WO2015067477A1 - Body made of a brittle material and a metallic material, and method for producing an integral connection between a brittle material and a metallic material - Google Patents

Body made of a brittle material and a metallic material, and method for producing an integral connection between a brittle material and a metallic material Download PDF

Info

Publication number
WO2015067477A1
WO2015067477A1 PCT/EP2014/072725 EP2014072725W WO2015067477A1 WO 2015067477 A1 WO2015067477 A1 WO 2015067477A1 EP 2014072725 W EP2014072725 W EP 2014072725W WO 2015067477 A1 WO2015067477 A1 WO 2015067477A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
range
metallic material
intermediate layer
brittle
brittle material
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/072725
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hauke Esemann
Jörg WITTE
Matthias WÖLFINGER
Roland Dudek
Thomas Kraus
Viktor Wursthorn
Original Assignee
Schott Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott Ag filed Critical Schott Ag
Priority to EP14799680.5A priority Critical patent/EP3066058A1/en
Priority to JP2016550980A priority patent/JP2017501106A/en
Publication of WO2015067477A1 publication Critical patent/WO2015067477A1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C27/00Joining pieces of glass to pieces of other inorganic material; Joining glass to glass other than by fusing
    • C03C27/04Joining glass to metal by means of an interlayer
    • C03C27/042Joining glass to metal by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, glass-ceramic or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
    • C03C27/046Joining glass to metal by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, glass-ceramic or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts of metals, metal oxides or metal salts only
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C17/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
    • C03C17/06Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with metals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24CDOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00Details
    • F24C15/10Tops, e.g. hot plates; Rings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24CDOMESTIC STOVES OR RANGES ; DETAILS OF DOMESTIC STOVES OR RANGES, OF GENERAL APPLICATION
    • F24C15/00Details
    • F24C15/34Elements and arrangements for heat storage or insulation

Definitions

  • Body made of a brittle material and a metallic material and a method for producing a cohesive connection
  • the invention relates to a body comprising at least one brittle material, in particular a glass ceramic, a glass or a ceramic and a metallic material, and a method for producing a material connection of a brittle material and a metallic material.
  • a body comprising at least one brittle material, in particular a glass ceramic, a glass or a ceramic and a metallic material
  • a method for producing a material connection of a brittle material and a metallic material In order to combine brittle materials such as glass, glass ceramic, ceramic with metallic materials, various possibilities are described in the prior art, which always results in the problem that such compounds of the prior art not for the high temperature range a reliable cohesive connection available put.
  • Another problem is when such a compound of a brittle material and a metallic material are exposed to temperature changes with a temperature difference of more than 250 K. In such cases, the bodies tend to break at the junction.
  • balancing connecting materials examples include, for example, silicone adhesives.
  • a disadvantage of such a cohesive connection is that the temperature resistance is usually limited to temperatures less than 250 ° C.
  • connection Another possibility of a cohesive connection is, with the help of intermediate glasses or glass solders resulting in the connection
  • brittle material can be safely avoided.
  • Another disadvantage of a constructive bond of brittle material and metallic material are far-reaching restrictions on the possible geometric design of the compound.
  • solder material by material connection with the aid of a solder material, in particular a glass-based solder material with a further component, for. B. to connect a metal.
  • solder materials are described in DE 10 2005 047 006 A1 inorganic glass-based solder matehals such as Pb-borate glasses or Bi-Zn-borate glasses are discussed.
  • the soldering process is carried out in DE 10 2005 047 006 A1 by combining the components to be joined by diffusion processes between the solder material and the components to be joined.
  • Solder material is below that of the components to be joined
  • stresses occur between the interconnected components, in particular with temperature changes with a ⁇ of more than 250K.
  • the compound according to DE 10 2008 002 959 A1 is a compound which is essentially designed for room temperature.
  • CH 423 294 A From CH 423 294 A a method for attaching a metal strip to a non-metallic, preferably optical element has become known.
  • the use of an intermediate layer is not shown in CH 423 294 A, but rather the metal strip, for example the aluminum strip, is directly connected to the optical element by means of an ultrasonic welded connection.
  • EP 0 262 699 A1 describes a method for connecting a first and a second element, wherein the first element consists at least partly of glass or ceramic and the second element at least partially of metal and the connection of both elements between a glass or ceramic part of the first element and a metal part of the second element is produced.
  • an auxiliary metal element with the mentioned glass or ceramic part of the first element by means of a
  • EP 0 262 699 A1 Element welded by means of a laser beam to the auxiliary element made of metal.
  • the auxiliary element lies between the first and the second element.
  • EP 0 262 699 A1 shows no connection between metal and brittle material with a high thermal shock resistance.
  • the compound according to EP 0 262 699 A1 is one which has a high dimensional stability and in which only slight stresses occur between the connection partners.
  • the US 4,896,816 shows a method for producing a connection between a metal element and a body of glass ceramic material, wherein a metal is used as a bonding material that by means of hot diffusion into the
  • the object of the invention is therefore to solve the aforementioned problems and to provide a body or a material connection between a brittle material and another metallic material which is suitable for the high temperature range and a high
  • a body consists of at least one brittle material, in particular a glass ceramic, a glass or a ceramic and a metallic material, and that
  • brittle material with the metallic material a high-temperature-resistant, cohesive connection for temperatures of more than 250 ° C, in particular more than 350 ° C, preferably more than 400 ° C, in particular more than 500 ° C, provides.
  • connection of brittle material and metallic material comprises an intermediate layer between the brittle material and the metallic material, in particular an intermediate layer of a ductile material, preferably a ductile metal.
  • the intermediate layer ensures that the connection between the brittle material and the metallic material is made. Furthermore, stresses between the brittle material and the metallic material can be at least partially degraded by the intermediate layer.
  • Ductile materials, in particular ductile metals are characterized by a high ductility. You have the
  • Such ductile metals are, for example, aluminum, in particular pure aluminum or pure aluminum, gold or titanium.
  • Preferred ductile materials, preferably ductile metals, in the present application are those having an elongation at break> 1%, preferably> 10%, in particular in the range 1% to 45%, more preferably in the range 1% to 20%, very preferably in the range 2% to 20%, most preferably in the range 2% to 15% understood.
  • the ductility of pure aluminum shows itself in a very great softness of the material.
  • Elongation at break for pure aluminum can be very high and up to 45%.
  • Particularly preferred materials having an elongation at break in the range according to the invention is, for example, the pure aluminum foil AI 99.5 - smooth, soft, bright rolled - ALUJET from ALUJET GmbH, Ahornstrasse 16, D82291 Mammendorf, which has a thickness in the range from 0.05 mm to 0 , 30 mm one
  • the intermediate layer can also be applied to the brittle material or the metallic material by one of the following methods:
  • fire metallizing in particular fire aluminizing
  • the intermediate layer has the following layer thickness:
  • a layer thickness 10 to 70 ⁇ , in particular 10 to 20 ⁇ , for electrodeposited intermediate layers is a layer thickness 10 to 70 ⁇ , in particular 10 to 20 ⁇ , for electrodeposited intermediate layers
  • Metal coating can be deposited largely free of pores.
  • galvanic deposition can take place on the metallic material, for example on steel or stainless steel. Typical layer thicknesses are in the range 10 to 20 ⁇ , but in principle are also possible 70 ⁇ . Galvanically deposited layers are dense, firmly adhering layers with a very high Al purity of, for example, 99.8%. Another advantage is the all-round coatability.
  • An alternative application process is plating or roll cladding. Such a method is possible for sheet metal semi-finished products, for example in the form of rolled-up strips. When plating or plating becomes an inseparable
  • Tool assembly made with a one-sided or two-sided aluminum support.
  • an aluminum overlay is applied to steel, the composition comprising Al 99 wt% and ⁇ 1 wt% Si.
  • typical thicknesses are in the range 50 to 70 ⁇ .
  • Semi-finished sheet metal or bands with any metal supports possible, in particular ferritic or austenitic stainless steels can be produced. Another advantage is that sheets can be reshaped or stamped. Aluminum can furthermore be applied as a layer by means of thermal spraying
  • Typical layer thicknesses are in the range 50 to 400 ⁇ .
  • Common methods for spraying aluminum are wire flame spraying or cold gas spraying.
  • the surface to be coated is roughened or cleaned by sandblasting, in order to achieve a good layer adhesion, that is a jamming.
  • Cold gas spraying involves spraying AI powder with a very high kinetic energy onto a surface, whereby strong plastic deformation of the particles leads to the bond and to a very dense layer.
  • the high kinetic energy can cause thin-walled components tend to excessive distortion.
  • the wire In wire flame spraying, the wire is melted in the flame and melt droplets are thrown onto the surface, resulting in layers with a porosity of 5-10 vol.%.
  • thermally sprayed layers can have process-related pores.
  • the amount of pores can be 2 to 15% by volume.
  • Aluminum layer remaining porosity is particularly advantageous in view of the thermal expansion. As a result, in particular thermal stresses can be reduced. Also, fire aluminizing is possible for applying aluminum layers.
  • a sheet metal strip passes through a molten bath comparable to hot-dip galvanizing or tinplate production, whereby the aluminum is about 10% Silicon includes.
  • To increase the corrosion protection can be provided to form a Fe-Al-Si intermediate layer followed by a pure Al layer.
  • the total layer thickness of the system is variable and is typically 20 to 100 ⁇ . Base materials are often low carbon steels for good
  • the above-described techniques for applying the intermediate layer may serve both to coat the intermediate layer on the metallic material or the brittle-fracture material or both the metallic material and the like
  • a material in particular a glass ceramic or a glass with a thermal
  • Exemplary materials which have a coefficient of thermal expansion in this range are, for example, Li-Al-Si glass ceramics such as, for example, the glass ceramics ROBAX®, CERAN® and NEXTREMA® from Schott AG, Mainz, which have a coefficient of thermal expansion in the temperature range of 20 ° C to 300 ° C in the range of -0.3 to 1, 0 ⁇ 10 "6 / K have.
  • Li-Al-Si glass ceramics such as, for example, the glass ceramics ROBAX®, CERAN® and NEXTREMA® from Schott AG, Mainz, which have a coefficient of thermal expansion in the temperature range of 20 ° C to 300 ° C in the range of -0.3 to 1, 0 ⁇ 10 "6 / K have.
  • a glass material for example, a borosilicate glass can be used, for. Borofloat 33®.
  • the glass material Borofloat33® has a thermal
  • the metallic material is a metallic material is preferred with a coefficient of thermal expansion aMetaii in the temperature range 20 ° C to 300 ° C, for which: a M etaii ⁇ 20 ⁇ 10 "-6 / K, in particular in the range 4.0 ⁇ 10" 6 / K ⁇ aMetaii ⁇ 6 ⁇ 10 "6 / K KOVAR is an especially preferred metallic material, but molybdenum, steel, tungsten or stainless steel are also possible KOVAR is an iron-cobalt-nickel alloy.
  • a sp röd - 20 ⁇ 10 "6 / K ⁇ - is particularly preferred when the metallic material is selected depending on the brittle material in such a manner that the metallic material has a thermal expansion coefficient aMetaii (300 ° C 20 ° C) a M etaii ⁇ a sp röd + 20 ⁇ 10 "-6 / K, preferably a sp röd - 10 ⁇ 10" 6 / K ⁇ aMetaii ⁇ a spr öd + 10 ⁇ 10 "-6 / K, in particular a spr öd - 5 ⁇ 10 "6 / K ⁇ a M etaii ⁇ a spr öd + 5 ⁇ 10" has 6 / K.
  • connection of brittle material and metallic material is preferably carried out by means of welding, in particular ultrasonic welding.
  • the ultrasonic welding takes place in the usual frequency range of 15 to 50 kHz, preferably at 20 kHz.
  • reference is made to DE 199 17 133 A1 in which the welding of a workpiece made of glass, glass ceramic and / or ceramic, ie a brittle, inorganic, poorly heat-conducting material with a small distance order and a workpiece made of different materials, for example a metal, is described.
  • the disclosure of DE 199 17 133 A1 is fully included in the present application.
  • the welding in particular with ultrasonic welding apparatuses, between the brittle material and the metallic material takes place between a first connection surface on the brittle material and a second connection surface on the metallic material.
  • Welding can be flat or even partial surface, with a partial surface welding depending on the geometry of a spot weld, a seam welding or
  • Torsionssch spaung can be.
  • a body or composite comprising the brittle material and the metallic material according to the invention, despite the different thermal expansions of the two joining partners, here the brittle material and the metallic material, surprisingly durable
  • the temperature-resistant compound above 250 ° C, especially above 300 ° C.
  • the permanent temperature resistance up to temperatures of 400 ° C, particularly preferably up to 500 ° C, achieved. Even temperature changes of over 250 K, the compound thus prepared withstand, even if the brittle material has a low or zero expansion.
  • the thermal shock resistance is over a wide
  • Temperature range of more than 250K preferably ⁇ between 250K and 1300K, preferably ⁇ given between 250K and 900K, in particular ⁇ between 250K and 500K.
  • the compound is insensitive to temperature changes between, for example, -273 ° C and 1000 ° C, preferably 0 ° C and 500 ° C.
  • the thermal expansion coefficient of LAS glass ceramic differs greatly from the thermal expansion coefficient of stainless steel. According to the invention is between the brittle material and the
  • the intermediate layer preferably consists of a ductile material, in particular a ductile metal, preferably of aluminum, in particular high-purity aluminum, or else gold or titanium or a gold or titanium alloy.
  • the thickness of such an intermediate layer is preferably ⁇ 500 ⁇ m, in particular ⁇ 20 ⁇ m is preferably in the range from 20 to 200 ⁇ m, preferably 50 ⁇ m to 150 ⁇ m, particularly preferably in the range from 80 ⁇ m to 120 ⁇ m.
  • the metallic material is a metal element that has a homogeneous thickness distribution in the region of the welding surface with thickness fluctuations of not more than 30 ⁇ m, preferably not more than 10 ⁇ m, in particular not more than 3 ⁇ m. Such thickness distributions can be achieved, for example, when using metal elements that consist of a
  • the intermediate layer preferably has thickness fluctuations of not more than 20 ⁇ m, preferably not more than 5 ⁇ m, in particular not more than 1 ⁇ m.
  • first and / or second connecting surface which is connected by means of ultrasonic welding as a joining method.
  • This is particularly advantageous for the brittle material.
  • thermal or chemical tempering or a festists keitssteigernde coating for example, thermal or chemical tempering or a festists keitssteigernde coating.
  • connection of brittle material and metallic material by means of
  • the invention also includes a method for
  • a brittle, preferably substantially low-stretching material preferably a glass, a glass ceramic or a ceramic having a thermal expansion coefficient a sp röd ( 20 ° C - 300 ° C) ⁇ 4 ⁇ 10 "-6 / K, in particular a spr öd (20 ° C - 300 ° C) ⁇ 2 ⁇ 10" -6 / K, preferably in the range - 1 ⁇ 10 "6 / K , ⁇ a sp röd ⁇ 4 ⁇ 10 "-6 / K, in particular in the range - 0.6 ⁇ 10" 6 / K ⁇ a spr öd ⁇ 2 ⁇ 10 "-6 / K, such as a Li-Al-Si glass-ceramic, provided with a first connection surface.
  • a brittle, preferably substantially low-stretching material preferably a glass, a glass ceramic or a ceramic having a thermal expansion coefficient a sp röd (
  • the intermediate layer is preferably made of a ductile metal
  • Aluminum alloy or gold or titanium preferably with a thickness ⁇ 500 ⁇ , preferably ⁇ 200 ⁇ , in particular in the range between 20 ⁇ and 200 ⁇ , connected to each other. This will be a high temperature resistant connection for temperatures of more than 250 ° C, preferably more than 300 ° C and / or a thermal shock resistance of more than 250 K, provided.
  • the brittle material is mixed with the metallic material
  • Joining method in particular welding, in particular ultrasonic welding, preferably in the form of spot welding, seam welding or
  • thermo shock resistance is achieved when, in particular, the first bonding surface of the brittle material is pretreated.
  • thermal or chemical toughening a festig keitssteigernde coating, smoothing, nubs, structuring, partial or full area etching, polishing and / or ion exchange.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a body according to the invention made of a brittle material and a metallic material.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a body according to the invention of a brittle material and a metallic material, wherein the metallic material is a metallic element in the form of an angled stainless steel sheet.
  • an inventive body 100 is shown, consisting of a brittle material 1 and a metallic material 3.
  • the brittle material for example, without limitation, a substantially zero-expansion material such as a Li-Al-Si glass-ceramic, in particular ROBAX ® from Schott AG, Mainz.
  • a substantially zero-expansion material such as a Li-Al-Si glass-ceramic, in particular ROBAX ® from Schott AG, Mainz.
  • ROBAX ® from Schott AG, Mainz.
  • Such, in the Substantially nullausdehendes material has an average coefficient of thermal expansion a spr öd (20 ° C - 300 ° C) ⁇ 0.15 ⁇ 10 "6 / K.
  • the metallic material 3 is essentially a metallic material with a coefficient of thermal expansion aMetaii (20 ° C.-300 ° C.) ⁇ 6 -10 "6 / K in the temperature range from 20 ° C. to 300 ° C.
  • a particularly preferred metallic material is KOVAR. Further shown is the first bonding surface 10 of the brittle material and the second bonding surface 12 of the metallic material. In the region of the first and second connecting surfaces 10, 12, the metallic material 3 is bonded to the brittle material 1 in a material-locking manner, for example by a welding method as a joining method.
  • a ductile metal is in particular aluminum, pure aluminum, high-purity aluminum or gold or titanium, preferably as a film.
  • the cohesive connection is preferably carried out by welding
  • ultrasonic welding in a relatively short time in preferably less than 10 sec., In particular less than 5 sec, in particular even less than 1 sec, without being limited thereto.
  • a particularly temperature-resistant compound especially with high
  • Thermal shock resistance of more than 250 K is achieved when the first bonding surface 10 of the brittle material 1 is treated.
  • thermal or chemical tempering and / or a strength-increasing coating, a local or full-area etching or polishing is possible.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a body according to the invention made of a brittle material and a metallic material.
  • the metallic element is a preferably angled stainless steel sheet.
  • the same components as in FIG. 2 are higher by 100
  • the sprödbrüchige material 101 in Figure 2 is, for example, the glass-ceramic Robax ® having an average coefficient of thermal expansion 020-300 of -. 0.3-10 "6 / K
  • the intended for connection with a metallic material 103 in the form of a shaped body 200 connecting surface is, preferably formed in a rolling process planar connecting surface 1 12 having a substantially homogeneous thickness distribution with thickness variations of not more than 30 ⁇ , preferably not more than 10 ⁇ , in particular not more than 3 ⁇ .
  • the intermediate layer 120 of ductile material is a film, for example made of aluminum with a thickness of, for example, 0.1 mm used.
  • the intermediate layer can be applied to the
  • metallic material in the form of a shaped body by galvanic cutting, plating, in particular roll cladding, thermal spraying, fire aluminizing, vacuum evaporation or magnetron sputtering, as described above, can be applied.
  • the metallic material is in the form of a shaped body by galvanic cutting, plating, in particular roll cladding, thermal spraying, fire aluminizing, vacuum evaporation or magnetron sputtering, as described above, can be applied.
  • the metallic material is in the form of a shaped body
  • the thickness variations of the intermediate layer are not more than 20 ⁇ , preferably not more than 5 ⁇ , in particular not more than 1 ⁇ .
  • the connection of the molded body 200 with the brittle material 101 takes place in the region 210 of at least one leg 212 of the angled
  • the sprödbrüchige material from the glass ceramic Robax ® consists with a mean thermal expansion coefficient of 0. 20- 300 of -0,3-10 "6 / K
  • the intended for connection to a metallic molded body surface is a rolling process in a shaped plane
  • the intermediate layer of ductile material is an aluminum foil EN-AW-1050A with a thickness of 0.1 mm.
  • the metallic molded body consists of a 0.5 mm thick and in diameter 22 mm measuring flat base plate of the material Kovar with a mean thermal expansion coefficient 0: 20-300 of 5.5- 10 "6 / K.
  • On the base plate centric and vertical attached to it is a firmly connected to the base plate threaded bolt with a height of 12 mm and a diameter of 8 mm for further mounting options according to the other
  • the glass ceramic Robax, the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate are welded together with the help of a sonotrode in the form of a hollow cylinder with frontal rauting, the front side of the sonotrode resting on the Kovar base plate and a torsional vibration performs.
  • the sonotrode amplitude is 25 ⁇ , the sonotrode frequency 20 kHz, the welding pressure 2.0 bar and the welding power 800 Ws.
  • the composite body thus produced has a surface connection between the
  • Load test revealed a shear strength of at least 700 N.
  • the brittle material consists of the glass ceramic Ceran® with a mean thermal expansion coefficient 0: 20-300 of -0.2-10 "6 / K.
  • the surface intended for connection to a metallic molded body is one in a rolling process Shaped surface with the known from the application as a cooking surface knob structure
  • Intermediate layer of ductile material is an aluminum foil EN-AW-1050A with a thickness of 0.1 mm is used.
  • the metallic molded body consists of a 0.5 mm thick and in diameter 22 mm measuring flat base plate made of the material Kovar with a medium thermal
  • the glass-ceramic Ceran, the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate are welded together using a sonotrode in the form of a hollow cylinder with frontal Rauttechnik, the front of the sonotrode touches the Kovar base plate and a torsional vibration performs.
  • the sonotrode amplitude is 25 ⁇ , the sonotrode frequency 20 kHz, the welding pressure 1, 5 bar and the welding power 500 Ws.
  • the composite body thus produced has a connection between the in
  • the sprödbrüchige material from the glass ceramic Robax ® consists with a mean thermal expansion coefficient of 0. 20- 300 of -0,3-10 "6 / K
  • the intended for connection to a metallic molded body surface is a rolling process in a shaped plane
  • the intermediate layer of ductile material is an EN-AW-1050A aluminum foil with a thickness of 0.1 mm.
  • the metallic molded body consists of a 0.5 mm thick and in diameter 22 mm measuring flat base plate made of the material Kovar with a medium thermal
  • the glass ceramic Robax, the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate are welded together with the help of a sonotrode in the form of a hollow cylinder with frontal rauting, the front side of the sonotrode resting on the Kovar base plate and a torsional vibration performs.
  • the sonotrode amplitude is 25 ⁇
  • the sonotrode frequency 20 kHz the welding pressure 2.0 bar
  • the composite body thus produced has a surface connection between the Robax glass ceramic and the intermediate layer of aluminum, on the other hand, and at the same time a connection between the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate.
  • the contact surface produced in the welding process is about 1, 5 cm 2 .
  • the sprödbrüchige material from the glass Borofloat 33 ® is a mean thermal expansion coefficient of 0. 20-300 3,3-10 "6 / K
  • the intended for connection to a metallic molded body surface is in a float process
  • the surface of the ductile material is made of EN-AW-1050A aluminum foil 0.1 mm thick, consisting of a 0.5 mm thick and 22 mm in diameter flat base plate the material Kovar with an average coefficient of thermal expansion 0120-300 from 5.5 to 10 "6 / K.
  • On the base plate centric and placed perpendicular to it is a firmly connected to the base plate threaded bolt with a height of 12 mm and a diameter of 8 mm for further mounting options according to the other
  • the glass Borofloat 33, the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate are welded together using a sonotrode in the form of a hollow cylinder with frontal Rauttechnik, the front side of the sonotrode touches the Kovar base plate and a torsional Vibration takes place.
  • the sonotrode amplitude is 25 ⁇ , the sonotrode frequency 20 kHz, the welding pressure 2.0 bar and the welding energy 700 Ws.
  • the composite body thus produced has a surface connection between the Borofloat 33 glass and the intermediate layer of aluminum, on the other hand, and at the same time a connection between the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate.
  • the contact area produced in the welding process is approximately 1.5 cm 2 .
  • Load test revealed a shear strength of at least 500 N.
  • the sprödbrüchige material from the glass ceramic Robax ® consists with a mean thermal expansion coefficient of 0. 20- 300 of -0,3-10 "6 / K
  • the intended for connection to a metallic molded body surface is a rolling process in a shaped plane
  • the intermediate layer of ductile material is an aluminum foil EN-AW-1050A with a thickness of 0.1 mm.
  • the metallic molded body consists of a 0.5 mm thick, double-angled stainless steel sheet of the material stainless steel 1 .4301 with a middle
  • the glass ceramic Robax, the intermediate layer of aluminum and the angled stainless steel sheet are welded together with the aid of a sonotrode in the form of a cylinder with an end rauting, whereby the end face of the sonotrode is welded onto a leg of the
  • Stainless steel sheet touches down and performs a torsional vibration.
  • the composite body thus produced has a surface connection between the Robax glass ceramic and the intermediate layer of aluminum, on the other hand, and at the same time a connection between the intermediate layer of aluminum and the stainless steel sheet.
  • the contact surface produced in the welding process is about 0.5 cm 2 .
  • the mechanical load test consists of a blow with the impact tester according to Wegner, as described in DIN 51 155.
  • the impact tester according to Wegner is positioned vertically against the welding area of the stainless steel sheet welded to the Robax disk and the impact is triggered in accordance with DIN 51 155.
  • the welded joint survives this mechanical stress test with a impact energy of at least 0.25 J.

Abstract

The invention relates to a body comprising at least one brittle material, in particular a glass ceramic, a glass, or a ceramic and comprising a metallic material, characterized in that the brittle material, together with the metallic material, forms a high-temperature resistant integral connection for temperatures of more than 250°C, in particular more than 300°C, preferably more than 400°C, in particular more than 500°C, and the connection of brittle material and metallic material comprises an intermediate layer between the brittle material and the metallic material, and the intermediate layer consists of a ductile material, preferably a ductile metal, in particular a ductile material, preferably a ductile metal, having an elongation at tear ≥1%, preferably ≥2%, in particular ≥4%, quite preferably ≥10%, in particular in the range 1% to 20%, especially in particular preferably in the range 2% to 15%.

Description

Körper aus einem sprödbrüchigen Material und einem metallischen Material sowie ein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung  Body made of a brittle material and a metallic material and a method for producing a cohesive connection
eines sprödbrüchigen Materials und eines metallischen Materials Die Erfindung betrifft einen Körper, umfassend wenigstens ein sprödbrüchiges Material, insbesondere eine Glaskeramik, ein Glas oder eine Keramik und ein metallisches Material sowie ein Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung eines sprödbrüchigen Materials und eines metallischen Materials. Um sprödbrüchige Materialien wie beispielsweise Glas, Glaskeramik, Keramik mit metallischen Materialien zu verbinden, sind im Stand der Technik unterschiedliche Möglichkeiten beschrieben, wobei sich stets das Problem ergibt, dass derartige Verbindungen aus dem Stand der Technik nicht für den Hochtemperaturbereich eine zuverlässige stoffschlüssige Verbindung zur Verfügung stellen.  The invention relates to a body comprising at least one brittle material, in particular a glass ceramic, a glass or a ceramic and a metallic material, and a method for producing a material connection of a brittle material and a metallic material. In order to combine brittle materials such as glass, glass ceramic, ceramic with metallic materials, various possibilities are described in the prior art, which always results in the problem that such compounds of the prior art not for the high temperature range a reliable cohesive connection available put.
Ein weiteres Problem besteht, wenn eine derartige Verbindung aus einem sprödbrüchigen Material und einem metallischen Material Temperaturwechseln mit einer Temperaturdifferenz von mehr als 250 K, ausgesetzt sind. In solchen Fällen neigen die Körper an der Verbindungsstelle zum Bruch. Another problem is when such a compound of a brittle material and a metallic material are exposed to temperature changes with a temperature difference of more than 250 K. In such cases, the bodies tend to break at the junction.
Um das Problem der Temperaturwechselbeständigkeit zu lösen, ist die To solve the problem of thermal shock resistance is the
Verwendung von metallischen Materialien, die im gewünschten Use of metallic materials in the desired
Anwendungsbereich in ihrem Ausdehnungsverhalten dem sprödbrüchigen Scope of application in their expansion behavior the brittle
Material, insbesondere dem Glas, der Glaskeramik oder der Keramik weitgehend angepasst sind, im Stand der Technik beschrieben. Hier ergibt sich jedoch das Problem, daß die Dehnungsanpassung nur für ganz spezielle Material, in particular the glass, the glass ceramic or the ceramic are largely adapted, described in the prior art. Here, however, there is the problem that the expansion adjustment only for very specific
Materialkombinationen und nur über einen engen Temperaturbereich, Material combinations and only over a narrow temperature range,
beispielsweise von 250°C möglich ist. Eine andere, im Stand der Technik diskutierte Möglichkeit besteht in der stoffschlüssigen Verbindung mit Hilfe einer Verklebung von metallischem for example, of 250 ° C is possible. Another possibility discussed in the prior art consists in the integral connection by means of a bonding of metallic
Werkstoff und sprödbrüchigem Material, wobei der Klebstoff aufgrund seiner elastischen Eigenschaft die unterschiedlichen Wärmedehnungen der zu Material and brittle material, the adhesive due to its elastic property of the different thermal expansions of the
verbindenden Materialien ausgleicht. Beispiele für derartige Klebstoffe im Stand der Technik sind beispielsweise Silikonklebstoffe. Ein Nachteil einer derartigen stoffschlüssigen Verbindung ist jedoch, dass die Temperaturbeständigkeit in der Regel auf Temperaturen geringer 250°C begrenzt ist. Es sind auch Klebstoffe bekannt, die mehr als 300°C aushalten können, allerdings nur für begrenzte Zeit. balancing connecting materials. Examples of such adhesives in the prior art are, for example, silicone adhesives. A disadvantage of such a cohesive connection, however, is that the temperature resistance is usually limited to temperatures less than 250 ° C. There are also adhesives known that can withstand more than 300 ° C, but only for a limited time.
Eine weitere Möglichkeit einer stoffschlüssigen Verbindung besteht darin, mit Hilfe von Zwischengläsern oder Glasloten die in der Verbindung entstehenden Another possibility of a cohesive connection is, with the help of intermediate glasses or glass solders resulting in the connection
Spannungen zwischen dem sprödbrüchigen Material und dem metallischenTensions between the brittle material and the metallic one
Material abzusenken. Allerdings ergibt sich auch für eine derartige Lösung das Problem, dass der Unterschied in den Wärmedehnungen des sprödbrüchigen Materials und metallischen Materials bei Temperaturwechseln von über 250 K nicht kompensiert werden können. Lower material. However, the problem also arises for such a solution that the difference in the thermal expansion of the brittle material and metallic material can not be compensated for temperature changes of over 250 K.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die gewünschte Verbindung zwischen einem sprödbrüchigen Material und einem metallischen Material nicht Another possibility is not the desired connection between a brittle material and a metallic material
stoffschlüssig vorzunehmen, sondern konstruktiv herzustellen, beispielsweise durch eine Klemmung oder Verschraubung. Hier besteht jedoch ein Nachteil darin, dass die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen in den beteiligten Komponenten, insbesondere auch den Verschraubungskomponenten, nicht so ausreichend kompensiert werden können, dass bruchrelevante Spannungen in dem make cohesively, but constructively produce, for example by a clamp or screw. Here, however, there is a disadvantage in that the different thermal expansions in the components involved, in particular also the Verschraubungskomponenten, can not be sufficiently compensated that fracture-relevant stresses in the
sprödbrüchigen Material sicher vermieden werden. Ein weiterer Nachteil einer konstruktiven Bindung von sprödbrüchigem Material und metallischem Material sind weitreichende Einschränkungen bezüglich der möglichen geometrischen Ausgestaltung der Verbindung. brittle material can be safely avoided. Another disadvantage of a constructive bond of brittle material and metallic material are far-reaching restrictions on the possible geometric design of the compound.
Aus der DE 10 2005 047 006 A1 ist bekannt geworden ein Glas- oder From DE 10 2005 047 006 A1 has become known a glass or
Glaskeramikmaterial durch Stoffschluss mit Hilfe eines Lotmaterials, insbesondere eines glasbasierten Lotmaterials mit einer weiteren Komponente, z. B. einem Metall zu verbinden. Als Lotmaterialien werden in der DE 10 2005 047 006 A1 anorganische, glasbasierte Lotmatehalien wie Pb-Borat-Gläser oder Bi-Zn-Borat- Gläser diskutiert. Glass ceramic material by material connection with the aid of a solder material, in particular a glass-based solder material with a further component, for. B. to connect a metal. As solder materials are described in DE 10 2005 047 006 A1 inorganic glass-based solder matehals such as Pb-borate glasses or Bi-Zn-borate glasses are discussed.
Der Verlötvorgang erfolgt in der DE 10 2005 047 006 A1 durch Vereinigung der zu fügenden Komponenten durch Diffusionsvorgänge zwischen Lotmaterial und den zu fügenden Komponenten. Die Schmelztemperatur der verwendeten  The soldering process is carried out in DE 10 2005 047 006 A1 by combining the components to be joined by diffusion processes between the solder material and the components to be joined. The melting temperature of the used
Lotmaterialien liegt dabei unterhalb der der zu fügenden Komponenten, Solder material is below that of the components to be joined,
vorzugsweise im Bereich von 200°C bis 700°C. Bei einer Ausgestaltung gemäß der DE 10 2005 047 006 A1 treten Spannungen zwischen den miteinander verbundenen Komponenten auf, insbesondere bei Temperaturwechseln mit einem ΔΤ von über 250K. preferably in the range of 200 ° C to 700 ° C. In an embodiment according to DE 10 2005 047 006 A1, stresses occur between the interconnected components, in particular with temperature changes with a ΔΤ of more than 250K.
Aus der DE 10 2008 002 959 A1 ist ein Verfahren zum abdichtenden From DE 10 2008 002 959 A1 is a method for sealing
Verschweißen eines ersten Elementes aus einem ersten Material mit einem zweiten Element aus einem zweiten Material mittels Ultraschall unter Einsatz eines Zwischenelementes bekannt geworden. Die DE 10 2008 002 959 A1 beschreibt aber keine hochtemperaturbeständige Verbindung, insbesondere keine über einen breiten Temperaturbereich von ΔΤ über 250K Welding a first member of a first material with a second member of a second material by means of ultrasound using an intermediate element has become known. However, DE 10 2008 002 959 A1 does not describe a connection which is resistant to high temperatures, in particular none over a broad temperature range of ΔΤ through 250K
temperaturwechselbeständige Verbindung. Viel mehr handelt es sich bei der Verbindung gemäß der DE 10 2008 002 959 A1 um eine Verbindung, die im wesentlichen für Raumtemperatur ausgelegt ist. temperature change resistant connection. Rather, the compound according to DE 10 2008 002 959 A1 is a compound which is essentially designed for room temperature.
Aus der CH 423 294 A ist ein Verfahren zum Anbringen eines Metallstreifens an einem nichtmetallischen, vorzugsweise optischen Element bekannt geworden. Die Verwendung einer Zwischenschicht ist in der CH 423 294 A nicht gezeigt, vielmehr wird der Metallstreifen, beispielsweise der Aluminiumstreifen direkt mittels einer Ultraschweißverbindung mit dem optischen Element verbunden. From CH 423 294 A a method for attaching a metal strip to a non-metallic, preferably optical element has become known. The use of an intermediate layer is not shown in CH 423 294 A, but rather the metal strip, for example the aluminum strip, is directly connected to the optical element by means of an ultrasonic welded connection.
Die EP 0 262 699 A 1 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden eines ersten und eines zweiten Elementes, wobei das erste Element mindestens teilweise aus Glas oder Keramik und das zweite Element mindestens teilweise aus Metall besteht und die Verbindung beider Elemente zwischen einem Glas- oder Keramikteil des ersten Elementes und einem Metallteil des zweiten Elementes hergestellt wird. Bei dem Verfahren gemäß der EP 0 262 699 A1 wird ein Hilfselement aus Metall mit dem erwähnten Glas- oder Keramikteil des ersten Elementes mittels einer EP 0 262 699 A1 describes a method for connecting a first and a second element, wherein the first element consists at least partly of glass or ceramic and the second element at least partially of metal and the connection of both elements between a glass or ceramic part of the first element and a metal part of the second element is produced. at the method according to EP 0 262 699 A1, an auxiliary metal element with the mentioned glass or ceramic part of the first element by means of a
Feststoffbindung verbunden. Anschließend wird das Metallteil des zweiten Bonded solid. Subsequently, the metal part of the second
Elementes mit Hilfe eines Laserstrahls an das Hilfselement aus Metall geschweißt. Das Hilfselement liegt zwischen dem ersten und dem zweiten Element. Bei dem Verfahren gemäß der EP 0 262 699 A1 ist nur die Herstellung von Verbindungen für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen < 250°C beabsichtigt. Zudem zeigt die EP 0 262 699 A1 keine Verbindung zwischen Metall und sprödbrüchigen Material mit einer hohen Temperaturwechselbeständigkeit. Des Weiteren handelt es sich bei der Verbindung gemäß der EP 0 262 699 A1 um eine solche, die eine hohe Dimensionsstabilität hat und bei der zwischen den Verbindungspartnern nur geringe Spannungen auftreten. Element welded by means of a laser beam to the auxiliary element made of metal. The auxiliary element lies between the first and the second element. In the process according to EP 0 262 699 A1, only the preparation of compounds for use at low temperatures <250 ° C. is intended. In addition, EP 0 262 699 A1 shows no connection between metal and brittle material with a high thermal shock resistance. Furthermore, the compound according to EP 0 262 699 A1 is one which has a high dimensional stability and in which only slight stresses occur between the connection partners.
Die US 4,896,816 zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Metallelement und einem Körper aus Glaskeramikmaterial, wobei ein Metall als Verbindungsmaterial verwendet wird, dass mittels Heißdiffusion in das The US 4,896,816 shows a method for producing a connection between a metal element and a body of glass ceramic material, wherein a metal is used as a bonding material that by means of hot diffusion into the
Glaskeramikmaterial eindringt. Aus der US 4,896,816 ist weder eine hohe Glass ceramic material penetrates. From US 4,896,816 is neither a high
Temperaturbeständigkeit noch eine Temperaturwechselbeständigkeit über einen breiten Temperaturbereich bekannt geworden. Temperature resistance nor a thermal shock resistance over a wide temperature range has become known.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, die vorgenannten Probleme zu lösen und einen Körper bzw. eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einem spröden Material und einem weiteren metallischen Material zur Verfügung zu stellen, die für den Hochtemperaturbereich geeignet ist und eine hohe The object of the invention is therefore to solve the aforementioned problems and to provide a body or a material connection between a brittle material and another metallic material which is suitable for the high temperature range and a high
Temperaturwechselbeständigkeit zur Verfügung stellt. Thermal shock resistance provides.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Körper wenigstens aus einem sprödbrüchigen Material, insbesondere einer Glaskeramik, einem Glas oder einer Keramik und einem metallischen Material besteht, und das According to the invention, this object is achieved in that a body consists of at least one brittle material, in particular a glass ceramic, a glass or a ceramic and a metallic material, and that
sprödbrüchige Material mit dem metallischen Material eine hochtemperaturfeste, stoffschlüssige Verbindung für Temperaturen von mehr als 250°C, insbesondere mehr als 350°C, bevorzugt mehr als 400°C, insbesondere mehr als 500°C, zur Verfügung stellt. brittle material with the metallic material a high-temperature-resistant, cohesive connection for temperatures of more than 250 ° C, in particular more than 350 ° C, preferably more than 400 ° C, in particular more than 500 ° C, provides.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Verbindung von sprödbrüchigem Material und metallischem Material eine Zwischenschicht zwischen dem sprödbrüchigen Material und dem metallischen Material umfasst, insbesondere eine Zwischenschicht aus einem duktilen Material, bevorzugt einem duktilen Metall. Die Zwischenschicht sorgt dafür, dass die Verbindung zwischen dem sprödbrüchigen Material und dem metallischen Material hergestellt wird. Des Weiteren können zwischen dem sprödbrüchigen Material und dem metallischen Material entstehende Spannungen durch die Zwischenschicht wenigstens teilweise abgebaut werden. Duktile Materialien, insbesondere duktile Metalle zeichnen sich durch eine hohe Verformbarkeit aus. Sie verfügen über die The invention provides that the connection of brittle material and metallic material comprises an intermediate layer between the brittle material and the metallic material, in particular an intermediate layer of a ductile material, preferably a ductile metal. The intermediate layer ensures that the connection between the brittle material and the metallic material is made. Furthermore, stresses between the brittle material and the metallic material can be at least partially degraded by the intermediate layer. Ductile materials, in particular ductile metals are characterized by a high ductility. You have the
Eigenschaft, dass thermische Spannungen zwischen dem metallischen Material, und dem sprödbrüchigen Material kompensiert werden können, insbesondere durch Fließen. Derartige duktile Metalle sind beispielsweise Aluminium, insbesondere Reinaluminium oder Reinstaluminium, Gold oder Titan. Als duktile Materialien, bevorzugt duktile Metalle werden in vorliegender Anmeldung bevorzugt solche mit einer Reißdehnung > 1 %, bevorzugt > 10 %, insbesondere im Bereich 1 % bis 45 %, besonders bevorzugt im Bereich 1 % bis 20%, ganz bevorzugt im Bereich 2% bis 20%, ganz besonders bevorzugt im Bereich 2 % bis 15 % verstanden. Die Duktilität von reinem Aluminium zeigt sich in einer sehr großen Weichheit des Materials. Desweiteren kann die Reißdehnung bzw. Property that thermal stresses between the metallic material, and the brittle material can be compensated, in particular by flowing. Such ductile metals are, for example, aluminum, in particular pure aluminum or pure aluminum, gold or titanium. Preferred ductile materials, preferably ductile metals, in the present application are those having an elongation at break> 1%, preferably> 10%, in particular in the range 1% to 45%, more preferably in the range 1% to 20%, very preferably in the range 2% to 20%, most preferably in the range 2% to 15% understood. The ductility of pure aluminum shows itself in a very great softness of the material. Furthermore, the elongation at break or
Bruchdehnung bei reinem Aluminium sehr hoch sein und bis zu 45 % betragen. Elongation at break for pure aluminum can be very high and up to 45%.
Besonders bevorzugte Materialien mit einer im erfindungsgemäßen Bereich liegenden Reißdehnung ist beispielsweise die Reinaluminiumfolie AI 99,5 - glatt, weich, walzblank - ALUJET der Fa. ALUJET GmbH, Ahornstraße 16, D82291 Mammendorf, die bei einer Dicke im Bereich 0,05 mm bis 0,30 mm eine Particularly preferred materials having an elongation at break in the range according to the invention is, for example, the pure aluminum foil AI 99.5 - smooth, soft, bright rolled - ALUJET from ALUJET GmbH, Ahornstrasse 16, D82291 Mammendorf, which has a thickness in the range from 0.05 mm to 0 , 30 mm one
Reißdehnung quer > 4 % und eine Reißdehnung längs > 4 % aufweist, oder eine Aluminiumfolie 7800 der 3M Deutschland GmbH, Carl-Schurz-Str. 1 , die ebenfalls eine Reißdehnung > 4 % bei einer Schichtdicke der Folie von 0,05 mm aufweist. Bei der erfindungsgemäßen Verbindung werden durch die Zwischenschicht ein Teil der Spannungen elastisch abgebaut, oberhalb von 100°C auch durch Fließen, es können aber Restspannungen verbleiben. Elongation at break across> 4% and a longitudinal elongation at break> 4%, or an aluminum foil 7800 from 3M Deutschland GmbH, Carl-Schurz-Str. 1, which also has an elongation at break> 4% at a film thickness of 0.05 mm. In the compound according to the invention some of the stresses are elastically degraded by the intermediate layer, above 100 ° C by flowing, but it can remain residual stresses.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das sprödbrüchige Material mit dem It is particularly preferred if the brittle material with the
metallischen Material eine hochtemperaturfeste, stoffschlüssige Verbindung für Temperaturen > 400°C, bevorzugt > 500°C, ausbildet. Des Weiteren bevorzugt ist es, wenn eine Temperaturwechselbeständigkeit bei Temperaturunterschieden von ΔΤ mehr als 250 K gegeben ist. metallic material, a high-temperature resistant, cohesive connection for temperatures> 400 ° C, preferably> 500 ° C, forms. Furthermore, it is preferred if a thermal shock resistance is given at temperature differences of ΔΤ more than 250 K.
Außer der Folie kann die Zwischenschicht auch nach einem der nachfolgenden Verfahren auf das sprödbrüchige Material oder das metallische Material aufgebracht werden: In addition to the film, the intermediate layer can also be applied to the brittle material or the metallic material by one of the following methods:
- durch galvanisches Abscheiden, - by electrodeposition,
- durch Plattieren, insbesondere Walzplattieren,  by plating, in particular roll cladding,
- durch thermisches Spritzen,  by thermal spraying,
- durch Feuermetallisieren, insbesondere Feueraluminieren  - by fire metallizing, in particular fire aluminizing
- durch Vakuumaufdampfen oder  by vacuum evaporation or
- durch Magnetronsputtern.  - by magnetron sputtering.
Hierbei ist es bevorzugt, dass die Zwischenschicht nachfolgende Schichtdicke aufweist: In this case, it is preferred that the intermediate layer has the following layer thickness:
- eine Schichtdicke 10 - 70 μιτι, insbesondere 10 - 20 μιτι, für galvanisch abgeschiedene Zwischenschichten,  a layer thickness 10 to 70 μιτι, in particular 10 to 20 μιτι, for electrodeposited intermediate layers,
- eine Schichtdicke 20 - 200 μιτι, bevorzugt 50 - 150 μιτι, insbesondere 80 bis 120 μιτι, bei durch Plattieren, insbesondere Walzplattieren aufgebrachten Zwischenschichten,  a layer thickness 20-200 μιτι, preferably 50-150 μιτι, in particular 80 to 120 μιτι, in by plating, in particular roll cladding applied intermediate layers,
- 50 - 400 μιτι, insbesondere 100 - 300 μιτι, bei mittels thermischem  - 50 - 400 μιτι, in particular 100 - 300 μιτι, by means of thermal
Spritzen aufgebrachten Zwischenschichten, - 20 - 100 μηη bei durch Feuermetallisieren, insbesondere Feueraluminieren aufgebrachten Zwischenschichten, Spraying applied intermediate layers, - 20 - 100 μηη in intermediate layers applied by fire metallizing, in particular fire aluminizing,
- 1 - 20 μηη bei durch Vakuumaufdampfen aufgebrachten  - 1 - 20 μηη applied by vacuum evaporation
Zwischenschichten oder  Intermediate layers or
- 1 - 20 μηη bei durch Magnetronsputtern aufgebrachten  - 1 - 20 μηη applied by magnetron sputtering
Zwischenschichten.  Interlayers.
Eine Möglichkeit, die Zwischenschicht herzustellen, ist das galvanische One way to make the intermediate layer is the galvanic
Abscheiden, da Aluminium aus wasserfreien Elektrolyten kathodisch als Deposition, since aluminum from anhydrous electrolytes cathodic than
Metallüberzug weitgehend porenfrei abgeschieden werden kann. Prinzipiell kann ein galvanisches Abscheiden auf dem metallischen Material, beispielsweise auf Stahl oder Edelstahl erfolgen. Typische Schichtdicken sind im Bereich 10 bis 20μηη, prinzipiell möglich sind aber auch 70μηη. Galvanisch abgeschiedene Schichten sind dichte, festhaftende Schichten mit einer sehr hohen AI-Reinheit von beispielsweise 99,8%. Ein weiterer Vorteil ist die allseitige Beschichtbarkeit. Metal coating can be deposited largely free of pores. In principle, galvanic deposition can take place on the metallic material, for example on steel or stainless steel. Typical layer thicknesses are in the range 10 to 20μηη, but in principle are also possible 70μηη. Galvanically deposited layers are dense, firmly adhering layers with a very high Al purity of, for example, 99.8%. Another advantage is the all-round coatability.
Ein alternativer Auftragungsprozess ist das Plattieren oder Walzplattieren. Ein derartiges Verfahren ist für Blechhalbzeuge bspw. in Form aufgerollter Bändern möglich. Beim Plattieren bzw. Aufplattieren wird ein unzertrennlicher An alternative application process is plating or roll cladding. Such a method is possible for sheet metal semi-finished products, for example in the form of rolled-up strips. When plating or plating becomes an inseparable
Werkzeugverbund mit einer einseitigen oder beidseitigen Aluminium-Auflage hergestellt. Beim Plattieren oder Walzplattieren wird eine Aluminium-Auflage auf Stahl aufgebracht, wobei die Zusammensetzung AI 99 Gew.-% und < 1 Gew.-% Si umfasst. Bei den Schichten sind 100 μιτι dicke Aluminium-Auflagen möglich, typische Dicken liegen im Bereich 50 bis 70 μιτι. Beim Plattieren sind Tool assembly made with a one-sided or two-sided aluminum support. In plating or roll cladding, an aluminum overlay is applied to steel, the composition comprising Al 99 wt% and <1 wt% Si. In the layers 100 μιτι thick aluminum pads are possible, typical thicknesses are in the range 50 to 70 μιτι. When plating are
Blechhalbzeuge bzw. Bänder mit beliebigen Metallauflagen möglich, insbesondere sind ferritische oder austenitische Edelstähle herstellbar. Ein weiterer Vorteil ist, dass Bleche umgeformt oder gestanzt werden können. Aluminium kann desweiteren mittels thermischem Spritzen als Schicht auf Semi-finished sheet metal or bands with any metal supports possible, in particular ferritic or austenitic stainless steels can be produced. Another advantage is that sheets can be reshaped or stamped. Aluminum can furthermore be applied as a layer by means of thermal spraying
Oberflächen aufgebracht werden. Typische Schichtdicken liegen im Bereich 50 bis 400 μιτι. Übliche Verfahren zum Spritzen von Aluminium sind Drahtflammspritzen oder Kaltgasspritzen. Surfaces are applied. Typical layer thicknesses are in the range 50 to 400 μιτι. Common methods for spraying aluminum are wire flame spraying or cold gas spraying.
Mittels thermischen Spritzen kann Reinaluminium mit 99,5% beschichtet werden. Nach dem Beschichten sind die Oberflächen leicht rau, wobei vor dem By thermal spraying pure aluminum can be coated with 99.5%. After coating, the surfaces are slightly rough, taking in front of the
Beschichten bei beiden Verfahren, die zu beschichtende Oberfläche mittels Sandstrahlen aufgerauht bzw. gereinigt wird, um eine gute Schichthaftung, das heißt eine Verklemmung, zu erreichen. Coating in both methods, the surface to be coated is roughened or cleaned by sandblasting, in order to achieve a good layer adhesion, that is a jamming.
Beim Kaltgasspritzen handelt es sich um ein Aufspritzen von AI-Pulver mit sehr hoher kinetischer Energie auf eine Oberfläche wobei starke plastische Verformung der Partikel zum Verbund und zu einer sehr dichten Schicht führen. Allerdings kann die hohe kinetische Energie dazu führen, dass dünnwandige Bauteile zu starkem Verzug neigen. Cold gas spraying involves spraying AI powder with a very high kinetic energy onto a surface, whereby strong plastic deformation of the particles leads to the bond and to a very dense layer. However, the high kinetic energy can cause thin-walled components tend to excessive distortion.
Beim Drahtflammspritzen wird in der Flamme der Draht aufgeschmolzen und werden Schmelztröpfchen auf die Oberfläche geschleudert, wodurch Schichten mit einer Porosität um 5-10 Vol. -% entstehen. In wire flame spraying, the wire is melted in the flame and melt droplets are thrown onto the surface, resulting in layers with a porosity of 5-10 vol.%.
Der Vorteil des thermischen Spritzens ist, dass fast beliebige metallische The advantage of thermal spraying is that almost any metallic
Oberflächen beschichtet werden können. Ein weiterer Vorteil der thermisch gespritzten Schichten ist, dass diese prozessbedingte Poren aufweisen können. Die Menge der Poren kann 2 bis 15 Vol-% betragen. Eine derartige in der Surfaces can be coated. Another advantage of the thermally sprayed layers is that they can have process-related pores. The amount of pores can be 2 to 15% by volume. Such in the
Aluminiumschicht verbleibende Porosität ist insbesondere mit Blick auf die thermische Ausdehnung vorteilhaft. Hierdurch können insbesondere thermische Spannungen abgebaut werden. Auch Feueraluminieren ist zum Aufbringen von Aluminiumschichten möglich. Beim Schmelztauchverfahren durchläuft ein Blechband ein Schmelzbad vergleichbar mit Feuerverzinken oder der Weißblech Herstellung, wobei das Aluminium ca. 10% Silizium umfasst. Zur Erhöhung des Korrosionsschutzes kann vorgesehen sein, eine Fe-Al-Si Zwischenschicht gefolgt von einer reinen Al-Schicht auszubilden. Die Gesamtschichtdicke des Systems ist variabel und beträgt typischerweise 20 bis 100 μιτι. Grundmaterialien sind häufig kohlenstoffarme Stähle für gute Aluminum layer remaining porosity is particularly advantageous in view of the thermal expansion. As a result, in particular thermal stresses can be reduced. Also, fire aluminizing is possible for applying aluminum layers. In the hot dip process, a sheet metal strip passes through a molten bath comparable to hot-dip galvanizing or tinplate production, whereby the aluminum is about 10% Silicon includes. To increase the corrosion protection can be provided to form a Fe-Al-Si intermediate layer followed by a pure Al layer. The total layer thickness of the system is variable and is typically 20 to 100 μιτι. Base materials are often low carbon steels for good
Umformung. Aber auch Edelstahl wäre möglich. Forming. But also stainless steel would be possible.
Die zuvor beschriebenen Techniken zum Aufbringen der Zwischenschicht können sowohl dazu dienen, die Zwischenschicht auf das metallische Material oder das sprödbrüchige Material oder sowohl das metallische Material wie das The above-described techniques for applying the intermediate layer may serve both to coat the intermediate layer on the metallic material or the brittle-fracture material or both the metallic material and the like
sprödbrüchige Material aufzubringen, bevor das metallische Material mit dem sprödbrüchigen Material verbunden wird. Apply brittle material before connecting the metallic material to the brittle material.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform besteht darin, dass es sich bei dem sprödbrüchigen Material um ein niedrig ausdehnendes Material in einem A particularly preferred embodiment is that the brittle material is a low-expansion material in one
Temperaturbereich von 20°C bis 300°C handelt. Unter niedrig ausdehnenden sprödbrüchigen Materialien wird in dieser Anmeldung ein Material, insbesondere eine Glaskeramik oder ein Glas mit einem thermischen Temperature range from 20 ° C to 300 ° C is. Under low-expansion brittle materials in this application, a material, in particular a glass ceramic or a glass with a thermal
Längenausdehnungskoeffizienten aspröd (20°C - 300°C) < 4 10"6/K, insbesondere <2-10"6/K, bevorzugt im Bereich - 1 .0 10"6/K < aspröd ^ 4 10"6/K, insbesondere bevorzugt - 0,6 - 10"6/K < aspröd 2 - 10"6/K verstanden. A linear expansion coefficient sp röd (20 ° C - 300 ° C) <4 10 "-6 / K, in particular <2-10" 6 / K, preferably in the range - 1 .0 10 "6 / K <a ^ spr öd 4 10 "6 / K, particularly preferably - 0.6 - 10 " 6 / K < br / 2 - 10 "6 / K understood.
Beispielhafte Materialien, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten in diesem Bereich aufweisen, sind beispielsweise Li-Al-Si-Glaskeramiken wie beispielsweise die Glaskeramiken ROBAX®, CERAN® und NEXTREMA® der Firma Schott AG, Mainz, die einen thermischen Längenausdehnungskoeffizienten im Temperaturbereich von 20°C bis 300°C im Bereich von -0,3 bis 1 ,0 10"6/K aufweisen. Exemplary materials which have a coefficient of thermal expansion in this range are, for example, Li-Al-Si glass ceramics such as, for example, the glass ceramics ROBAX®, CERAN® and NEXTREMA® from Schott AG, Mainz, which have a coefficient of thermal expansion in the temperature range of 20 ° C to 300 ° C in the range of -0.3 to 1, 0 10 "6 / K have.
Als Glasmaterial kann beispielsweise ein Borosilicatglas verwandt werden, z. B. Borofloat 33®. Das Glasmaterial Borofloat33® hat einen thermischen As a glass material, for example, a borosilicate glass can be used, for. Borofloat 33®. The glass material Borofloat33® has a thermal
Längenausdehnungskoeffizienten aspröd (20°C - 300°C) von 3,3 10"6/K. Als metallisches Material wird bevorzugt ein metallisches Material mit einem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aMetaii im Temperaturbereich 20°C bis 300°C, für den gilt: aMetaii ^ 20 10"6/K, insbesondere im Bereich 4.0 10"6/K < aMetaii ^ 6 10"6/K, eingesetzt. Ein besonders bevorzugtes metallisches Material ist KOVAR. Alternativ sind auch Molybdän, Stahl, Wolfram oder Edelstahl möglich. Bei KOVAR handelt es sich um eine Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung. Coefficient of linear expansion a sprdd (20 ° C - 300 ° C) of 3.3 10 "6 / K. As the metallic material is a metallic material is preferred with a coefficient of thermal expansion aMetaii in the temperature range 20 ° C to 300 ° C, for which: a M etaii ^ 20 10 "-6 / K, in particular in the range 4.0 10" 6 / K < aMetaii ^ 6 10 "6 / K KOVAR is an especially preferred metallic material, but molybdenum, steel, tungsten or stainless steel are also possible KOVAR is an iron-cobalt-nickel alloy.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das metallische Material abhängig vom sprödbrüchigen Material ausgewählt wird und zwar derart, dass das metallische Material einen thermischen Längenausdehnungskoeffizient aMetaii (20°C - 300°C) im Bereich aspröd - 20 10"6/K < aMetaii ^ aspröd + 20 10"6/K, bevorzugt aspröd - 10 10"6/K < aMetaii ^ aspröd + 10 10"6/K, insbesondere aspröd - 5 10"6/K < aMetaii ^ aspröd + 5 10"6/K aufweist. Die Verbindung von sprödbrüchigem Material und metallischem Material erfolgt bevorzugt mit Hilfe von Schweißen, insbesondere von Ultraschallschweißen. Das Ultraschallschweißen erfolgt im üblichen Frequenzbereich von 15 bis 50 kHz, bevorzugt bei 20 kHz. Betreffend das Ultraschallschweißverfahren wird auf die DE 199 17 133 A1 verwiesen, in der detailliert die Verschweißung eines Werkstückes aus Glas, Glaskeramik und/oder Keramik, also einem spröden, anorganischen, schlecht wärmeleitenden Material mit geringer Fernordnung und einem Werkstück aus hiervon verschiedenem Material, beispielsweise einem Metall, beschrieben wird. Der Offenbarungsgehalt der DE 199 17 133 A1 wird in vorliegende Anmeldung voll umfänglich mit eingeschlossen. In area a sp röd - 20 10 "6 / K <- is particularly preferred when the metallic material is selected depending on the brittle material in such a manner that the metallic material has a thermal expansion coefficient aMetaii (300 ° C 20 ° C) a M etaii ^ a sp röd + 20 10 "-6 / K, preferably a sp röd - 10 10" 6 / K <aMetaii ^ a spr öd + 10 10 "-6 / K, in particular a spr öd - 5 10 "6 / K <a M etaii ^ a spr öd + 5 10" has 6 / K. The connection of brittle material and metallic material is preferably carried out by means of welding, in particular ultrasonic welding. The ultrasonic welding takes place in the usual frequency range of 15 to 50 kHz, preferably at 20 kHz. With regard to the ultrasonic welding method, reference is made to DE 199 17 133 A1, in which the welding of a workpiece made of glass, glass ceramic and / or ceramic, ie a brittle, inorganic, poorly heat-conducting material with a small distance order and a workpiece made of different materials, for example a metal, is described. The disclosure of DE 199 17 133 A1 is fully included in the present application.
Die Verschweißung, insbesondere mit Ultraschallschweißapparaturen, zwischen dem sprödbrüchigen Material und dem metallischen Material erfolgt zwischen einer ersten Verbindungsfläche am sprödbrüchigen Material und einer zweiten Verbindungsfläche am metallischen Material. Zwischen erster und zweiter The welding, in particular with ultrasonic welding apparatuses, between the brittle material and the metallic material takes place between a first connection surface on the brittle material and a second connection surface on the metallic material. Between first and second
Verbindungsfläche ist die Zwischenschicht eingebracht. Das Verschweißen kann flächig oder auch nur teilflächig erfolgen, wobei ein teilflächiges Verschweißen je nach Geometrie eine Punktschweißung, eine Rollnahtschweißung oder Connecting surface is introduced the intermediate layer. Welding can be flat or even partial surface, with a partial surface welding depending on the geometry of a spot weld, a seam welding or
Torsionsschweißung sein kann. Ein Körper bzw. Verbund, umfassend das sprödbrüchige Material und das metallische Material gemäß der Erfindung zeigt trotz der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen der beiden Fügepartner, hier dem sprödbrüchigen Material und dem metallischen Material, überraschend eine dauerhaft Torsionsschweißung can be. A body or composite comprising the brittle material and the metallic material according to the invention, despite the different thermal expansions of the two joining partners, here the brittle material and the metallic material, surprisingly durable
temperaturbeständige Verbindung oberhalb von 250°C, insbesondere oberhalb von 300°C. Besonders bevorzugt wird die dauerhafte Temperaturbeständigkeit bis zu Temperaturen von 400°C, besonders bevorzugt bis zu 500°C, erreicht. Auch Temperaturwechsel von über 250 K hält die so hergestellte Verbindung auf Dauer stand, selbst wenn der spröde Werkstoff eine geringe oder eine Nullausdehnung besitzt. Die Temperaturwechselbeständigkeit ist über einen breiten temperature-resistant compound above 250 ° C, especially above 300 ° C. Particularly preferably, the permanent temperature resistance up to temperatures of 400 ° C, particularly preferably up to 500 ° C, achieved. Even temperature changes of over 250 K, the compound thus prepared withstand, even if the brittle material has a low or zero expansion. The thermal shock resistance is over a wide
Temperaturbereich von mehr als 250K, bevorzugt ΔΤ zwischen 250K und 1300K, bevorzugt ΔΤ zwischen 250K und 900K, insbesondere ΔΤ zwischen 250K und 500K gegeben. Dies bedeutet beispielsweise, dass die Verbindung unempfindlich gegenüber Temperaturwechseln zwischen beispielsweise -273°C und 1000°C, bevorzugt 0°C und 500°C, ist. Temperature range of more than 250K, preferably ΔΤ between 250K and 1300K, preferably ΔΤ given between 250K and 900K, in particular ΔΤ between 250K and 500K. This means, for example, that the compound is insensitive to temperature changes between, for example, -273 ° C and 1000 ° C, preferably 0 ° C and 500 ° C.
Insbesondere kann mit der Erfindung eine Verbindung eines praktisch In particular, with the invention, a compound of a practical
nullausdehnenden sprödbrüchigen Materials, beispielsweise einer LAS- Glaskeramik mit einem Edelstahl als metallischem Material mit a=17 10"6/K realisiert werden, die über einen breiten Temperaturbereich von ΔΤ=500Κ stabil ist und eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit in einem Temperaturbereich von ΔΤ=500Κ aufweist, d. h. die Verbindung kann ohne das sie sich löst von z. B. 0°C auf 500°C erwärmt und anschließend wieder abgekühlt werden z. B. auf 0°C. Dies ist für einen Fachmann überraschend, da der thermische Ausdehnungskoeffizient der LAS-Glaskeramik sich stark vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Edelstahles unterscheidet. Erfindungsgemäß wird zwischen dem sprödbrüchigen Material und dem zero-expanding brittle material, such as a LAS glass ceramic with a stainless steel metallic material with a = 17 10 "6 / K are realized, which is stable over a wide temperature range of ΔΤ = 500Κ and a high thermal shock resistance in a temperature range of ΔΤ = 500Κ that is, the compound can be heated from 0 ° C. to 500 ° C., for example, without being dissolved, and then cooled again, for example to 0 ° C. This is surprising for a person skilled in the art, since the thermal expansion coefficient of LAS glass ceramic differs greatly from the thermal expansion coefficient of stainless steel. According to the invention is between the brittle material and the
metallischen Material eine Zwischenschicht eingebracht. Die Zwischenschicht besteht bevorzugt aus einem duktilen Material, insbesondere einem duktilen Metall, bevorzugt aus Aluminium, insbesondere Reinstaluminium, oder aber auch Gold oder Titan oder einer Gold- oder Titanlegierung. Die Dicke einer derartigen Zwischenschicht ist bevorzugt < 500μηη, insbesondere < 20Όμηη liegt bevorzugt im Bereich von 20 bis 200 μιτι, bevorzugt 50μηη bis 150μηη, insbesondere bevorzugt im Bereich 80μηη bis 120μηη. Besonders bevorzugt ist es, wenn das metallische Material ein Metallelement ist, dass im Bereich der Schweißfläche eine homogene Dickenverteilung aufweist mit Dickenschwankungen von nicht mehr als 30μηη, bevorzugt nicht mehr als 10μηη, insbesondere nicht mehr als 3μηη. Solche Dickenverteilungen erreicht man beispielsweise bei Verwendung von Metallelementen, die aus einem metallic material introduced an intermediate layer. The intermediate layer preferably consists of a ductile material, in particular a ductile metal, preferably of aluminum, in particular high-purity aluminum, or else gold or titanium or a gold or titanium alloy. The thickness of such an intermediate layer is preferably <500 μm, in particular <20 μm is preferably in the range from 20 to 200 μm, preferably 50 μm to 150 μm, particularly preferably in the range from 80 μm to 120 μm. It is particularly preferred if the metallic material is a metal element that has a homogeneous thickness distribution in the region of the welding surface with thickness fluctuations of not more than 30 μm, preferably not more than 10 μm, in particular not more than 3 μm. Such thickness distributions can be achieved, for example, when using metal elements that consist of a
handelsüblichen gewalzten Metallblech durch Umformen erhalten werden. commercially available rolled metal sheet can be obtained by forming.
Die Zwischenschicht weist bevorzugt Dickenschwankungen von nicht mehr als 20μηη, bevorzugt nicht mehr als 5μηη, insbesondere nicht mehr als 1 μιτι auf. The intermediate layer preferably has thickness fluctuations of not more than 20 μm, preferably not more than 5 μm, in particular not more than 1 μm.
Zusätzlich zur Zwischenschicht kann vorgesehen sein, die erste und/oder zweite Verbindungsoberfläche, die mit Hilfe von Ultraschallschweißen als Fügeverfahren verbunden wird, vorzubehandeln. Dies ist insbesondere für das sprödbrüchige Material von Vorteil. In Frage hierfür kommen beispielsweise thermisches oder chemisches Vorspannen oder eine festig keitssteigernde Beschichtung. In addition to the intermediate layer, provision may be made for pretreating the first and / or second connecting surface, which is connected by means of ultrasonic welding as a joining method. This is particularly advantageous for the brittle material. In question for this purpose, for example, thermal or chemical tempering or a festigungs keitssteigernde coating.
Überraschend hat sich auch gezeigt, dass durch lokales und/oder vollflächiges Ätzen oder Polieren der Verbindungsoberfläche des spröden Materials eineSurprisingly, it has also been found that by local and / or full-surface etching or polishing of the bonding surface of the brittle material a
Verbesserung der Temperatur- und/oder der Temperaturwechselbeständigkeit erreicht werden kann. Improvement of temperature and / or thermal shock resistance can be achieved.
Die Verbindung von sprödem Werkstoff und metallischem Material mittels The connection of brittle material and metallic material by means of
Ultraschallschweißen kann sehr schnell erfolgen. So kann eine derartige Ultrasonic welding can be done very fast. Such a
Verbindung durch Punkt- und/oder Torsionsschweißung in kurzen Zeiten erfolgen. Möglich sind Zeiten von weniger als 10 sec, bevorzugt weniger als 5 sec, insbesondere sogar weniger als 1 sec. Connection by point and / or torsion welding in short times. Times of less than 10 seconds, preferably less than 5 seconds, in particular even less than 1 second, are possible.
Neben dem Körper bzw. dem Verbund aus einem sprödbrüchigen Material und einem metallischen Material umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zur In addition to the body or the composite of a brittle material and a metallic material, the invention also includes a method for
Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung eines sprödbrüchigen Materials und eines metallischen Materials, wobei bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nachfolgende Schritte durchgeführt werden: Zunächst wird ein sprödbrüchiges, bevorzugt im Wesentlichen niedrigdehnendes Material, bevorzugt ein Glas, eine Glaskeramik oder eine Keramik mit einem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aspröd (20°C - 300°C) < 4 10"6/K, insbesondere aspröd (20°C - 300°C) < 2 10"6/K, bevorzugt im Bereich - 1 10"6/K, ^ aspröd ^ 4 10"6/K, insbesondere im Bereich - 0,6 10"6/K < aspröd ^ 2 10"6/K, beispielsweise eine Li-Al-Si-Glaskeramik, mit einer ersten Verbindungsfläche zur Verfügung gestellt. Production of a material-locking connection of a brittle material and a metallic material, wherein the following steps are carried out in the inventive method: First, a brittle, preferably substantially low-stretching material, preferably a glass, a glass ceramic or a ceramic having a thermal expansion coefficient a sp röd ( 20 ° C - 300 ° C) <4 10 "-6 / K, in particular a spr öd (20 ° C - 300 ° C) <2 10" -6 / K, preferably in the range - 1 10 "6 / K , ^ a sp röd ^ 4 10 "-6 / K, in particular in the range - 0.6 10" 6 / K <a spr öd ^ 2 10 "-6 / K, such as a Li-Al-Si glass-ceramic, provided with a first connection surface.
Des Weiteren wird ein metallisches Material mit einem thermischen Furthermore, a metallic material with a thermal
Längenausdehnungskoeffizienten α im Temperaturbereich 20°C bis 300°C, für den gilt aMetaii (20°C - 300°C) < 20 10"6/K, insbesondere im Bereich 4 10"6/K < aMetaii ^ 6 10"6/K, beispielsweise KOVAR, mit einer zweiten Verbindungsfläche zur Verfügung gestellt. Linear expansion coefficient α in the temperature range 20 ° C to 300 ° C, for which applies a M etaii (20 ° C - 300 ° C) <20 10 "6 / K, especially in the range 4 10 " 6 / K <aMetaii ^ 6 10 "6 / K, for example, KOVAR, provided with a second interface.
Sodann wird das sprödbrüchige Material mit dem metallischen Material Then the brittle material with the metallic material
stoffschlüssig im Bereich der ersten und der zweiten Verbindungsfläche über eine Zwischenschicht, die zwischen erste und zweite Verbindungsfläche eingebracht wird, wobei die Zwischenschicht bevorzugt aus einem duktilen Metall, cohesively in the region of the first and the second bonding surface via an intermediate layer which is introduced between the first and second bonding surface, wherein the intermediate layer is preferably made of a ductile metal,
insbesondere Aluminium, bevorzugt Reinstaluminium oder einer in particular aluminum, preferably pure aluminum or a
Aluminiumlegierung oder Gold oder Titan besteht, bevorzugt mit einer Dicke <500μηη, bevorzugt <200μηη, insbesondere im Bereich zwischen 20 μιτι und 200 μιτι, miteinander verbunden. Hierdurch wird eine hochtemperaturfeste Verbindung für Temperaturen von mehr als 250°C, bevorzugt mehr als 300°C und/oder einer Temperaturwechselbeständigkeit von mehr als 250 K, zur Verfügung gestellt. Aluminum alloy or gold or titanium, preferably with a thickness <500μηη, preferably <200μηη, in particular in the range between 20 μιτι and 200 μιτι, connected to each other. This will be a high temperature resistant connection for temperatures of more than 250 ° C, preferably more than 300 ° C and / or a thermal shock resistance of more than 250 K, provided.
Das sprödbrüchige Material wird mit dem metallischen Material durch ein The brittle material is mixed with the metallic material
Fügeverfahren, insbesondere Schweißen, insbesondere Ultraschallschweißen, bevorzugt in Form von Punktschweißen, Rollnahtschweißen oder Joining method, in particular welding, in particular ultrasonic welding, preferably in the form of spot welding, seam welding or
Torsionsschweißen verbunden. Torsion welding connected.
Besonders hochtemperaturfeste Verbindungen, insbesondere mit Blick auf Temperaturwechselbeständigkeit, werden erreicht, wenn insbesondere die erste Verbindungsoberfläche des sprödbrüchigen Materials vorbehandelt wird. Hier ist möglich ein thermisches oder chemisches Vorspannen, eine festig keitssteigernde Beschichtung, Glätten, Noppen, Strukturieren, teil- oder vollflächiges Ätzen, Polieren und/oder lonentauschen. Particularly high temperature resistant compounds, in particular with regard to thermal shock resistance, are achieved when, in particular, the first bonding surface of the brittle material is pretreated. Here is possible a thermal or chemical toughening, a festig keitssteigernde coating, smoothing, nubs, structuring, partial or full area etching, polishing and / or ion exchange.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Figuren beschrieben werden. Es zeigt: Fig. 1 eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Körpers aus einem sprödbrüchigen Material und einem metallischen Material. The invention will be described below with reference to the figures. 1 shows a first embodiment of a body according to the invention made of a brittle material and a metallic material.
Fig. 2 eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Körpers aus einem sprödbrüchigen Material und einem metallischen Material, wobei das metallische Material ein metallisches Element in Form eines gewinkelten Edelstahlbleches ist. Fig. 2 shows a second embodiment of a body according to the invention of a brittle material and a metallic material, wherein the metallic material is a metallic element in the form of an angled stainless steel sheet.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Körper 100 dargestellt, bestehend aus einem sprödbrüchigen Material 1 und einem metallischen Material 3. Das sprödbrüchige Material 1 kann beispielsweise ohne Beschränkung hierauf ein im Wesentlichen nullausdehnendes Material wie beispielsweise eine Li-Al-Si-Glaskeramik, insbesondere ROBAX® der Firma Schott AG, Mainz sein. Ein derartiges, im Wesentlichen nullausdehnendes Material weist einen mittleren thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aspröd (20°C - 300°C) < 0,15 10"6/K auf. In Fig. 1, an inventive body 100 is shown, consisting of a brittle material 1 and a metallic material 3. The brittle material 1, for example, without limitation, a substantially zero-expansion material such as a Li-Al-Si glass-ceramic, in particular ROBAX ® from Schott AG, Mainz. Such, in the Substantially nullausdehnendes material has an average coefficient of thermal expansion a spr öd (20 ° C - 300 ° C) <0.15 10 "6 / K.
Bei dem metallischen Material 3 handelt es sich im Wesentlichen um ein metallisches Material mit einem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aMetaii (20°C - 300°C) < 6 -10"6/K im Temperaturbereich von 20°C bis 300°C. The metallic material 3 is essentially a metallic material with a coefficient of thermal expansion aMetaii (20 ° C.-300 ° C.) <6 -10 "6 / K in the temperature range from 20 ° C. to 300 ° C.
Ein besonders bevorzugtes metallisches Material ist KOVAR. Des Weiteren gezeigt ist die erste Verbindungsoberfläche 10 des sprödbrüchigen Materials und die zweite Verbindungsoberfläche 12 des metallischen Materials. Im Bereich von erster und zweiter Verbindungsoberfläche 10, 12 ist das metallische Material 3 mit dem sprödbrüchigen Material 1 stoffschlüssig, beispielsweise durch ein Schweißverfahren als Fügeverfahren, verbunden. A particularly preferred metallic material is KOVAR. Further shown is the first bonding surface 10 of the brittle material and the second bonding surface 12 of the metallic material. In the region of the first and second connecting surfaces 10, 12, the metallic material 3 is bonded to the brittle material 1 in a material-locking manner, for example by a welding method as a joining method.
In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform erfolgt die stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Verbindungsoberfläche 10 und der zweiten In the embodiment shown in Figure 1, the cohesive connection between the first connection surface 10 and the second takes place
Verbindungsoberfläche 12 über eine Zwischenschicht 20 aus einem duktilen Metall mit einer Reißdehnung grösser als 1 %. Ein duktiles Metall ist insbesondere Aluminium, Reinaluminium, Reinstaluminium oder Gold oder Titan, bevorzugt als Folie. Connecting surface 12 via an intermediate layer 20 of a ductile metal with an elongation at break greater than 1%. A ductile metal is in particular aluminum, pure aluminum, high-purity aluminum or gold or titanium, preferably as a film.
Die stoffschlüssige Verbindung erfolgt bevorzugt durch Verschweißen, The cohesive connection is preferably carried out by welding,
insbesondere Ultraschallschweißen in einer relativ kurzen Zeit in bevorzugt weniger als 10 sec. , insbesondere weniger als 5 sec, insbesondere sogar weniger als 1 sec, ohne hierauf beschränkt zu sein. in particular ultrasonic welding in a relatively short time in preferably less than 10 sec., In particular less than 5 sec, in particular even less than 1 sec, without being limited thereto.
Eine besonders temperaturfeste Verbindung, insbesondere mit hoher A particularly temperature-resistant compound, especially with high
Temperaturwechselbeständigkeit von mehr als 250 K wird erreicht, wenn die erste Verbindungsoberfläche 10 des sprödbrüchigen Materials 1 behandelt ist. Hier ist denkbar ein thermisches oder chemisches Vorspannen und/oder eine festig keitssteigernde Besch ichtung, eine lokale oder vollflächige Ätzung oder Polieren. Thermal shock resistance of more than 250 K is achieved when the first bonding surface 10 of the brittle material 1 is treated. Here is conceivable thermal or chemical tempering and / or a strength-increasing coating, a local or full-area etching or polishing.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Körpers aus einem sprödbrüchigen Material und einem metallischen Material gezeigt. Bei der Ausführung in Fig. 2 ist das metallische Element ein bevorzugt gewinkeltes Edelstahlblech. Gleiche Bauteile wie in Figur 2 sind mit um 100 höheren FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a body according to the invention made of a brittle material and a metallic material. In the embodiment in Fig. 2, the metallic element is a preferably angled stainless steel sheet. The same components as in FIG. 2 are higher by 100
Bezugsziffern belegt. Das sprödbrüchige Material 101 in Fig. 2 ist beispielsweise die Glaskeramik Robax® mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizient 020-300 von - 0,3-10"6/K. Die für die Verbindung mit einem metallischen Material 103 in Form eines Formkörpers 200 vorgesehene Verbindungsoberfläche ist, bevorzugt eine in einem Walzprozess geformte ebene Verbindungsoberfläche 1 12 mit einer im wesentlichen homogenen Dickenverteilung mit Dickenschwankungen von nicht mehr als 30μηη, bevorzugt nicht mehr als 10μηη, insbesondere nicht mehr als 3μηη. Reference numbers occupied. . The sprödbrüchige material 101 in Figure 2 is, for example, the glass-ceramic Robax ® having an average coefficient of thermal expansion 020-300 of -. 0.3-10 "6 / K The intended for connection with a metallic material 103 in the form of a shaped body 200 connecting surface is, preferably formed in a rolling process planar connecting surface 1 12 having a substantially homogeneous thickness distribution with thickness variations of not more than 30μηη, preferably not more than 10μηη, in particular not more than 3μηη.
Als Zwischenschicht 120 aus duktilem Material kommt eine Folie beispielsweise aus Aluminium mit einer Dicke von beispielsweise 0,1 mm zur Anwendung. As the intermediate layer 120 of ductile material is a film, for example made of aluminum with a thickness of, for example, 0.1 mm used.
Alternativ zum Anbringen einer Folie kann die Zwischenschicht auf das As an alternative to applying a film, the intermediate layer can be applied to the
metallische Material in Form eines Formkörpers durch galvanisches Abschneiden, Plattieren, insbesondere Walzplattieren, thermisches Spritzen, Feueraluminieren, Vakuumaufdampfen oder Magnetronsputtern, wie zuvor beschrieben, aufgebracht werden. Das metallische Material in Form eines Formkörpers besteht metallic material in the form of a shaped body by galvanic cutting, plating, in particular roll cladding, thermal spraying, fire aluminizing, vacuum evaporation or magnetron sputtering, as described above, can be applied. The metallic material is in the form of a shaped body
beispielsweise aus einem 0,5mm dicken, zweifach gewinkelten Edelstahlblech beispielsweise mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizient 020-300 von 17-10"6/K. for example, from a 0.5 mm thick, double-angled stainless steel sheet, for example, with a mean thermal expansion coefficient 020-300 of 17-10 "6 / K.
Die Dickenschwankungen der Zwischenschicht betragen nicht mehr als 20μηη, bevorzugt nicht mehr als 5μηη, insbesondere nicht mehr als 1 μιτι. Die Verbindung des Formkörpers 200 mit dem sprödbrüchigen Material 101 erfolgt im Bereich 210 wenigstens eines Schenkels 212 des gewinkelten The thickness variations of the intermediate layer are not more than 20μηη, preferably not more than 5μηη, in particular not more than 1 μιτι. The connection of the molded body 200 with the brittle material 101 takes place in the region 210 of at least one leg 212 of the angled
Edelstahlbleches mittels der Zwischenschicht. Stainless steel sheets by means of the intermediate layer.
Nachfolgend soll anhand von Ausführungsbeispielen das Verbinden von einem sprödbrüchigen Material 1 mit einem metallischen Material unter Einbeziehung einer Zwischenschicht beschrieben werden. Below is to be described with reference to embodiments, the bonding of a brittle material 1 with a metallic material involving an intermediate layer.
1 . Ausführungsbeispiel 1 . embodiment
In einem ersten Ausführungsbeispiel besteht das sprödbrüchige Material aus der Glaskeramik Robax® mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizient 0:20- 300 von -0,3-10"6/K. Die für die Verbindung mit einem metallischen Formköper vorgesehene Oberfläche ist eine in einem Walzprozess geformte ebene In a first embodiment, the sprödbrüchige material from the glass ceramic Robax ® consists with a mean thermal expansion coefficient of 0. 20- 300 of -0,3-10 "6 / K The intended for connection to a metallic molded body surface is a rolling process in a shaped plane
Oberfläche. Als Zwischenschicht aus duktilem Material kommt eine Folie aus Aluminium EN-AW-1050A mit einer Dicke von 0,1 mm zur Anwendung. Der metallische Formkörper besteht aus einer 0,5 mm dicken und im Durchmesser 22 mm messenden ebenen Grundplatte aus dem Material Kovar mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizient 0:20-300 von 5,5- 10"6/K. Auf der Grundplatte zentrisch und senkrecht zu ihr aufgesetzt befindet sich ein mit der Grundplatte fest verbundener Gewindebolzen mit einer Höhe von 12 mm und einem Durchmesser von 8 mm für weiterführende Montageoptionen gemäß dem weiteren Surface. The intermediate layer of ductile material is an aluminum foil EN-AW-1050A with a thickness of 0.1 mm. The metallic molded body consists of a 0.5 mm thick and in diameter 22 mm measuring flat base plate of the material Kovar with a mean thermal expansion coefficient 0: 20-300 of 5.5- 10 "6 / K. On the base plate centric and vertical attached to it is a firmly connected to the base plate threaded bolt with a height of 12 mm and a diameter of 8 mm for further mounting options according to the other
Anwendungszweck des erfindungsgemäßen Bauteils. Application of the component according to the invention.
In einem Torsions-Ultraschall-Schweißverfahren werden mit Hilfe einer Sonotrode in Form eines Hohlzylinders mit stirnseitiger Rautierung die Glaskeramik Robax, die Zwischenschicht aus Aluminium und die Kovar-Grundplatte miteinander verschweißt, wobei die Stirnseite der Sonotrode auf die Kovar-Grundplatte aufsetzt und eine torsionale Schwingung vollführt. Die Sonotrodenamplitude beträgt 25 μιτι, die Sonotrodenfrequenz 20 kHz, der Schweißdruck 2,0 bar und die Schweißenergie 800 Ws. Der so hergestellte Verbundkörper weist eine flächige Verbindung zwischen derIn a torsional ultrasonic welding process, the glass ceramic Robax, the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate are welded together with the help of a sonotrode in the form of a hollow cylinder with frontal rauting, the front side of the sonotrode resting on the Kovar base plate and a torsional vibration performs. The sonotrode amplitude is 25 μιτι, the sonotrode frequency 20 kHz, the welding pressure 2.0 bar and the welding power 800 Ws. The composite body thus produced has a surface connection between the
Robax-Glaskeramik und der Zwischenschicht aus Aluminium auf, andererseits und zugleich eine Verbindung zwischen der Zwischenschicht aus Aluminium und der Kovar-Grundplatte. Die im Schweißprozess hergestellte Kontaktfläche beträgt ca. 1 ,5 cm2. Eine nachfolgende thermische Beanspruchung durch 100 Robax glass ceramic and the intermediate layer of aluminum, on the other hand, and at the same time a connection between the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate. The contact surface produced in the welding process is about 1, 5 cm 2 . A subsequent thermal stress by 100
Temperaturwechsel zwischen Raumtemperatur 25°C und Maximaltemperatur 350°C übersteht der Verbundkörper ohne erkennbaren Schaden. Eine Überprüfung der Beständigkeit der Verbindung durch einen mechanischen Temperature changes between room temperature 25 ° C and maximum temperature 350 ° C, the composite body without visible damage. A Verification of the resistance of the connection by a mechanical
Belastungstest ergab eine Scherfestigkeit von mindestens 700 N. Load test revealed a shear strength of at least 700 N.
2. Ausführungsbeispiel 2nd embodiment
In einem zweiten Ausführungsbeispiel besteht das sprödbrüchige Material aus der Glaskeramik Ceran® mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizient 0:20- 300 von -0,2-10"6/K. Die für die Verbindung mit einem metallischen Formkörper vorgesehene Oberfläche ist eine in einem Walzprozess geformte Oberfläche mit der aus der Anwendung als Kochfläche bekannten Noppenstruktur. Als In a second exemplary embodiment, the brittle material consists of the glass ceramic Ceran® with a mean thermal expansion coefficient 0: 20-300 of -0.2-10 "6 / K. The surface intended for connection to a metallic molded body is one in a rolling process Shaped surface with the known from the application as a cooking surface knob structure
Zwischenschicht aus duktilem Material kommt eine Folie aus Aluminium EN-AW- 1050A mit einer Dicke von 0,1 mm zur Anwendung. Der metallische Formkörper besteht aus einer 0,5 mm dicken und im Durchmesser 22 mm messenden ebenen Grundplatte aus dem Material Kovar mit einem mittleren thermischen  Intermediate layer of ductile material is an aluminum foil EN-AW-1050A with a thickness of 0.1 mm is used. The metallic molded body consists of a 0.5 mm thick and in diameter 22 mm measuring flat base plate made of the material Kovar with a medium thermal
Ausdehnungskoeffizient 0:20-300 von 5,5- 10"6/K. Auf der Grundplatte zentrisch und senkrecht zu ihr aufgesetzt befindet sich ein mit der Grundplatte fest verbundener Gewindebolzen mit einer Höhe von 12 mm und einem Durchmesser von 8 mm für weiterführende Montageoptionen gemäß dem weiteren Anwendungszweck des erfindungsgemäßen Bauteils. Coefficient of expansion 0: 20-300 from 5.5 to 10 "6 / K Centrally and vertically mounted on the base plate, there is a threaded bolt with a height of 12 mm and a diameter of 8 mm, firmly connected to the base plate, for further mounting options according to the further application of the component according to the invention.
In einem Torsions-Ultraschall-Schweißverfahren werden mit Hilfe einer Sonotrode in Form eines Hohlzylinders mit stirnseitiger Rautierung die Glaskeramik Ceran, die Zwischenschicht aus Aluminium und die Kovar-Grundplatte miteinander verschweißt, wobei die Stirnseite der Sonotrode auf die Kovar-Grundplatte aufsetzt und eine torsionale Schwingung vollführt. Die Sonotrodenamplitude beträgt 25 μιτι, die Sonotrodenfrequenz 20 kHz, der Schweißdruck 1 ,5 bar und die Schweißenergie 500 Ws. In a torsional ultrasonic welding process, the glass-ceramic Ceran, the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate are welded together using a sonotrode in the form of a hollow cylinder with frontal Rautierung, the front of the sonotrode touches the Kovar base plate and a torsional vibration performs. The sonotrode amplitude is 25 μιτι, the sonotrode frequency 20 kHz, the welding pressure 1, 5 bar and the welding power 500 Ws.
Der so hergestellte Verbundkörper weist eine Verbindung zwischen den im The composite body thus produced has a connection between the in
Kontaktbereich gelegenen Noppenkuppen der Ceran-Glaskeramik und derContact area located pot tops of ceramic glass ceramic and the
Zwischenschicht aus Aluminium auf, andererseits und zugleich eine Verbindung zwischen der Zwischenschicht aus Aluminium und der Kovar-Grundplatte. Eine nachfolgende thermische Beanspruchung durch 100 Temperaturwechsel zwischen Raumtemperatur 25°C und Maximaltemperatur 350°C übersteht der Verbundkörper ohne erkennbaren Schaden. Eine Überprüfung der Beständigkeit der Verbindung durch einen mechanischen Belastungstest ergab eine Intermediate layer of aluminum, on the other hand, and at the same time a connection between the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate. A subsequent thermal stress caused by 100 temperature changes between room temperature 25 ° C and maximum temperature 350 ° C, the composite body without visible damage. A check of the durability of the compound by a mechanical stress test revealed
Scherfestigkeit von mindestens 700 N. Shear strength of at least 700 N.
3. Ausführungsbeispiel 3rd embodiment
In einem dritten Ausführungsbeispiel besteht das sprödbrüchige Material aus der Glaskeramik Robax® mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizient 0:20- 300 von -0,3-10"6/K. Die für die Verbindung mit einem metallischen Formköper vorgesehene Oberfläche ist eine in einem Walzprozess geformte ebene In a third embodiment, the sprödbrüchige material from the glass ceramic Robax ® consists with a mean thermal expansion coefficient of 0. 20- 300 of -0,3-10 "6 / K The intended for connection to a metallic molded body surface is a rolling process in a shaped plane
Oberfläche mit nachfolgender Politur im Bereich der späteren Kontaktfläche. Als Zwischenschicht aus duktilem Material kommt eine Folie aus Aluminium EN-AW- 1050A mit einer Dicke von 0,1 mm zur Anwendung. Der metallische Formkörper besteht aus einer 0,5 mm dicken und im Durchmesser 22 mm messenden ebenen Grundplatte aus dem Material Kovar mit einem mittleren thermischen Surface with subsequent polishing in the area of the later contact surface. The intermediate layer of ductile material is an EN-AW-1050A aluminum foil with a thickness of 0.1 mm. The metallic molded body consists of a 0.5 mm thick and in diameter 22 mm measuring flat base plate made of the material Kovar with a medium thermal
Ausdehnungskoeffizient 0:20-300 von 5,5- 10"6/K. Auf der Grundplatte zentrisch und senkrecht zu ihr aufgesetzt befindet sich ein mit der Grundplatte fest verbundener Gewindebolzen mit einer Höhe von 12 mm und einem Durchmesser von 8 mm für weiterführende Montageoptionen gemäß dem weiteren Anwendungszweck des erfindungsgemäßen Bauteils. Coefficient of expansion 0: 20-300 from 5.5 to 10 "6 / K Centrally and vertically mounted on the base plate, there is a threaded bolt with a height of 12 mm and a diameter of 8 mm, firmly connected to the base plate, for further mounting options according to the further application of the component according to the invention.
In einem Torsions-Ultraschall-Schweißverfahren werden mit Hilfe einer Sonotrode in Form eines Hohlzylinders mit stirnseitiger Rautierung die Glaskeramik Robax, die Zwischenschicht aus Aluminium und die Kovar-Grundplatte miteinander verschweißt, wobei die Stirnseite der Sonotrode auf die Kovar-Grundplatte aufsetzt und eine torsionale Schwingung vollführt. Die Sonotrodenamplitude beträgt 25 μιτι, die Sonotrodenfrequenz 20 kHz, der Schweißdruck 2,0 bar und die Schweißenergie 750 Ws. Der so hergestellte Verbundkörper weist eine flächige Verbindung zwischen der Robax-Glaskeramik und der Zwischenschicht aus Aluminium auf, andererseits und zugleich eine Verbindung zwischen der Zwischenschicht aus Aluminium und der Kovar-Grundplatte. Die im Schweißprozess hergestellte Kontaktfläche beträgt ca. 1 ,5 cm2. Eine nachfolgende thermische Beanspruchung durch 100 In a torsional ultrasonic welding process, the glass ceramic Robax, the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate are welded together with the help of a sonotrode in the form of a hollow cylinder with frontal rauting, the front side of the sonotrode resting on the Kovar base plate and a torsional vibration performs. The sonotrode amplitude is 25 μιτι, the sonotrode frequency 20 kHz, the welding pressure 2.0 bar and the welding power 750 Ws. The composite body thus produced has a surface connection between the Robax glass ceramic and the intermediate layer of aluminum, on the other hand, and at the same time a connection between the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate. The contact surface produced in the welding process is about 1, 5 cm 2 . A subsequent thermal stress by 100
Temperaturwechsel zwischen Raumtemperatur 25°C und Maximaltemperatur 400°C übersteht der Verbundkörper ohne erkennbaren Schaden. Eine  Temperature change between room temperature 25 ° C and maximum temperature 400 ° C, the composite body without visible damage survives. A
Überprüfung der Beständigkeit der Verbindung durch einen mechanischen Verification of the resistance of the connection by a mechanical
Belastungstest ergab eine Scherfestigkeit von 3800 N. Load test gave a shear strength of 3800 N.
4. Ausführungsbeispiel 4th embodiment
In einem vierten Ausführungsbeispiel besteht das sprödbrüchige Material aus dem Glas Borofloat 33® mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizient 0:20-300 von 3,3- 10"6/K. Die für die Verbindung mit einem metallischen Formköper vorgesehene Oberfläche ist eine in einem Floatprozess geformte feuerpolierte Oberfläche. Als Zwischenschicht aus duktilem Material kommt eine Folie aus Aluminium EN-AW-1050A mit einer Dicke von 0,1 mm zur Anwendung. Der metallische Formkörper besteht aus einer 0,5 mm dicken und im Durchmesser 22 mm messenden ebenen Grundplatte aus dem Material Kovar mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizient 0120-300 von 5,5- 10"6/K. Auf der Grundplatte zentrisch und senkrecht zu ihr aufgesetzt befindet sich ein mit der Grundplatte fest verbundener Gewindebolzen mit einer Höhe von 12 mm und einem Durchmesser von 8 mm für weiterführende Montageoptionen gemäß dem weiteren In a fourth embodiment, the sprödbrüchige material from the glass Borofloat 33 ® is a mean thermal expansion coefficient of 0. 20-300 3,3-10 "6 / K The intended for connection to a metallic molded body surface is in a float process The surface of the ductile material is made of EN-AW-1050A aluminum foil 0.1 mm thick, consisting of a 0.5 mm thick and 22 mm in diameter flat base plate the material Kovar with an average coefficient of thermal expansion 0120-300 from 5.5 to 10 "6 / K. On the base plate centric and placed perpendicular to it is a firmly connected to the base plate threaded bolt with a height of 12 mm and a diameter of 8 mm for further mounting options according to the other
Anwendungszweck des erfindungsgemäßen Bauteils. Application of the component according to the invention.
In einem Torsions-Ultraschall-Schweißverfahren werden mit Hilfe einer Sonotrode in Form eines Hohlzylinders mit stirnseitiger Rautierung das Glas Borofloat 33, die Zwischenschicht aus Aluminium und die Kovar-Grundplatte miteinander verschweißt, wobei die Stirnseite der Sonotrode auf die Kovar-Grundplatte aufsetzt und eine torsionale Schwingung vollführt. Die Sonotrodenamplitude beträgt 25 μητι, die Sonotrodenfrequenz 20 kHz, der Schweißdruck 2,0 bar und die Schweißenergie 700 Ws. In a torsional ultrasonic welding process, the glass Borofloat 33, the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate are welded together using a sonotrode in the form of a hollow cylinder with frontal Rautierung, the front side of the sonotrode touches the Kovar base plate and a torsional Vibration takes place. The sonotrode amplitude is 25 μητι, the sonotrode frequency 20 kHz, the welding pressure 2.0 bar and the welding energy 700 Ws.
Der so hergestellte Verbundkörper weist eine flächige Verbindung zwischen dem Borofloat 33-Glas und der Zwischenschicht aus Aluminium auf, andererseits und zugleich eine Verbindung zwischen der Zwischenschicht aus Aluminium und der Kovar-Grundplatte. Die im Schwei ßprozess hergestellte Kontaktfläche beträgt ca. 1 ,5 cm2. Eine nachfolgende thermische Beanspruchung durch 100 The composite body thus produced has a surface connection between the Borofloat 33 glass and the intermediate layer of aluminum, on the other hand, and at the same time a connection between the intermediate layer of aluminum and the Kovar base plate. The contact area produced in the welding process is approximately 1.5 cm 2 . A subsequent thermal stress by 100
Temperaturwechsel zwischen Raumtemperatur 25°C und Maximaltemperatur 300°C übersteht der Verbundkörper ohne erkennbaren Schaden. Eine Temperature changes between room temperature 25 ° C and maximum temperature 300 ° C, the composite body without visible damage. A
Überprüfung der Beständigkeit der Verbindung durch einen mechanischen  Verification of the resistance of the connection by a mechanical
Belastungstest ergab eine Scherfestigkeit von mindestens 500 N. Load test revealed a shear strength of at least 500 N.
5. Ausführungsbeispiel 5th embodiment
In einem fünften Ausführungsbeispiel besteht das sprödbrüchige Material aus der Glaskeramik Robax® mit einem mittleren thermischen Ausdehnungskoeffizient 0:20- 300 von -0,3-10"6/K. Die für die Verbindung mit einem metallischen Formköper vorgesehene Oberfläche ist eine in einem Walzprozess geformte ebene In a fifth embodiment, the sprödbrüchige material from the glass ceramic Robax ® consists with a mean thermal expansion coefficient of 0. 20- 300 of -0,3-10 "6 / K The intended for connection to a metallic molded body surface is a rolling process in a shaped plane
Oberfläche. Als Zwischenschicht aus duktilem Material kommt eine Folie aus Aluminium EN-AW-1050A mit einer Dicke von 0,1 mm zur Anwendung. Der metallische Formkörper besteht aus einem 0,5 mm dicken, zweifach gewinkelten Edelstahlblech aus dem Material Edelstahl 1 .4301 mit einem mittleren Surface. The intermediate layer of ductile material is an aluminum foil EN-AW-1050A with a thickness of 0.1 mm. The metallic molded body consists of a 0.5 mm thick, double-angled stainless steel sheet of the material stainless steel 1 .4301 with a middle
thermischen Ausdehnungskoeffizient 0:20-300 von 17- 10"6/K. Coefficient of thermal expansion 0: 20-300 from 17-10 "6 / K.
In einem Torsions-Ultraschall-Schweißverfahren werden mit Hilfe einer Sonotrode in Form eines Zylinders mit stirnseitiger Rautierung die Glaskeramik Robax, die Zwischenschicht aus Aluminium und das gewinkelte Edelstahlblech miteinander verschweißt, wobei die Stirnseite der Sonotrode auf einen Schenkel des In a torsional ultrasonic welding process, the glass ceramic Robax, the intermediate layer of aluminum and the angled stainless steel sheet are welded together with the aid of a sonotrode in the form of a cylinder with an end rauting, whereby the end face of the sonotrode is welded onto a leg of the
Edelstahlblechs aufsetzt und eine torsionale Schwingung vollführt. Die Stainless steel sheet touches down and performs a torsional vibration. The
Sonotrodenamplitude beträgt 100%, die Sonotrodenfrequenz 20 kHz, der  Sonotrodeamplitude is 100%, the Sonotrodenfrequenz 20 kHz, the
Schweißdruck 1 ,0 bar und die Schweißenergie 200 Ws. Der so hergestellte Verbundkörper weist eine flächige Verbindung zwischen der Robax-Glaskeramik und der Zwischenschicht aus Aluminium auf, andererseits und zugleich eine Verbindung zwischen der Zwischenschicht aus Aluminium und dem Edelstahlblech. Die im Schweißprozess hergestellte Kontaktfläche beträgt ca. 0,5 cm2. Eine nachfolgende thermische Beanspruchung durch 100 Welding pressure 1, 0 bar and the welding power 200 Ws. The composite body thus produced has a surface connection between the Robax glass ceramic and the intermediate layer of aluminum, on the other hand, and at the same time a connection between the intermediate layer of aluminum and the stainless steel sheet. The contact surface produced in the welding process is about 0.5 cm 2 . A subsequent thermal stress by 100
Temperaturwechsel zwischen Raumtemperatur 25 °C und Maximaltemperatur 500 °C übersteht der Verbundkörper ohne erkennbaren Schaden. Die Beständigkeit der Verbindung nach Abschluss der Temperaturwechsel wird durch einen mechanischen Belastungstest überprüft. Der mechanische Belastungstest besteht aus einem Schlag mit dem Schlagprüfgerät nach Wegner, wie er in der DIN 51 155 beschrieben wird. Dabei wird das Schlagprüfgerät nach Wegner senkrecht gegen den Schweißbereich des mit der Robaxscheibe verschweißten Edelstahlblechs positioniert und der Schlag gemäß DIN 51 155 ausgelöst. Die Schweißverbindung übersteht diesen mechanischen Belastungstest mit einer Schlagenergie von mindestens 0,25 J.  Temperature changes between room temperature 25 ° C and maximum temperature 500 ° C, the composite body without visible damage. The resistance of the compound after completion of the temperature changes is checked by a mechanical load test. The mechanical load test consists of a blow with the impact tester according to Wegner, as described in DIN 51 155. The impact tester according to Wegner is positioned vertically against the welding area of the stainless steel sheet welded to the Robax disk and the impact is triggered in accordance with DIN 51 155. The welded joint survives this mechanical stress test with a impact energy of at least 0.25 J.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Körper (100), umfassend wenigstens ein sprödbrüchiges Material (1 ), 1 . A body (100) comprising at least one brittle material (1),
insbesondere eine Glaskeramik, ein Glas oder eine Keramik und ein metallisches Material (3),  in particular a glass ceramic, a glass or a ceramic and a metallic material (3),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das sprödbrüchige Material (1 ) mit dem metallischen Material (3) eine hochtemperaturfeste, stoffschlüssige Verbindung für Temperaturen von mehr als 250°C, insbesondere mehr als 300°C, bevorzugt mehr als 400°C, insbesondere mehr als 500°C, ausbildet und die Verbindung von sprödbrüchigem Material (1 ) und metallischem Material (3) eine  the brittle material (1) with the metallic material (3) forms a high-temperature-resistant, integral connection for temperatures of more than 250 ° C, in particular more than 300 ° C, preferably more than 400 ° C, in particular more than 500 ° C, and the compound of brittle material (1) and metallic material (3) a
Zwischenschicht (20) zwischen dem sprödbrüchigen Material (3) und dem metallischen Material (1 ) umfasst und die Zwischenschicht (20) aus einem duktilen Material, bevorzugt einem duktilen Metall, insbesondere einem duktilen Material, bevorzugt einem duktilen Metall mit einer Reißdehnung Intermediate layer (20) between the brittle material (3) and the metallic material (1) and the intermediate layer (20) of a ductile material, preferably a ductile metal, in particular a ductile material, preferably a ductile metal having an elongation at break
>1 %, bevorzugt > 2%, insbesondere > 4%, ganz bevorzugt > 10%, insbesondere im Bereich 1 % bis 45%, besonders bevorzugt im Bereich 1 % bis 20%, ganz bevorzugt im Bereich 2% bis 20%, ganz besonders bevorzugt im Bereich 2% bis 15% besteht. > 1%, preferably> 2%, in particular> 4%, very preferably> 10%, in particular in the range 1% to 45%, particularly preferably in the range 1% to 20%, very preferably in the range 2% to 20%, completely particularly preferably in the range 2% to 15%.
2. Körper (100) nach Anspruch 1 , 2. body (100) according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Zwischenschicht (20) eine Folie mit einer Schichtdicke < 500μηη, bevorzugt < 200 μιτι, insbesondere im Bereich 20 μιτι bis 200 μιτι, bevorzugt 50 μιτι bis 150 μιτι, insbesondere bevorzugt 80 μιτι bis 120 μιτι, ist.  the intermediate layer (20) is a film with a layer thickness <500 μm, preferably <200 μm, in particular in the range 20 μm to 200 μm, preferably 50 μm to 150 μm, in particular preferably 80 μm to 120 μm.
3. Körper (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die 3. body (100) according to claim 1, characterized in that the
Zwischenschicht (20) nach einem der nachfolgenden Verfahren auf das sprödbrüchige Material (1 ) und/oder das metallische Material (3) aufgebracht wird:  Intermediate layer (20) is applied to the brittle material (1) and / or the metallic material (3) according to one of the following methods:
- durch galvanisches Abscheiden - durch Plattieren, insbesondere Walzplattieren - by electrodeposition by plating, in particular roll cladding
- durch thermisches Spritzen  - by thermal spraying
- durch Feuermetallisieren, insbesondere Feueraluminieren  - by fire metallizing, in particular fire aluminizing
- durch Vakuumaufdampfen  - by vacuum evaporation
- durch Magnetronsputtern  - by magnetron sputtering
4. Körper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die 4. Body according to claim 3, characterized in that the
Zwischenschicht nachfolgende Schichtdicke aufweist:  Interlayer has the following layer thickness:
- eine Schichtdicke 10 - 70μηη, insbesondere 10 - 20μηη für galvanisch abgeschiedene Zwischenschichten  - A layer thickness 10 - 70μηη, in particular 10 - 20μηη for electrodeposited intermediate layers
- eine Schichtdicke 20 - 200μηη, bevorzugt 50 - 150μηη, insbesondere 80 bis 120μηη bei durch Plattieren, insbesondere Walzplattieren  - A layer thickness 20-200μηη, preferably 50-150μηη, in particular 80 to 120μηη by plating, in particular roll cladding
aufgebrachten Zwischenschichten  applied intermediate layers
- 50 - 400μηη, insbesondere 100 - 300 μιτι bei mittels thermischem  - 50 - 400μηη, in particular 100 - 300 μιτι in by means of thermal
Spritzen aufgebrachten Zwischenschichten  Spraying applied intermediate layers
- 20 - Ι ΟΟμιτι bei durch Feueraluminieren aufgebrachten  - 20 - ΟΟ ΟΟμιτι applied by fire aluminizing
Zwischenschichten  interlayers
- 1 - 20μηη bei durch Vakuumaufdampfen aufgebrachten Zwischenschicht - 1 - 20μηη applied by vacuum evaporation interlayer
- 1 - 20μηη bei durch Magnetronsputtern aufgebrachten - 1 - 20μηη applied by magnetron sputtering
Zwischenschichten  interlayers
5. Körper (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. body (100) according to any one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das duktile Metall Aluminium oder Reinaluminium oder Reinstaluminium oder Gold oder Titan ist.  The ductile metal is aluminum or pure aluminum or pure aluminum or gold or titanium.
6. Körper (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. body (100) according to any one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das sprödbrüchige Material (1 ) ein niedrigdehnendes Material im  the brittle material (1) is a low - expansion material in the
Temperaturbereich 20°C bis 300°C, bevorzugt mit einem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aspröd(20oC - 300°C) < 4 10"6/K, insbesondere < 2 10"6/K, bevorzugt im Bereich -1 ,0 10"6/K < α < 4 10" 6/K, insbesondere bevorzugt -0,6 10"6/K < aspröd < 2 10"6/K ist. Temperature range 20 ° C to 300 ° C, preferably with a thermal coefficient of linear expansion a spr dr (20 o C - 300 ° C) <4 10 "6 / K, in particular <2 10 "-6 / K, preferably in the range -1, 0 10" 6 / K <α <4 10 "6 / K, particularly preferably -0.6 10" 6 / K <a sprö d <2 10 "6 / K.
Körper nach Anspruch 6, Body according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das sprödbrüchige Material (1 ) eine Glaskeramik, insbesondere eine Li-Al- Si-Glaskeramik oder ein Glas, insbesondere ein Borosilikatglas ist.  the brittle material (1) is a glass ceramic, in particular a Li-Al-Si glass ceramic or a glass, in particular a borosilicate glass.
8. Körper nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. Body according to at least one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das metallische Material (3) einen thermischen  the metallic material (3) has a thermal
Längenausdehnungskoeffizienten aMetaii (20°C - 300°C) < 20 10"6/K, insbesondere im Bereich 4 10"6/K < aMetaii (20°C - 300°C) < 6 10"6/K umfasst. Linear expansion coefficient of a M etaii (20 ° C - 300 ° C) <20 10 "-6 / K, in particular in the range 4 10" 6 / K <a M etaii (20 ° C - 300 ° C) <6 10 " Includes 6 / K.
Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, Body according to one of claims 1 to 8,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das metallische Material (3) derart ausgewählt wird, dass der thermische Längenausdehnungskoeffizient aMetaii (20°C bis 300°C) im Bereich  the metallic material (3) is selected such that the thermal expansion coefficient aMetaii (20 ° C to 300 ° C) in the range
aspröd - 20 - 10"6/K < aMetaii ^ cispröd + 20 10"6/K, bevorzugt aspröd - 10 - 10" 6/K < aMetaii ^ ctspröd + 10 10"6/K, insbesondere aspröd - 5 - 10"6/K < aMetaii ^ aspröd + 5 10"6/K ist. a sp rd - 20 - 10 "6 / K <aMetaii ^ cispröd + 20 10 " 6 / K, preferably a br e d - 10 - 10 " 6 / K <aMeti ca ^ br d + 10 10 " 6 / K , in particular a sprö d - "+ 6 / K <a M ^ a etaii sp röd 5 10" 10 6 / K -. 5
10. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, 10. Body according to one of claims 1 to 9,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das metallische Material (3) Wolfram oder Molybdän oder KOVAR oder Stahl oder Edelstahl, insbesondere austenitischer Edelstahl oder ferritischer Edelstahl ist.  the metallic material (3) is tungsten or molybdenum or KOVAR or steel or stainless steel, in particular austenitic stainless steel or ferritic stainless steel.
Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, Body according to one of claims 1 to 10,
dadurch gekennzeichnet, dass das sprödbrüchige Material (1 ) in einem Bereich der stoffschlüssigen Verbindung eine Oberfläche (10) aufweist, wobei die Oberfläche characterized in that the brittle material (1) has a surface (10) in a region of the cohesive connection, wherein the surface
vorbehandelt ist, insbesondere thermisch oder chemisch vorgespannt und/oder festig keitssteigernd beschichtet und/oder lokal oder vollflächig geätzt und/oder poliert ist. is pretreated, in particular thermally or chemically prestressed and / or strength keitssteigernd coated and / or etched locally or over the entire surface and / or polished.
Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Material (3) eine im Bereich der Zwischenschicht eine weitgehend homogene Dickenverteilung bevorzugt mit einer Body according to one of claims 1 to 1 1, characterized in that the metallic material (3) in the region of the intermediate layer, a substantially homogeneous thickness distribution preferably with a
Dickenschwankung von nicht mehr als 30μηη, bevorzugt nicht mehr als Ι Ομιτι, insbesondere nicht mehr als 3μηη aufweist. Thickness variation of not more than 30μηη, preferably not more than Ο Ομιτι, in particular not more than 3μηη.
Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, Body according to one of claims 1 to 12,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Zwischenschicht eine weitgehende homogene Dickenverteilung, bevorzugt mit einer Dickenschwankung von nicht mehr als 20μηη, bevorzugt nicht mehr als 5μηη, insbesondere nicht mehr als 1 μιτι aufweist. the intermediate layer has a largely homogeneous thickness distribution, preferably with a thickness variation of not more than 20 μm, preferably not more than 5 μm, in particular not more than 1 μm.
Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, Body according to one of claims 1 to 13,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die hochtemperaturfeste, stoffschlüssige Verbindung eine the high temperature resistant, cohesive connection a
Temperaturwechselbeständigkeit über einen breiten Temperaturbereich ΔΤ, bevorzugt ΔΤ von mehr als 250K, insbesondere ΔΤ zwischen 250K und 1300K, insbesondere ΔΤ zwischen 250K und 900K, insbesondere ΔΤ zwischen 250K und 500K aufweist. Thermal shock resistance over a wide temperature range ΔΤ, preferably ΔΤ of more than 250K, in particular ΔΤ between 250K and 1300K, in particular ΔΤ between 250K and 900K, in particular ΔΤ between 250K and 500K has.
Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, Body according to one of claims 1 to 14,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
das metallische Material ein metallisches Element, insbesondere ein Formkörper (200) bevorzugt ein gewalzter Formkörper, bevorzugt durch Umformen hergestellt, ist. Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung eines sprödbrüchigen Materials und eines metallischen Materials mit folgenden Schritten: the metallic material is a metallic element, in particular a shaped body (200), preferably a rolled shaped body, preferably produced by deformation. Process for producing a material bond of a brittle material and a metallic material, comprising the following steps:
es wird ein sprödbrüchiges niedrigdehnendes Material mit einem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aspröd im it becomes a brittle low-expansion material with a coefficient of thermal expansion a sp röd in
Temperaturbereich 20°C bis 300°C von aspröd(20oC - 300°C) < 4 10" 6/K, insbesondere aspröd ^ 2 - 10"6/K, bevorzugt im Bereich— 1 ,0 10" 6/K < aspröd ^ 4 10"6/K, bevorzugt - 0,6 10"6/K aspröd ^ 2 10"6/K, mit einer ersten Verbindungsoberfläche (10) zur Verfügung gestellt; Temperature range 20 ° C to 300 ° C of a spr ved (20 o C - 300 ° C) <4 10 " 6 / K, in particular a sp röd ^ 2 - 10 " 6 / K, preferably in the range-1, 0 10 "6 / K <a sprö d ^ 4 10" -6 / K, preferably - 0.6 10 "6 / K a sprö d ^ 2 10" 6 / K, with a first connecting surface (10) for Provided;
es wird ein metallisches Material mit einem thermischen  it becomes a metallic material with a thermal
Längenausdehnungskoeffizienten α im Temperaturbereich 20°C bis 300°C mit aMetaii (20°C - 300°C) < 20 10"6/K, insbesondere im Bereich 4 10"6/K < aMetaii ^ 6 10"6/K, mit einer zweiten Linear expansion coefficient α in the temperature range 20 ° C to 300 ° C with aMetaii (20 ° C - 300 ° C) <20 10 "6 / K, especially in the range 4 10 " 6 / K <aMetaii ^ 6 10 "6 / K, with a second
Verbindungsoberfläche (12) zur Verfügung gestellt, insbesondere KOVAR ;  Connection surface (12) provided, in particular KOVAR;
es wird eine Zwischenschicht (20) aus einem duktilen Material, insbesondere Metall mit einer Reißdehnung > 1 %, bevorzugt > 2 %, insbesondere > 4 %, ganz bevorzugt > 10 %, insbesondere im  it is an intermediate layer (20) of a ductile material, in particular metal with an elongation at break> 1%, preferably> 2%, in particular> 4%, more preferably> 10%, in particular in
Bereich 1 % bis 20 %, ganz besonders bevorzugt im Bereich 2 % bis 15 %, bevorzugt mit einer Schichtdicke < 500μηη, bevorzugt < 200 μιτι, insbesondere zwischen 50 μιτι und 200 μιτι zwischen die erste Verbindungsfläche (10) und die zweite Verbindungsfläche (12) eingebracht;  Range 1% to 20%, most preferably in the range 2% to 15%, preferably with a layer thickness <500μηη, preferably <200 μιτι, in particular between 50 μιτι and 200 μιτι between the first connection surface (10) and the second connection surface (12 ) brought in;
das sprödbrüchige Material (1 ) wird mit dem metallischen Material (3) über die Zwischenschicht (20) stoffschlüssig derart verbunden, dass eine hochtemperaturfeste Verbindung für Temperaturen von mehr als 250°C, insbesondere mehr als 300°C, bevorzugt mehr als 400°C, insbesondere mehr als 500°C, zur Verfügung gestellt wird. the brittle material (1) is materially connected to the metallic material (3) via the intermediate layer (20) such that a high-temperature resistant compound for temperatures of more than 250 ° C, especially more than 300 ° C, preferably more than 400 ° C. , in particular more than 500 ° C, is provided.
17. Verfahren zur Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung eines sprödbrüchigen Materials und eines metallischen Materials mit folgenden Schritten: 17. A method for producing a cohesive connection of a brittle material and a metallic material with the following steps:
es wird ein sprödbrüchiges niedrigdehnendes Material mit einem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten aspröd im Temperaturbereich 20°C bis 300°C von aspröd(20oC - 300°C) < 4 10" 6/K, insbesondere aspröd ^ 2 - 10"6/K, bevorzugt im Bereich - 1 ,0 10" 6/K < aspröd ^ 4 10"6/K, bevorzugt - 0,6 10"6/K aspröd ^ 2 10"6/K, mit einer ersten Verbindungsoberfläche (10) zur Verfügung gestellt; It is a brittle low-expansion material with a thermal expansion coefficient a sp röd in the temperature range 20 ° C to 300 ° C of a spr öd (20 o C - 300 ° C) <4 10 " 6 / K, in particular a sp röd ^ - 10 "6 / K, preferably in the range - 1, 0 10 " 6 / K <br> d0 <4 > 10 "6 / K, preferably - 0.6 10 " 6 / K a br e d ^ 2 10 "6 / K, provided with a first connection surface (10);
es wird ein metallisches Material mit einem thermischen Längenausdehnungskoeffizienten α im Temperaturbereich 20°C bis 300°C mit aMetaii (20°C - 300°C) < 20 10"6/K, insbesondere im Bereich 4 10"6/K < aMetaii ^ 6 10"6/K, mit einer zweiten Verbindungsoberfläche (12) zur Verfügung gestellt, insbesondere KOVAR; It is a metallic material having a thermal expansion coefficient α in the temperature range 20 ° C to 300 ° C with aMetaii (20 ° C - 300 ° C) <20 10 "6 / K, especially in the range 4 10 " 6 / K < aMetaii ^ 6 10 "6 / K, provided with a second connection surface (12), in particular KOVAR;
es wird eine Zwischenschicht (20) insbesondere aus einem duktilen Material, bevorzugt einem duktilen Metall, bevorzugt mit einer Reißdehnung > 1 %, bevorzugt > 2 %, insbesondere > 4 %, ganz bevorzugt > 10 %, insbesondere im Bereich 1 % bis 20 %, ganz besonders bevorzugt im Bereich 2 % bis 15 %, bevorzugt mit einer Schichtdicke, insbesondere mit einer Schichtdicke < 500μηη, bevorzugt < 200 μιτι, insbesondere zwischen 50 μιτι und 200 μιτι mit der ersten Verbindungsfläche (10) und/oder der zweiten Verbindungsfläche (12) verbunden, insbesondere stoffschlüssig verbunden  it is an intermediate layer (20) in particular of a ductile material, preferably a ductile metal, preferably with an elongation at break> 1%, preferably> 2%, in particular> 4%, more preferably> 10%, in particular in the range 1% to 20% , very particularly preferably in the range 2% to 15%, preferably with a layer thickness, in particular with a layer thickness <500μηη, preferably <200 μιτι, in particular between 50 μιτι and 200 μιτι with the first connection surface (10) and / or the second connection surface ( 12) connected, in particular materially connected
das sprödbrüchige Material (1 ) wird nach Aufbringen der Zwischenschicht (20) auf die erste und/oder zweite  the brittle material (1) is after application of the intermediate layer (20) on the first and / or second
Verbindungsfläche über die Zwischenschicht (20) mit dem metallischen Material (3) derart verbunden, dass eine  Connecting surface via the intermediate layer (20) with the metallic material (3) connected such that a
hochtemperaturfeste Verbindung für Temperaturen von mehr als 250°C, insbesondere mehr als 300°C, bevorzugt mehr als 400°C, insbesondere mehr als 500°C, zur Verfügung gestellt wird. high temperature resistant compound for temperatures greater than 250 ° C, in particular more than 300 ° C, preferably more than 400 ° C, in particular more than 500 ° C, is provided.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 17 , 18. The method according to any one of claims 16 to 17,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
das sprödbrüchige Material (1 ) mit dem metallischen Material (3) durch Schweißen, insbesondere Ultraschallschweißen, bevorzugt in Form von Punktschweißen, Rollnahtschweißen oder Torsionsschweißen verbunden wird.  the brittle material (1) is connected to the metallic material (3) by welding, in particular ultrasonic welding, preferably in the form of spot welding, seam welding or torsion welding.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, 19. The method according to any one of claims 16 to 18,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die erste Verbindungsoberfläche vorbehandelt, insbesondere thermisch oder chemisch vorgespannt und/oder festig keitssteigernd beschichtet und/oder lokal oder vollflächig geätzt und/oder poliert ist.  pretreated the first connection surface, in particular thermally or chemically prestressed and / or keitssteigernd coated and / or etched locally or over the entire surface and / or polished.
PCT/EP2014/072725 2013-11-05 2014-10-23 Body made of a brittle material and a metallic material, and method for producing an integral connection between a brittle material and a metallic material WO2015067477A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14799680.5A EP3066058A1 (en) 2013-11-05 2014-10-23 Body made of a brittle material and a metallic material, and method for producing an integral connection between a brittle material and a metallic material
JP2016550980A JP2017501106A (en) 2013-11-05 2014-10-23 Main body made of brittle material and metal material, and method for forming bond by bridging material and metal material

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013018465.7 2013-11-05
DE201310018465 DE102013018465A1 (en) 2013-11-05 2013-11-05 Body made of a brittle material and a metallic material and a method for producing a material connection of a brittle material and a metallic material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015067477A1 true WO2015067477A1 (en) 2015-05-14

Family

ID=51015410

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/072725 WO2015067477A1 (en) 2013-11-05 2014-10-23 Body made of a brittle material and a metallic material, and method for producing an integral connection between a brittle material and a metallic material

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3066058A1 (en)
JP (5) JP2017501106A (en)
DE (5) DE102013018465A1 (en)
WO (1) WO2015067477A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11143975B2 (en) 2016-12-22 2021-10-12 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus comprising an object with an upper layer having improved resistance to peeling off

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202018102537U1 (en) * 2017-12-22 2018-05-22 Schott Ag Furnishings and fittings for kitchens or laboratories with lighting elements
DE102018110897A1 (en) * 2017-12-22 2018-06-21 Schott Ag Furnishings and equipment for kitchens or laboratories with display devices
DE102018102932A1 (en) * 2018-02-09 2019-08-14 Schott Ag Curved glass or glass-ceramic disc and method for its production
DE102018103661A1 (en) 2018-02-19 2019-08-22 Schott Ag Transparent glass-ceramic article with high surface quality and process for its production
US10902880B2 (en) * 2018-03-23 2021-01-26 Amazon Technologies, Inc. Moveable motor and cover for mobile drive unit turntable
DE102018216755A1 (en) * 2018-09-28 2020-04-02 Schott Ag System with a worktop and a functional element, work table comprising such a system and method for manufacturing a work table
WO2021204776A1 (en) * 2020-04-09 2021-10-14 Jenoptik Optical Systems Gmbh Method for making a thermally stable connection between a glass element and a support element, method for producing an optical device, and optical device
DE102020123829A1 (en) * 2020-09-14 2022-03-17 Miele & Cie. Kg Hob, comprising a cover plate with at least one hotplate and a hob base

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2859562A (en) * 1954-10-15 1958-11-11 Philips Corp Metal glass seals and methods of making same
US3029559A (en) * 1956-07-25 1962-04-17 Bell Telephone Labor Inc Glass-metal seals
CH423294A (en) 1962-03-01 1966-10-31 Perkin Elmer Corp Method for attaching a metal strip to a non-metallic, preferably optical element
EP0262699A1 (en) 1986-08-18 1988-04-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Interconnecting a glass or ceramic element and a metal element
US4896816A (en) 1984-02-15 1990-01-30 Quantel S.A. Method for producing a fluidtight and heat curable seal between metal objects and a body of vitroceramic material
DE19917133A1 (en) 1999-04-15 2000-11-02 Dietmar Eifler Connection between a glass, glass ceramic and/or ceramic and a workpiece made of a different material is formed using a sonotrode and by ultrasound welding
WO2006121954A2 (en) * 2005-05-06 2006-11-16 Stark David H Insulated glazing units and methods
DE102005047006A1 (en) 2005-09-30 2007-04-05 Schott Ag Composite system, method for producing a composite system and luminous bodies
DE102008002959A1 (en) 2008-07-22 2010-01-28 Schunk Sonosystems Gmbh Method for the sealing welding of elements by means of ultrasound
EP2284450A1 (en) * 2008-04-03 2011-02-16 Abengoa Solar New Technologies, S.A. Sealed mechanical connection between glass and metal for receiver tubes used in solar plants

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3527958C2 (en) 1985-08-03 1994-01-20 Licentia Gmbh Oven and roasting tube
DE3527957C2 (en) 1985-08-03 1996-06-20 Aeg Hausgeraete Gmbh Oven muffle made of glass or ceramic glass
CA2183498A1 (en) 1995-11-13 1997-05-14 Walton E. Sparks Ceran smooth bottom range
DE19905670A1 (en) 1998-12-16 2000-09-07 Schott Glas Cooking utensil
DE102008025907B4 (en) 2008-05-29 2015-04-30 Schott Ag muffle furnace
DE102009056757B4 (en) 2009-12-04 2020-11-26 Schott Ag Grill device with heat source protection shield and heat source protection shield for shielding heating elements from food residues
DE102012204235B4 (en) 2012-03-16 2024-02-29 BSH Hausgeräte GmbH Household appliance for preparing food with an ultrasonic soldering connection and method for producing such a household appliance
DE102012215139A1 (en) 2012-08-27 2014-02-27 BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH Holding device for a receiving device for a food support in a cooking appliance and arrangement with such a holding device

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2859562A (en) * 1954-10-15 1958-11-11 Philips Corp Metal glass seals and methods of making same
US3029559A (en) * 1956-07-25 1962-04-17 Bell Telephone Labor Inc Glass-metal seals
CH423294A (en) 1962-03-01 1966-10-31 Perkin Elmer Corp Method for attaching a metal strip to a non-metallic, preferably optical element
US4896816A (en) 1984-02-15 1990-01-30 Quantel S.A. Method for producing a fluidtight and heat curable seal between metal objects and a body of vitroceramic material
EP0262699A1 (en) 1986-08-18 1988-04-06 Koninklijke Philips Electronics N.V. Interconnecting a glass or ceramic element and a metal element
DE19917133A1 (en) 1999-04-15 2000-11-02 Dietmar Eifler Connection between a glass, glass ceramic and/or ceramic and a workpiece made of a different material is formed using a sonotrode and by ultrasound welding
WO2006121954A2 (en) * 2005-05-06 2006-11-16 Stark David H Insulated glazing units and methods
DE102005047006A1 (en) 2005-09-30 2007-04-05 Schott Ag Composite system, method for producing a composite system and luminous bodies
EP2284450A1 (en) * 2008-04-03 2011-02-16 Abengoa Solar New Technologies, S.A. Sealed mechanical connection between glass and metal for receiver tubes used in solar plants
DE102008002959A1 (en) 2008-07-22 2010-01-28 Schunk Sonosystems Gmbh Method for the sealing welding of elements by means of ultrasound

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11143975B2 (en) 2016-12-22 2021-10-12 Asml Netherlands B.V. Lithographic apparatus comprising an object with an upper layer having improved resistance to peeling off

Also Published As

Publication number Publication date
EP3066058A1 (en) 2016-09-14
DE202014004182U1 (en) 2014-06-18
JP3195485U (en) 2015-01-22
JP3195484U (en) 2015-01-22
DE202014004212U1 (en) 2014-06-11
DE202014004209U1 (en) 2014-07-21
DE202014004210U1 (en) 2014-07-21
JP3195486U (en) 2015-01-22
JP3195487U (en) 2015-01-22
JP2017501106A (en) 2017-01-12
DE102013018465A1 (en) 2015-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015067477A1 (en) Body made of a brittle material and a metallic material, and method for producing an integral connection between a brittle material and a metallic material
EP2176185A1 (en) Method for the permanent connection of two components by means of glass or metal solder
KR20150127725A (en) Plated steel sheet for hot pressing, process for hot-pressing plated steel sheet and automobile part
EP3701057B1 (en) A method for the manufacture of a coated steel sheet
EP0001220B1 (en) Process for indirectly joining two parts
EP2435603B1 (en) Process of manufacturing a flat steel product and flat steel product
WO2013182394A1 (en) Disk having an electrical connection element
UA125978C2 (en) A method for the manufacture of a galvannealed steel sheet
CN102656433A (en) Ceramic product and method for the production thereof
KR101585721B1 (en) Galvanized steel having good weldabity and method for manufacturing the same
EP1880039B1 (en) Enamel coating for liquid application
EP3145896A2 (en) Wringing together of ceramics
EP3701056A1 (en) A method for the manufacture of a coated steel sheet
CN101218062B (en) Method for bonding work pieces and micro-structured component
EP3754290B1 (en) Method for manufacturing an armored component for motor vehicles
EP3877555A1 (en) Method for producing a sheet-metal component from a steel-plate product which is provided with an anti-corrosion coating
WO2012113426A1 (en) Method of joining a component composed of a carbon fibre-reinforced composite to a component comprised of a metal and bonding arrangement of such components
EP0194701B1 (en) Process for the production of protective surface layers
JP2022130469A (en) Method for manufacturing coated steel sheet
DE10240355B4 (en) Composite component and method for producing a composite component
DE3726075C1 (en) Method of soldering steel parts and of producing catalyst supports, heat exchangers and soot filters
KR101568614B1 (en) Galvanized steel having good spot weldabity and coatability, and method for manufacturing the same
EP2047942B1 (en) Multilayer solder for brazing stainless steel and nickel or cobalt alloys
JP2021500475A (en) Manufacturing method of coated steel sheet
DE10255063B4 (en) body structure

Legal Events

Date Code Title Description
DPE2 Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14799680

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2014799680

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016550980

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE