high-temperature components in lamps, has a substantially eutectic alloy and is formed by a sintering process into a molded part.
- This solution allows due to the formation of the solder additive as a sintered molded part with any geometry improved handling in manufacturing.
- the molding a fixed melting point, which is below the individual melting points of the alloy components and thereby significantly facilitates the production of the solder joint.
- the molding according to the invention has a melting behavior without alloy-typical two-phase melting due to the substantially eutectic composition of the powder mixture. The transition from the molten to the solid state of the molding takes place completely and directly during cooling after the soldering process. This solidification leads after cooling to a fine-grained, uniform structure of the soldering material with excellent strength properties.
- a method according to the invention for producing such a filler metal additive takes place with the following steps:
- the molding is made of a molybdenum-ruthenium powder mixture.
- the molybdenum-ruthenium powder mixture preferably contains about 38 to 48 weight percent ruthenium.
- the alloy has essentially eutectic properties. This achieves an alloy with a melting point suitable for the soldering process and prevents the formation of a brittle, intermetallic sigma phase.
- the molybdenum-ruthenium powder mixture contains 58% by weight of molybdenum and 42% by weight of ruthenium (MoRu42).
- This eutectic composition has a lower melting temperature than the individual alloying constituents molybdenum and ruthenium, thereby enabling a simplified, energy-efficient production of the solder joint.
- the melting temperature of the molybdenum-ruthenium alloy is, for example, in the vicinity of the melting temperature of pure platinum.
- the formed as a molded part solder additive material is at least partially adapted in an embodiment of the invention to the geometry of the components to be soldered.
- the molding has a substantially circular cross-section.
- the powder mixture is pressed into a substantially disc-shaped molded part. Due to their shape, the molded parts are easily manufactured and a uniform heat coupling via the components, for example by means of induction or istslötvon is guaranteed.
- the pressing of the powder mixture is preferably carried out without the addition of a binder. This will over the use of solder paste no volatile components introduced into the connection area and the quality of the solder joint significantly improved.
- the solder additive according to the invention is preferably used for producing at least one solder joint of an electrode system of a discharge lamp.
- the molding is used for heat-resistant soldering an electrode head of the discharge lamp with an electrode holding rod, wherein the solder additive according to the invention enables a high-strength, thermally stable and conductive solder joint.
- FIG. 1 is a schematic representation of a HBO® mercury vapor high-pressure discharge lamp with a soldered by means of a solder additive according to the invention
- FIG. 2 shows a side view of the anode-side electrode system of the HBO® mercury high-pressure discharge lamp from FIG. 1 with added soldering material and
- FIG. 3 is a detail view of the invention
- FIG. 1 shows a schematic representation of a two-sided HBO® mercury vapor high-pressure discharge lamp 1 in short arc technique.
- This has a discharge vessel 2 made of quartz glass with an inner space 4 and two diametrically arranged, sealed Kolben2020ften 6, 8, the free end portions 10, 12 are each provided with a base sleeve 14, 16.
- a base sleeve 14 In the interior 4 protrude two diametrically arranged electrodes 18, 20, between which forms a gas discharge during lamp operation.
- an ionizable filling which consists essentially of mercury and a high-purity noble gas.
- the electrodes 18, 20 are in the shown, high-wattage HBO® high-pressure discharge lamp 1 in each case as a two-part electrode system consisting of a current-carrying, rod-shaped electrode holder 22, 24 and one, with this soldered, discharge-side top electrode 26 (anode) or top electrode 28 (cathode). executed.
- the electrode heads 26, 28 are each provided on the discharge-distant side with a blind hole 30, 32, in which end portions 34, 36 of the electrode holding rods 22, 24 are attached. According to FIG.
- the lower electrode head 28 is designed as a conical head cathode for generating high temperatures in order to ensure a defined arc attachment and sufficient electron flow due to thermal emission and field emission (Richardson equation).
- the upper electrode head 26 in FIG. 1 is designed as a thermally highly charged, barrel-shaped head anode, in which the emission power is improved by sufficient dimensioning of the electrode size.
- a getter 38 made of tantalum is mounted inside the discharge vessel 2. In the embodiment shown, the getter 38 is mounted as a metal band on the anode-side electrode holding bar 22.
- truncated cone-shaped holding elements 40 made of quartz glass are used in the piston stems 6, 8, which are provided with an axially extending through hole 42 for receiving the electrode holding bars 22, 24.
- the support rods 22, 24 of the electrodes 18, 20 are guided in the through holes 42, that These reach into the interior 4 and there carry the electrode heads 26 and 28 respectively.
- the electrode holding rods 22, 24 are each extended beyond the holding elements 40 and inserted into a receiving bore 44 of an annular molybdenum plate 46 and soldered thereto.
- the molybdenum plate 46 is adjoined in each case by a quartz cylinder 48 which is fused into the piston shaft 6, 8 and on the outer surface 50 of which four molybdenum foils 52 soldered to the molybdenum plate 46 are arranged, forming a gas-tight current feedthrough.
- the molybdenum foils 52 are soldered at one end section 54 to a contact plate 56, which is connected to a base pin 58 on the cathode side (bottom in FIG. 1) or a stranded wire 60 on the anode side for electrical contacting of the electrode system 18, 20.
- a base pin 58 on the cathode side (bottom in FIG. 1) or a stranded wire 60 on the anode side for electrical contacting of the electrode system 18, 20.
- cooling fins 62 for convection cooling of the anode-side base sleeve 14 (in Figure 1 above) this is additionally provided with cooling fins 62.
- the electrical connection of the HBO® discharge lamp 1 to the supply voltage takes place on the cathode side via the base pin 58 and on the anode side via the stranded wire 60 and a cable lug 64 connected thereto.
- the cathode-side region of the discharge vessel 2 is partially provided with a heat-reflecting lamination to improve the efficiency of the discharge lamp 1 metallic coating 66 provided.
- FIG. 2 which shows a side view of the anode-side electrode system 18 of the HBO® high-pressure mercury discharge lamp 1 from FIG. 1 before the head anode 26 is soldered to the electrode holding bar 22, the end section 34 of the electrode holding bar 22 is provided with a circumferential chamfer 68 and into which Blind hole 30 of the
- the general term electrode head is used in the following for head anode 26 and head cathode 28.
- a soldering material 74 introduced into the soldering space 72 defined by the electrode holding bar 22 and electrode head 26 is used.
- the filler metal filler material 74 has a substantially eutectic alloy and is formed by a sintering process into a molded part 76.
- the molding 76 has a fixed melting point which is below the individual melting points of the alloy constituents in the vicinity of the melting point of pure platinum and thereby the production the solder joint much easier.
- the molding 76 according to the invention thus has a melting behavior without alloy-typical two-phase melting due to the essentially eutectic composition. The transition from molten to solid state occurs completely and immediately during the cooling of the solder joint.
- the sintered molding 76 contains a molybdenum-ruthenium powder mixture consisting of 58% by weight of molybdenum and 42% by weight of ruthenium (MoRu42).
- MoRu42 ruthenium
- This eutectic composition has a melting point lowered relative to the individual alloy constituents molybdenum and ruthenium and thus enables a simplified, energy-efficient production of the solder joint.
- the melting temperature of the molybdenum-ruthenium alloy which is inexpensive compared with pure platinum, is in the range of the melting temperature of platinum.
- the molded part 74 is produced in a pressing process with about 8 kN pressure and a subsequent sintering process at a temperature of about 1800 ° C.
- the molded part 76 is formed with a circular cross-section adapted to the component contour of the joining partners, ie the electrode heads 26, 28 and electrode support rods 22, 24. Due to their disk-shaped shape, the molded parts 76 are easily produced in terms of production engineering and ensure uniform heat coupling during the soldering process. Furthermore, the sintered solder disk 78 is easy to handle compared to powdered soldering materials manufacturing technology. A health hazard by Inhalation of very fine, powdery particles is prevented by the solid-state filler material 74.
- the molding 76 is inserted into the soldering area 72, i. in the blind holes 30, 32 of the electrode heads 26, 28 introduced.
- the electrode holding rod 22, 24 is inserted into the blind hole 30, 32, so that this, according to Figure 2, abuts the end face of the molding 76.
- the required soldering temperature is introduced by heat coupling from the outside, for example by means of a high-frequency induction process in the soldering region 72.
- the parameter guidance during soldering is chosen so that the heat input is high enough to melt the molding 76 and by the resulting surface bond and mutual penetration (diffusion) between solder additive 76 and electrode support rod 22, 24 and electrode head 26, 28, the workpieces .rochfest and to be electrically conductively soldered together.
- the molded part 76 is completely fused and at least partially fills the soldering space 72, wherein the end portion 34, 36 of the electrode holding bar 22, 24 is completely received in the blind bore 30, 32 of the electrode head 26, 28 (see FIG. 1).
- the solder additive 74 according to the invention is not limited to the described circular solder disk 78, but the solder additive 74 may have any geometric shape.
- the soldering additive 74 according to the invention can be produced as a wire-shaped or annular shaped part.
- the solder filler material 74 can be used for all known from the prior art soldering, which allow a defined heat input into the soldering region 72.
- the solder additive 74 according to the invention can, for example in wire or ring form, for different solder joints, in particular for soldering the electrode holding rod 22, 24 with find the molybdenum plate 46 use. It is essential to the invention that the filler metal filler material 74 has an essentially eutectic alloy and is formed by a sintering process to form a molded part 76.
- the filler metal filler material 74 has a substantially eutectic alloy and is formed by a sintering process into a molded part 76.
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Abstract
Offenbart ist ein Lötzusatzwerkstoff (74) zur Herstellung von Lötverbindungen, insbesondere zum Verlöten von Hochtemperaturbauteilen in Lampen und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Erfindungsgemäß weist der Lötzusatzwerkstoff eine im Wesentlichen eutektische Legierung auf und ist durch einen Sinterprozess zu einem Formteil (76) ausgebildet.
Description
Lötzusatzwerkstoff
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Lötzusatzwerkstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Lötzusatzwerkstoffes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
Stand der Technik
Der gattungsgemäße Lötzusatzwerkstoff kann prinzipiell bei einer Vielzahl unterschiedlicher Lötprozesse Verwendung finden. Das
Hauptanwendungsgebiet des Lötzusatzwerkstoffes dürfte jedoch bei der Herstellung von Elektrodensystemen, insbesondere zum Verlöten von
Elektrodenköpfen und Elektrodenstäben einer Entladungslampe liegen.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, zur Herstellung von Lötverbindungen an Hochtemperaturbauteilen der Lampentechnik, hochwarmfeste Lötzusatzwerkstoffe (Lote) aus reinem Platindraht zu verwenden. Zur Herstellung der Lötverbindung, wird das drahtförmige Platin als Lötzusatzwerkstoff in den Lötbereich eingebracht und die Werkstücke, beispielsweise ein Elektrodenkopf und ein Elektrodenhaltestab einer Entladungslampe, im Bereich der Lötstelle auf Löttemperatur erwärmt und der Platindraht aufgeschmolzen'. Aufgrund der entstehenden
Oberflächenbindung und gegenseitigen Durchdringung (Diffusion) zwischen Lötzusatzwerkstoff und Grundwerkstoff, werden die Fügepartner hochfest und elektrisch leitend miteinander verlötet. Derartige Lötzusatzwerkstoffe aus reinem Platin ermöglichen zwar eine hochwarmfeste Lötverbindung mit guter Leitfähigkeit, sind aber aufgrund des geringen Platinvorkommens sehr
kostenintensiv und erhöhen dadurch die Herstellungskosten der Lötverbindung,
Aus diesem Grund finden in der Lampenherstellung bereits Lötzusatzwerkstoffe aus kostengünstigerem Zirkondraht Verwendung. Nachteilig bei derartigen Lötzusatzwerkstoffen ist, dass es beim Lötprozess zu einem Verspröden der Verbindungsstelle ohne ausreichende Diffusion des Lötzusatzwerkstoffes in die Grundwerkstoffe kommen kann. Mit anderen Worten, der Lötzusatzwerkstoff Zirkon dringt nicht ausreichend in das Gefüge der Grundwerkstoffe ein und bildet keine oder nur eine mangelhafte Legierung aus. Dadurch kann es bei derartigen Lötverbindungen zu einem Sprödbruch der Lötverbindung und damit zu einem Ausfall des Bauteils, beispielsweise des Elektrodensystems einer Entladungslampe kommen.
Zur Verbesserung der Verbindungseigenschaften ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik weiterhin bekannt, pasten- oder pulverförmige Lötzusatzwerkstoffe aus ..' hochwarmfesten Molybdän- Ruthenium-Legierungen zum Verlöten von Hochtemperaturbauteilen einzusetzen. Diese Lösungen ermöglichen zwar eine, gegenüber zirkonhaltigen Lötzusatzwerkstoffen, verbesserte Festigkeit der
Lötverbindung bei gegenüber den einzelnen Lotbestandteilen verringerter Schmelztemperatur, sind aber aufgrund der in Pasten enthaltenen organischen Substanzen und der dadurch, insbesondere in geschlossenen Löträumen, d.h. bei Lötprozessen mit eingelegtem Lot, verbleibenden ungewünschten Rückständen nicht zur Herstellung hochfester Lötverbindungen geeignet. Pulverförmige Lötzusatzwerkstoffe sind hingegen aufwändig in der Handhabung und aufgrund der Gesundheitsgefährdung, beispielsweise durch Inhalation der hochfeinen, pulverförmigen Partikel nur mit geeigneten Schutzeinrichtungen für die Fertigung geeignet.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Lötzusatzwerkstoff zur Herstellung von Lötverbindungen, insbesondere zum Verlöten von Hochtemperaturbauteilen in Lampen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Lötzusatzwerkstoffes zu schaffen, bei denen gegenüber
herkömmlichen Lösungen eine verbesserte Lötverbindung bei verringertem Herstellungsaufwand und verbesserter Handhabung ermöglicht sind.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Lötzusatzwerkstoffes durch die Merkmalskombination des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung eines derartigen Lötzusatzwerkstoffes durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Der erfindungsgemäße . Lötzusatzwerkstoff zur Herstellung von Lötverbindungen, insbesondere zum Verlöten von Hochtemperaturbauteilen in Lampen, weist eine im Wesentlichen eutektische Legierung auf und ist durch einen Sinterprozess zu einem Formteil ausgebildet. Diese Lösung ermöglicht aufgrund der Ausbildung des Lötzusatzwerkstoffes als gesintertes Formteil mit beliebiger Geometrie eine verbesserte Handhabung in der Fertigung. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung einer im Wesentlichen eutektischen Legierung hat.' das Formteil einen festen Schmelzpunkt, der unterhalb der einzelnen Schmelzpunkte der Legierungsbestandteile liegt und dadurch die Herstellung der Lötverbindung wesentlich erleichtert. Mit anderen Worten, das erfindungsgemäße Formteil besitzt aufgrund der im Wesentlichen eutektischen Zusammensetzung der Pulvermischung ein Schmelzverhalten ohne legierungstypisches zweiphasiges Aufschmelzen. Der Übergang vom schmelzflüssigen in den festen Zustand des Formteils erfolgt beim Abkühlen nach dem Lötprozess vollständig und unmittelbar. Diese Erstarrung führt nach dem Abkühlen zu einem feinkörnigen, gleichmäßigen Gefüge des Lötwerkstoffes mit hervorragenden Festigkeitseigenschaften.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Lötzusatzwerkstoffes erfolgt mit den Schritten:
a) Bereitstellen einer im Wesentlichen eutektischen Pulvermischung aus hochschmelzenden Metallpulvern
b) Pressen der Pulvermischung zu einem Formteil und
c) Sintern des Formteils in einem Sinterprozess.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Formteil aus einer Molybdän-Ruthenium-Pulvermischung hergestellt.
Die Molybdän-Ruthenium-Pulvermischung enthält vorzugsweise etwa 38 bis 48 Gew.-% Ruthenium. In diesem Bereich hat die Legierung im Wesentlichen eutektische Eigenschaften. Dadurch wird eine Legierung mit für den Lötprozess geeignetem Schmelzpunkt erreicht und die Ausbildung einer spröden, intermetallischen Sigma-Phase verhindert.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Molybdän- Ruthenium-Pulvermischung 58 Gew.-% Molybdän und 42 Gew.-% Ruthenium enthält (MoRu42). Diese eutektische Zusammensetzung besitzt eine, gegenüber den einzelnen Legierungsbestandteilen Molybdän und Ruthenium, erniedrigte Schmelztemperatur und ermöglicht dadurch eine vereinfachte, energieeffiziente Herstellung der Lötverbindung. Die Schmelztemperatur der Molybdän-Ruthenium-Legierung liegt hierbei beispielsweise in der Nähe der Schmelztemperatur von reinem Platin.
Der als Formteil ausgebildete Lötzusatzwerkstoff ist bei einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zumindest abschnittsweise an die Geometrie der zu verlötenden Bauteile angepasst. Vorzugsweise hat das Formteil einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Dadurch ist das Formteil, beispielsweise zum Löten mit in den Lötbereich eingelegtem Lot, fertigungstechnisch einfach handhabbar.
Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Pulvermischung zu einem im Wesentlichen scheibenförmigen Formteil gepresst. Aufgrund ihrer Formgebung sind die Formteile fertigungstechnisch einfach herstellbar und eine gleichmäßige Wärmeeinkopplung über die Bauteile, beispielsweise mittels Induktions- oder Widerstandslötverfahren ist gewährleistet.
Das Pressen der Pulvermischung erfolgt vorzugsweise ohne Zugabe eines Bindemittels. Dadurch werden gegenüber der Verwendung von Lötpasten
keine flüchtigen Bestandteile in den Verbindungsbereich eingebracht und die Qualität der Lötverbindung wesentlich verbessert.
Der erfindungsgemäße Lötzusatzwerkstoff findet vorzugsweise zur Herstellung von zumindest einer Lötverbindung eines Elektrodensystems einer Entladungslampe Verwendung.
Vorzugsweise dient das Formteil zum hochwarmfesten Verlöten eines Elektrodenkopfes der Entladungslampe mit einem Elektrodenhaltestab, wobei der erfindungsgemäße Lötzusatzwerkstoff eine hochfeste, thermisch stabile und leitfähige Lötverbindung ermöglicht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer HBO®-Quecksilberdampf- Hochdruckentladungslampe mit einem mittels eines erfindungsgemäßen Lötzusatzwerkstoffes verlöteten
Elektrodensystems;
Figur 2 eine Seitenansicht des anodenseitigen Elektrodensystems der HBO®-Quecksilber-Hochdruckentladungslampe aus Figur 1 mit eingesetztem Lötzusatzwerkstoff und
Figur 3 eine Einzeldarstellung des erfindungsgemäßen
Lötzusatzwerkstoffes aus Figur 2.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer HBO®-Quecksilberdampf- Hochdruckentladungslampe erläutert, die beispielsweise in der Mikrolithografie zur Herstellung von Halbleitern Verwendung findet. Wie bereits eingangs erwähnt, ist der erfindungsgemäße Lötzusatzwerkstoff jedoch keinesfalls auf derartige Verbindungen beschränkt.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiseitig gesockelten HBO®-Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe 1 in Kurzbogen- technik. Diese besitzt ein Entladungsgefäß 2 aus Quarzglas mit einem Innenraum 4 und zwei diametral angeordneten, abgedichteten Kolbenschäften 6, 8, deren freie Endabschnitte 10, 12 jeweils mit einer Sockelhülse 14, 16 versehen sind. In den Innenraum 4 ragen zwei diametral angeordnete Elektroden 18, 20, zwischen denen sich während des Lampenbetriebs eine Gasentladung ausbildet. In dem Innenraum 4 des Entladungsgefäßes 2 ist eine ionisierbare Füllung eingeschlossen, die im Wesentlichen aus Quecksilber und einem hochreinem Edelgas besteht. Die Elektroden 18, 20 sind bei der gezeigten, höherwattigen HBO®- Hochdruckentladungslampe 1 jeweils als zweiteiliges Elektrodensystem bestehend aus einer stromzuführenden, stabförmigen Elektrodenhalterung 22, 24 und einer, mit dieser verlöteten, entladungsseitigen Kopfelektrode 26 (Anode) bzw. Kopfelektrode 28 (Kathode) ausgeführt. Zur Montage der Elektrodenköpfe 26, 28 auf den Elektrodenhaltestäben 22, 24 sind die Elektrodenköpfe 26, 28 an der entladungsfernen Seite jeweils mit einer Sacklochbohrung 30, 32 versehen, in denen Endabschnitte 34, 36 der Elektrodenhaltestäbe 22, 24 befestigt sind. Gemäß Figur 1 ist der untere Elektrodenkopf 28 zur Erzeugung hoher Temperaturen als kegelförmige Kopfkathode ausgeführt, um einen definierten Bogenansatz und einen ausreichenden Elektronenfluss aufgrund von thermischer Emission und Feldemission (Richardson-Gleichung) zu gewährleisten. Der in Figur 1 obere Elektrodenkopf 26 ist als thermisch hoch belastete, tonnenförmige Kopfanode ausgeführt, bei der die Abstrahlleistung durch eine ausreichende Dimensionierung der Elektrodengröße verbessert ist. Um für den Lichtstrom sowie das Lebensdauerverhalten der Entladungslampe 1 negative Gasreaktionen zu unterdrücken oder zumindest deutlich zu verringern, ist innerhalb des Entladungsgefäßes 2 ein Getter 38 aus Tantal befestigt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Getter 38 als Metallband auf dem anodenseitigen Elektrodenhaltestab 22 angebracht. Zur Halterung der Elektroden 18, 20 in dem Entladungsgefäß 2, sind in den Kolbenschäften 6, 8 kegelstumpfförmige Halteelemente 40 aus Quarzglas eingesetzt, die mit einer axial verlaufenden Durchgangsbohrung 42 zur Aufnahme der Elektrodenhaltestäbe 22, 24 versehen sind. Die Haltestäbe 22, 24 der Elektroden 18, 20 sind derart in den Durchgangsbohrungen 42 geführt, dass
diese in den Innenraum 4 reichen und dort die Elektrodenköpfe 26 bzw. 28 tragen. Sockelseitig sind die Elektrodenhaltestäbe 22, 24 jeweils über die Halteelemente 40 hinaus verlängert und in eine Aufnahmebohrung 44 eines ringförmigen Molybdäntellers 46 eingeführt und mit diesem verlötet. An den Molybdänteller 46 schließt sich jeweils ein Quarzzylinder 48 an, der in den Kolbenschaft 6, 8 eingeschmolzen ist und an dessen Außenfläche 50 vier mit dem Molybdänteller 46 verlötete Molybdänfolien 52 angeordnet sind, die eine gasdichte Stromdurchführung ausbilden. Die Molybdänfolien 52 sind an einem Endabschnitt 54 mit einem Kontaktteller 56 verlötet, der zur elektrischen Kontaktierung des Elektrodensystems 18, 20 kathodenseitig (in Figur 1 unten) mit einem Sockelstift 58 bzw. anodenseitig mit einer Litze 60 verbunden ist. Zur Konvektionskühlung der anodenseitigen Sockelhülse 14 (in Figur 1 oben) ist diese zusätzlich mit Kühlrippen 62 versehen. Der elektrische Anschluss der HBO®-Entladungslampe 1 an die Versorgungsspannung erfolgt kathodenseitig über den Sockelstift 58 und anodenseitig über die Litze 60 und einen mit dieser verbundenen Kabelschuh 64. Der kathodenseitige Bereich des Entladungsgefäßes 2 ist zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Entladungslampe 1 teilweise mit einer wärmereflektierenden metallischen Beschichtung 66 versehen.
Gemäß Figur 2, die eine Seitenansicht des anodenseitigen Elektrodensystems 18 der HBO®-Quecksilber-Hochdruckentladungslampe 1 aus Figur 1 vor dem Verlöten der Kopfanode 26 mit dem Elektrodenhaltestab 22 zeigt, Ist der Endabschnitt 34 des Elektrodenhaltestabes 22 mit einer umlaufenden Fase 68 versehen und in die Sacklochbohrung 30 der
Kopfanode 26 eingeführt. Da sich die Befestigung der Kopfkathode 28 auf dem Elektrodenhaltestab 24 gegenüber der Befestigung der Kopfanode 26 lediglich durch eine stufenförmige Anlageschulter 70 des entladungsseitigen Endabschnittes 36 (siehe Figur 1) unterscheidet, wird im Folgenden für Kopfanode 26 bzw. Kopfkathode 28 der allgemeine Begriff Elektrodenkopf verwendet. Zur Herstellung der Lötverbindung findet ein, in den von Elektrodenhaltestab 22 und Elektrodenkopf 26 begrenzten Lötraum 72 eingebrachter Lötzusatzwerkstoff 74 Verwendung. Erfindungsgemäß weist der Lötzusatzwerkstoff 74 eine im Wesentlichen eutektische Legierung auf und ist durch einen Sinterprozess zu einem Formteil 76 ausgebildet. Diese
Lösung ermöglicht aufgrund der Ausbildung des Lötzusatzwerkstoffes 74 als
gesintertes Formteil 76 mit beliebiger Geometrie eine verbesserte Handhabung in der Fertigung. Aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung einer im Wesentlichen elektischen Pulvermischung, das heißt, einer Mehrstofflegierung mit definierter prozentualer Zusammensetzung der Legierungsbestandteile, hat das Formteil 76 einen festen Schmelzpunkt, der unterhalb der einzelnen Schmelzpunkte der Legierungsbestandteile in der Nähe des Schmelzpunktes von reinem Platin liegt und dadurch die Herstellung der Lötverbindung wesentlich erleichtert. Das erfindungsgemäße Formteil 76 besitzt somit aufgrund der im Wesentlichen eutektischen Zusammensetzung ein Schmelzverhalten ohne legierungstypisches zweiphasiges Aufschmelzen. Der Übergang vom schmelzflüssigen in den festen Zustand erfolgt während dem Abkühlen der Lötverbindung vollständig und unmittelbar. Diese Erstarrung führt zu einem feinkörnigen, gleichmäßigen Gefüge des aufgeschmolzenen Formteils 76 nach dem Abkühlen mit hervorragenden Festigkeitseigenschaften. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel enthält das gesinterte Formteil 76 eine Molybdän- Ruthenium-Pulvermischung bestehend aus 58 Gew.-% Molybdän und 42 Gew.-% Ruthenium (MoRu42). Diese eutektische Zusammensetzung besitzt eine gegenüber den einzelnen Legierungsbestandteilen Molybdän und Ruthenium erniedrigte Schmelztemperatur und ermöglicht dadurch eine vereinfachte, energieeffiziente Herstellung der Lötverbindung. Die Schmelztemperatur der gegenüber reinem Platin kostengünstigen Molybdän- Ruthenium-Legierung liegt hierbei im Bereich der Schmelztemperatur von Platin. Das Formteil 74 wird in einem Pressvorgang mit etwa 8 kN Druck und einem anschließenden Sinterprozess bei einer Temperatur von ca. 1800° C hergestellt.
Gemäß Figur 3, die eine Einzeldarstellung des Formteils 76 aus Figur 2 zeigt, ist das Formteil 76 mit einem an die Bauteilkontur der Fügepartner, d.h. der Elektrodenköpfe 26, 28 und Elektrodenhaltestäbe 22, 24 angepasstem, kreisförmigem Querschnitt ausgebildet. Aufgrund ihrer scheibenförmigen Formgebung sind die Formteile 76 fertigungstechnisch einfach presstechnisch herstellbar und gewährleisten eine gleichmäßige Wärmeeinkopplung während des Lötprozesses. Weiterhin ist die gesinterte Lötscheibe 78 gegenüber pulverförmigen Lötzusatzwerkstoffen fertigungstechnisch einfach handhabbar. Eine Gesundheitsgefährdung durch
Inhalation hochfeiner, pulverförmiger Partikel wird durch den als Festkörper ausgebildeten Lötzusatzwerkstoff 74 verhindert.
Im Folgenden wird abschließend die Herstellung der Lötverbindung mit Bezug auf die Figuren 1 bis 3 beispielhaft erläutert. In einem ersten Arbeitsschritt wird das Formteil 76 in den Lötbereich 72, d.h. in die Sacklochbohrungen 30, 32 der Elektrodenköpfe 26, 28 eingebracht. In einem weiteren Arbeitsgang wird der Elektrodenhaltestab 22, 24 in die Sacklochbohrung 30, 32 eingeführt, so dass dieser, gemäß Figur 2, stirnseitig an dem Formteil 76 anliegt. Anschließend wird die erforderliche Löttemperatur durch Wärmeeinkopplung von außen, beispielsweise mittels eines Hochfrequenz-Induktionsverfahrens in den Lötbereich 72 eingebracht. Die Parameterführung beim Löten ist dabei so gewählt, dass der Wärmeeintrag hoch genug ist, das Formteil 76 aufzuschmelzen und durch die entstehende Oberflächenbindung und gegenseitige Durchdringung (Diffusion) zwischen Lötzusatzwerkstoff 76 und Elektrodenhaltestab 22, 24 bzw. Elektrodenkopf 26, 28, die Werkstücke .hochfest und elektrisch leitend miteinander zu verlöten. Nach dem Wärmeeintrag ist das Formteil 76 komplett verschmolzen und füllt den Lötraum 72 zumindest teilweise aus, wobei der Endabschnitt 34, 36 des Elektrodenhaltestabes 22, 24 vollständig in der Sacklochbohrung 30, 32 des Elektrodenkopfes 26, 28 aufgenommen ist (siehe Figur 1). Der Lötspalt zwischen dem Endabschnitt 34, 36 des Elektrodenhaltestabes 22, 24 und der Sacklochbohrung 30, 32 des Elektrodefikopfes 26, 28 wird hierbei vollständig von dem Lötzusatzwerkstoff 74 ausgefüllt und eine dichte, elektrisch leitende Verbindung erzeugt.
Der erfindungsgemäße Lötzusatzwerkstoff 74 ist nicht auf die beschriebene, kreisförmige Lötscheibe 78 beschränkt, vielmehr kann der Lötzusatzwerkstoff 74 eine beliebige geometrische Formgebung aufweisen. Insbesondere kann der erfindungsgemäße Lötzusatzwerkstoff 74 als draht- oder ringförmiges Formteil hergestellt werden. Weiterhin kann der Lötzusatzwerkstoff 74 für alle aus dem Stand der Technik bekannten Lötverfahren Verwendung finden, die eine definierte Wärmeeinbringung in den Lötbereich 72 ermöglichen. Der erfindungsgemäße Lötzusatzwerkstoff 74 kann, beispielsweise in Draht- oder Ringform, für unterschiedliche Lötstellen, insbesondere zum Verlöten des Elektrodenhaltestabes 22, 24 mit
dem Molybdänteller 46 Verwendung finden. Erfindungswesentlich ist, dass der Lötzusatzwerkstoff 74 eine im Wesentlichen eutektische Legierung aufweist und durch einen Sinterprozess zu einem Formteil 76 ausgebildet ist.
Offenbart ist ein Lötzusatzwerkstoff 74 zur Herstellung von Lötverbindungen, insbesondere zum Verlöten von Hochtemperaturbauteilen in Lampen 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Erfindungsgemäß weist der Lötzusatzwerkstoff 74 eine im Wesentlichen eutektische Legierung auf und ist durch einen Sinterprozess zu einem Formteil 76 ausgebildet.
Claims
1. Lötzusatzwerkstoff zur Herstellung von Lötverbindungen, insbesondere zum Verlöten von Hochtemperaturbauteilen in Lampen (1), dadurch gekennzeichnet, dass der ' Lötzusatzwerkstoff (74) eine im
Wesentlichen eutektische Legierung aufweist und durch einen Sinterprozess zu einem Formteil (76) ausgebildet ist.
2. Lötzusatzwerkstoff nach Anspruch 1 , wobei das Formteil (76) aus einer Molybdän-Ruthenium-Pulvermischung hergestellt ist.
3. Lötzusatzwerkstoff nach Anspruch 2, wobei die Molybdän-Ruthenium- Pulvermischung etwa 38 bis 48 Gew.-% Ruthenium aufweist.
4.. Lötzusatzwerkstoff nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Molybdän- Ruthenium-Pulvermischung 58 Gew.-% Molybdän und 42 Gew.-% Ruthenium (MoRu42) enthält.
5. Lötzusatzwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formteil (76) zumindest abschnittsweise an die Geometrie der zu verlötenden Bauteile angepasst ist.
6. Lötzusatzwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das "Formteil (76) einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
7. Lötzusatzwerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formteil (76) eine Lötscheibe (78) ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Lötzusatzwerkstoffes (74), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den Schritten:
a) Bereitstellen einer im Wesentlichen eutektischen Pulvermischung aus hochschmelzenden Metallpulvern
b) Pressen der Pulvermischung zu einem Formteil (76) und c) Sintern des Formteils (76) in einem Sinterprozess.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Pulvermischung zu einem im Wesentlichen scheibenförmigen Formteil (76, 78) gepresst wird,
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei das Pressen der Pulvermischung ohne Zugabe eines Bindemittels erfolgt.
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