WO2023275131A1 - Fügeverbindung, umfassend ein glas, glas, insbesondere zur herstellung einer fügeverbindung sowie durchführung umfassend ein glas und/oder eine fügeverbindung sowie verfahren zu deren herstellung - Google Patents

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    • H01R2201/00—Connectors or connections adapted for particular applications
    • H01R2201/26—Connectors or connections adapted for particular applications for vehicles

Definitions

  • Joint connection comprising a glass, glass, in particular for producing a joint connection and implementation comprising a glass and/or a joint connection, and method for the production thereof
  • the invention generally relates to a joint connection comprising a glass and a joint partner, in particular a joint connection comprising a glass, which can also be at least partially crystallized or at least partially crystallized. Further aspects relate to a glass, in particular a glass for producing a joint, in particular comprising at least one joining partner, and a leadthrough (or a leadthrough element) which comprises such a glass and/or such a joint. Yet another aspect of the present disclosure relates to a method for producing such a joint and/or such a leadthrough.
  • feedthroughs which can also be referred to as feedthrough elements
  • Feedthroughs generally include a joint, include an electrically insulating component and at least two parts to be joined. At least the at least two joining partners are held together in an electrically insulated manner by the electrically insulating component.
  • the insulating component can generally comprise an insulator, in particular a glass, or also consist of an insulator, for example a glass. Glasses are particularly advantageous because they become such in the manufacturing process Joint connection and/or a passage, the glass at least partially melts and glazes onto the joint partner or partners, ie a connection, in particular a material connection, is created between the glass and the joint partner and a correspondingly good connection to them can be produced.
  • glasses are very well suited as components of an electrically insulating component in such joints and/or in corresponding feedthroughs, since they are not only electrically insulating, but are also suitable for the production of very tight, preferably hermetically tight, joints.
  • Joining connections for use in bushings are partly used in mechanically particularly stressed areas, for example also in the airbag igniters mentioned at the outset.
  • This requires high-strength joints or corresponding high-strength bushings.
  • the provision of such high-strength bushings or joints is contrary to a trend towards increasing miniaturization of components, which means that due to the reduction in size of the component and thus, for example, the contact surface between the glass and the joining partner or the joining partners, the mechanical strength of the Connection or implementation of this connection reduced.
  • At least partially crystallizing or at least partially crystallized glasses as components of an electrically insulating component.
  • a crystallite or crystal structure can form in which the crystallites or crystals in the at least partially crystallized glass are interlocked, for example, and thus advantageously support or increase the strength of the electrically insulating component .can increase.
  • US Pat. No. 7,989,373 B2 describes materials for hermetically sealing surfaces, for example surfaces of a porous ceramic substrate.
  • a joint connection is not described, in particular no joint connection which could be used for airbag igniters.
  • European patent application EP 0982274 A2 describes glass solders which can be used in fuel cells, for example. However, joints such as are used, for example, for airbag igniters or in passages for airbag igniters are not described. In particular, the glasses according to EP 982274 A2 do not exhibit sufficient glass extrusion forces and clear formation of bubbles.
  • the international patent application WO 2014/107631 A1 relates to glasses with a high content of divalent metal oxides of more than 40 mol %, which are used in fuel cells. Joining connections suitable for airbag igniters are not described.
  • the European patent application EP 3 450410 A1 describes a tubular glass product for sealing a metal.
  • the glasses have a relatively low Content of alkaline earth metal oxides and a comparatively high content of glass images. High-strength joints are not described.
  • the US patent application US 2019/0023605 A1 describes a sealing glass for a passage in a refrigerator or a refrigeration system, wherein the glass does not shrink too much at the glass transition temperature or in a temperature range around the glass transition temperature, in order to avoid cracking.
  • Joining connections with very high strength are not described, in particular no joining connections which are used with a high glass extrusion force and/or airbag igniters or in passages for airbag igniters.
  • US patent application US 2005/0277541 A1 describes a glass frit of a sealing glass, suitable in particular for fuel cells.
  • US patent application US 2006/0019813 A1 relates to sealing glasses for fuel cells.
  • US patent application US 2006/0172875 A1 describes a sealing glass with a low alkali content, which can be used in particular for fuel cells. Joining connections for example for airbag igniters or suitable for such are not mentioned.
  • US patent application US 2009/0325349 A1 describes a material for encapsulating semiconductors for applications in the range of 500°C.
  • European patent application EP 1 083 155 A1 describes a ceramic glass frit for glazes.
  • the object of the invention is to provide a joint which at least partially reduces the weaknesses of the prior art. Further aspects of the present invention relate to a glass, in particular for production and/or use in a joint, a method for producing a joint and a joint obtained according to the method, a leadthrough which comprises a joint according to the present disclosure, and its use.
  • the present disclosure therefore relates to a joint, in particular a joint for an airbag igniter or usable in a feedthrough for an airbag igniter, comprising an electrically insulating component and at least two joining partners, with at least the two joining partners being held together in an electrically insulated manner by the electrically insulating component.
  • the insulating component comprises a glass, preferably a glass comprising at most 2 to 3% by volume of crystals and/or crystallites, very particularly preferably an essentially crystallite-free glass, or consists of this.
  • the joint connection preferably has a maximum value of the glass extrusion force, preferably determined for a glazing length of 3 mm or up to 3 mm, but of at least 0.5 mm, of more than 3900 N, preferably of at least 4000 N.
  • the glass extrusion force is preferably determined as the mean value of the glass extrusion force for a total of 12 to 25 joints.
  • the glass squeezing force can preferably be determined in a method for determining the squeezing force as described below.
  • the glass pressing force is only slightly dependent on the exact glazing length, in particular in the glazing length range of 0.5 mm to 5 mm or in particular from 2 to 3 mm.
  • a glass extrusion force can also be specified for each mm of glazing length.
  • the glass extrusion force is preferably more than 1300 N per mm of glazing length, in particular at least 1330 N per mm of glazing length, preferably at least in a range of glazing lengths from 0.5 mm to 5 mm or from 2 to 3 mm.
  • a joint connection is mounted in a receptacle or a holder by a clamping device, with the clamping device having a lower and an upper part.
  • a test needle is arranged on the upper part of the clamping device, which presses on the joint. The force at which the joint yields can be determined by linearly increasing the force with which the test needle presses on the joint.
  • the glass generally comprises
  • a metal oxide of the general formula MO a glass-forming metal and/or semimetal oxide, GB, being understood in particular as SiCk, Al2O3, B2O3, ZrCk , La2O3, P2O5, Fe203 and/or T1O2 and/or mixtures thereof, a metal oxide of the general formula MO being in particular what is meant is an alkaline earth metal or ZnO, and the molar ratio of the sum of the metal oxides, MO, comprised by the glass to the sum of the glass images, GB, comprised by the glass, is between at least 0.29 and at most 0.59.
  • the molar ratio £MO/£GB can be at least 0.29, preferably at least 0.30, particularly preferably at least 0.31. According to one embodiment, the molar ratio £MO/£GB is at most 0.58, preferably at most 0.55.
  • the glazing length is generally understood to mean the shortest length of the interface between the electrically insulating component and a joint partner of the joint in the axial direction. Due to the formation of a meniscus, it is possible here that the glazing length can be designed differently for the two joining partners.
  • a preferably materially bonded connection is formed between the glass, which is encompassed by the electrically insulating component or from which the electrically insulating component consists, and at least one joining partner, preferably both joining partners.
  • Such a joint connection is very advantageous.
  • a very high strength can be obtained in a resulting joint, in particular also for rather short glazing lengths of only 3 mm or 2 mm, for example.
  • bushings that can be used in airbag igniters.
  • glass extrusion forces as specified above are possible.
  • a glass it is generally possible for a glass to comprise only crystals, or only crystallites, or a mixture of crystallites and crystals. With regard to the content of crystals and/or crystallites in the glass, reference is always made to the total content of the crystalline phases comprised by a glass.
  • a glass is generally understood to mean an inorganic, non-metallic, oxidic product produced from a melting process, which is at least partially amorphous, in particular X-ray amorphous.
  • the glass according to the present disclosure can also comprise crystals or crystallites or generally crystalline phases, ie it can be designed as at least partially crystallized glass.
  • the only low content of crystalline phases, ie crystals and/or crystallites, in the glass according to embodiments can on the one hand facilitate the production of a joint connection and accordingly also implementation. For example, it is not necessary for a nucleation step to be carried out during glazing. Furthermore, it has even been shown that in this way, ie in particular with a glass according to embodiments, which can only have a low volume crystallization, simplified assembly methods are even possible.
  • the electrically insulating component directly, i.e. without a grinding process following the glass melt and subsequent production of a compact from or comprising a glass powder.
  • the glass can therefore be particularly advantageous for the production of centrosymmetric designs of the electrically insulating component in particular, since in this case the production of a glass tube, which already essentially corresponds to those of a later electrically insulating component in terms of geometric dimensions, already after the melt and shaping a blank of the electronically insulating component can be obtained without grinding and pressing steps are necessary.
  • this design of the joint connection or a passage according to embodiments and/or the simplified production of such a joint connection and/or passage can be further supported by a suitable selection of the joining partners and/or the glass.
  • the glass comprises only a small amount of crystalline phases
  • a high content of crystalline phases in a glass according to embodiments can be achieved, for example, in a joint comprising this glass, for example, when the electrically insulating component is produced via a sintering route.
  • the grain boundaries in a compact are often the starting point for crystallization.
  • a different shape is chosen, for example a tube pass, it may also be possible to achieve lower degrees of crystallization for the same glass composition.
  • the glass further comprises at least one network modifier, NW, of the general formula R 2 O, a network modifier NW of the general formula R 2 O being understood in particular as an alkali metal oxide.
  • NW network modifier
  • the network modifier R 2 O can be or include Na 2 O, LhO , CS 2 O, K 2 O, RbO and also any mixtures thereof, in particular Na 2 O, K 2 O, LEO and any mixtures thereof.
  • the addition of at least one network modifier, in particular an alkali metal oxide or several alkali metal oxides, can also increase the thermal expansion coefficient of the resulting glass, which is particularly advantageous if the thermal expansion coefficient corresponds particularly well to that of a metallic joining partner should match. This is because, as a rule, metallic materials have relatively high coefficients of thermal expansion compared to glass.
  • the thermal expansion coefficient is understood to mean the linear thermal expansion coefficient a, in particular with regard to glassy materials, which can be determined in particular in the temperature interval between 20° C. and 300° C.
  • the sum of all metal or semimetal oxides, GB, of the general formula RO2 or R2O3 comprised by the glass is at least 50 mol% and preferably at most 70 mol%, and/or
  • NW the sum of all network modifiers, comprised by the glass, of the general formula R2O from at least 9 mol% to at most 20 mol%, preferably from at least 10 mol% to preferably at most 19 mol%, and/or
  • the sum of all of the glass comprised metal oxides of the general formula MO more than 15 mol% to preferably at most 35 mol%.
  • the content of at least one component or group of components i.e. at least the glass former GB and/or the metal oxides MO and/or the network modifier NW, is within a certain range.
  • the sum of all metal or semimetal oxides, GB, of the general formula RO2 or R2O3 comprised by the glass is at least 50 mol % to preferably at most 70 mol %.
  • a relatively low content of glass formers in a glass can be advantageous in particular for lowering the melting temperature, because the viscosity generally also increases with the content of glass formers, which are advantageous for the formation of a stable, in particular three-dimensionally linked, network.
  • a low content of glass formers in a glass is also unfavorable for the glass stability, since the degree of crystallization also decreases with the increasing degree of crosslinking and increasing viscosity.
  • the sum of all metal oxides of the general formula MO comprised by the glass is more than 15 mol % and preferably up to at most 35 mol %.
  • the advantageous ratio of the metal oxides MO to the glass formers comprised by the glass be set, which leads to the formation of the advantageous strong glass with only low volume crystallization of the glass or the joint connection or implementation according to the disclosure.
  • the inventors also assume that in this way a particularly good glass structure, which resembles what is known as “inverted glass”, is obtained, which has surprisingly good elastic properties which surprisingly lead to good glass extrusion force.
  • the total content of all metal oxides of the general formula MO comprised by the glass is more than 18 mol %.
  • the sum of all network modifiers, NW, comprised by the glass, of the general formula R2O is from at least 9 mol% to at most 20 mol%, preferably from at least 10 mol% to preferably at most 19 mol -%, amounts to.
  • the S1O2 content of the glass is generally, without limitation to a specific exemplary embodiment of the present disclosure, at least 45 mol%, preferably at least 47 mol%, particularly preferably at least 49 mol% and in particular at most 67 mol% , preferably at most 65 mol %, particularly preferably at most 63 mol %, very particularly preferably at most 61 mol %.
  • S1O2 is a glass former and in the glasses according to the present disclosure particularly contributes to the stability of the glass against devitrification.
  • the S1O2 content of the glass should therefore not be too low and, according to one embodiment, is at least 45 mol %, preferably at least 47 mol %, particularly preferably at least 49 mol %.
  • the S1O2 content of the glass is preferably limited, in particular also so that excessively high melting temperatures and/or melt viscosities are not reached. Therefore, according to a further embodiment, the glass content is at most 63 mol %, preferably at most 61 mol %. Surprisingly, it has been shown that, despite a relatively low S1O2 content, a glass can be obtained which enables sufficient strength in a joint.
  • the glasses according to embodiments have only a very low tendency to crystallize, as is shown in particular by the low contents of crystals and/or crystallites in the glass according to embodiments. As stated, their content is preferably at most 3% by volume, preferably even at most 2% by volume, particularly preferably at most 1% by volume, it even being possible and even being particularly preferred for the glass to be crystalline or crystallite-free.
  • the Na2O content of the glass is generally, without limitation to a specific exemplary embodiment of the present disclosure, at least 2 mol %, preferably at least 4 mol %, and preferably at most 12 mol %, particularly preferably at most 11 mol %. %, most preferably at most 10 mol%.
  • Na 2 O acts as a network modifier in the glass according to the present disclosure and can therefore advantageously influence the thermal expansion coefficient and the viscosity of the glass melt.
  • Na2O is a well-known and readily available glass component and therefore enables a glass to be produced inexpensively in a simple manner.
  • the glass therefore preferably comprises at most 12 mol%, particularly preferably at most 11 mol%, very particularly preferably at most 10 mol%.
  • the minimum content of Na2O in the glass should be at least 2 mol %, preferably at least 4 mol %.
  • K2O is another component of the glass according to one embodiment.
  • the K2O content of the glass can generally be at least 2 mole %, preferably at least 3 mole %, and preferably at most 12 mole %, particularly preferably at most 11 mole %, without being restricted to a specific exemplary embodiment of the present disclosure more preferably at most 10 mol%.
  • Al2O3 is considered a glass former in the glasses according to embodiments and is an optional component of a glass for a joint according to embodiments.
  • the glass preferably comprises less than 4.5 mol % Al2O3, preferably less than 4 mol %, particularly preferably at most 3 mol %.
  • Al2O3 is a component that can increase the rigidity of a sealing glass.
  • the Al2O3 content of the glass should not be too high and, according to embodiments, should preferably be limited to a maximum of 4.5 mol % is limited. It is assumed that with the glasses according to embodiments for the advantageous joining connections according to the present disclosure, in particular with high extrusion resistance and/or suitable for an airbag igniter or for passages for such, it is not absolutely necessary to use a particularly stiff glass. In particular, it is not necessary for a glass with a particularly high modulus of elasticity to be obtained.
  • B2O3 is another optional component of a glass according to embodiments.
  • B2O3 is a well-known glass former which can be used, for example, to lower the melting temperature of a glass and is also advantageous in terms of chemical durability. Therefore, according to embodiments, the glasses may comprise B2O3.
  • too high a B2O3 content of a glass can generally limit its temperature resistance, and the content of the glass according to embodiments is therefore preferably limited.
  • the B2O3 content of the glass is preferably less than 8 mol %, preferably less than 6 mol %, particularly preferably less than 5, very particularly preferably less than 4.5. In this way, according to one embodiment, a good compromise between good meltability of the glass, good chemical resistance and an overall good temperature stability of the glass and, accordingly, a joint which includes this glass.
  • BaO is another optional component of a glass according to embodiments.
  • BaO can be contained in the glass as alkaline earth oxide and thus support the advantageous properties of the glass according to embodiments for producing a particularly strong joint.
  • the BaO content of the glass is preferably limited according to embodiments. This is because BaO can lead to demixing and/or crystallization of a glass, particularly if the content is too high. It was also observed that in the glasses according to embodiments, too high a BaO content can lead to increased bubble formation, which could possibly be attributed to the uptake of CO2 by BaO. It is also discussed that BaO can have a potential for water hazard and should therefore not be included in too high concentrations, since leaching could possibly lead to water hazard. Therefore, according to embodiments, the BaO content of the glass is preferably at most 10 mol %, preferably not more than 6 mol %.
  • MgO is another optional component of the glass according to one embodiment.
  • the MgO content of the glass should preferably be less than 12 mol %, particularly preferably at most 11 mol %. It was shown that if the glass contains too much MgO, there is a strong tendency to crystallize, which leads to poor vitrification. Therefore, as stated, the MgO content of the glass is preferably limited as stated above.
  • SrO is yet another optional component of the glass according to one embodiment.
  • the glass should preferably contain no more than 12 mol % SrO, because even with this alkaline earth metal oxide a strong tendency to crystallize could be observed in the glasses of the disclosure if the content was too high.
  • the glass comprises at most 9 mol% SrO.
  • the glass can comprise fluoride F.
  • this component is problematic because in high concentrations it can negatively affect the chemical and also the galvanic resistance of the glass.
  • the fluoride content of the glass is therefore preferably limited and is preferably less than 6 mol %, preferably less than 5 mol % and particularly preferably less than 3 mol %.
  • the glass can also be free of the respective component, i.e. this component from the respective glass only in the form of unavoidable traces with a content of no more than 500 ppm, based on the weight, is included.
  • the glass comprises the following components in mole % on an oxide basis:
  • Al2O3 0-4.5, preferably less than 4, particularly preferably 0-3
  • B2O3 0-less than 8, preferably less than 6, particularly preferably less than 5, very particularly preferably less than 4.5 T1O2: 0-10, preferably less than 8, particularly preferably less than 7, particularly preferably less than 6 ZrO2 : 0 - 5, preferably 0 - 3, particularly preferably 0 - 2.5
  • La 2 O 3 0-5, preferably 0-4, particularly preferably 0-3.5
  • Fe 2 O 3 0-2, preferably less than 1, preferably at most 0.5
  • MgO 0 - less than 12, preferably 0 - 11
  • Fluoride 0 - less than 6, preferably less than 5, more preferably less than 3.
  • a glass according to a composition as indicated above it is possible to achieve only a low volume crystallization, for example at most 3% by volume or less, generally between at most 2-3% by volume or less, for example 1% by volume. % or less, or even essentially or completely crystallite-free glasses.
  • a low volume crystallization for example at most 3% by volume or less, generally between at most 2-3% by volume or less, for example 1% by volume. % or less, or even essentially or completely crystallite-free glasses.
  • a joint according to embodiments with very high strength for example glass extrusion resistance
  • the glass due to the relatively low content of S1O2 has a comparatively low melt viscosity, so that the glass can flow well.
  • this could alternatively or additionally result from the fact that the glass structures preferably obtained with the glasses according to embodiments enable a particularly good glass structure, which can compensate particularly well, for example, for pressure loads such as those acting on the glass or a joint during glass pressing.
  • the relationships possibly underlying this possible mechanism are not fully understood.
  • the glass and/or the electrically insulating component has a linear thermal expansion coefficient, 0120-300, in the range from 20°C to 300°C of more than 7.5*10 6 /K, preferably more than 8* 10 6 /K, and preferably not more than 12*10 6 /K, preferably not more than 11*10 6 K. It is possible that the components to be joined or the materials comprised by these components are chosen in such a way that their thermal Expansion coefficients differ only very slightly. In this way, for example, particularly low-stress fusions can be achieved.
  • thermal expansion coefficients of the joining partners it is also possible and can also be advantageous for certain applications for the thermal expansion coefficients of the joining partners to differ in a targeted manner from the thermal expansion coefficients of the insulating component, in particular the glass comprised by this component. In this way, it is possible in particular to produce a so-called pressure glazing.
  • the linear thermal expansion coefficient a is understood as the thermal expansion coefficient. Unless otherwise stated, it is given in the range of 20-300°C. The designations a and 0120-300 are used synonymously within the scope of this invention.
  • the specified value is the nominal average thermal linear expansion coefficient according to ISO 7991, which is determined in static measurement.
  • the glass has a processing temperature Va of less than 1000°C.
  • the glass can have a softening point Ew of less than 800°C, preferably less than 770°C.
  • Va designates the processing point, the temperature at which the viscosity of the glass is 10 4 dPa*s (so-called T 4).
  • EW designates the softening point, namely T 7.6, the temperature at which the viscosity of the glass is IO 7.6 dPa*s.
  • Such configurations of the glass according to embodiments are very advantageous since with glasses which have such a processing temperature and/or such a softening temperature, good wetting of the joining partner(s) takes place through the glass in the glazing process (or synonymously glazing process).
  • the glasses therefore melt well, which means in particular that the glasses preferably form positive menisci, especially in the event that no external pressure is applied, for example by a graphite stamp.
  • the electrically insulating component may include a filler, for example a crystalline, inorganic filler.
  • a filler is understood to mean a further material added to the vitreous material, which is in particular designed in such a way that it does not react with the vitreous material, or reacts only to a very small extent, but is essentially inert to it.
  • the electrically insulating component is designed in such a way that it comprises a composite material.
  • the addition of a filler can be advantageous, for example, if the thermal expansion coefficient of the insulating component is to be set precisely. For example, it is possible to add negatively stretching ß-eucryptite to the glass, which leads to a reduction in the resulting coefficient of thermal expansion of the electrically insulating component.
  • the electrically insulating component comprises a composite material comprising a glass according to embodiments and at least one filler, optionally also several fillers
  • a so-called "powder route” i. here the glass is produced as a ribbon, then ground up and then further processed into a pressable granulate. This is then followed by further steps including, for example, the production of a sintered part.
  • the glass has a hydrolytic resistance, determined according to ISO 719 (1994-02), of class 3 or better, preferably class 2 or better, particularly preferably class 1.
  • a hydrolytic resistance determined according to ISO 719 (1994-02)
  • class 3 or better preferably class 2 or better, particularly preferably class 1.
  • Such a configuration of the glass and/or of the joint equipped with such a glass is very advantageous because in this way a product is obtained which has good corrosion resistance.
  • Such good corrosion resistance is not only important for products that are used in particularly corrosive environments, but also for good long-term stability, for example if a product is stored in ambient air for a long time but still has to function reliably even after a long time .
  • the glass has an alkali resistance according to ISO 695 (1989-12) of 2 or better, preferably 1.
  • the alkali resistance of a glass is another aspect of the corrosion resistance of a glass, and high alkali resistance can therefore advantageously further improve the overall corrosion resistance of the glass and an article comprising such a glass.
  • the glass has this despite an overall rather low proportion of glass formers, in particular of S1O2 and furthermore in particular of B2O3. It is known that glasses with a high content of S1O2 and advantageously also a high content of B2O3 have a particularly high corrosion resistance, so that the good corrosion properties of the glass according to embodiments can therefore be classified as rather surprising.
  • the glass has an E module of at least 70 GPa.
  • the modulus of elasticity is preferably limited and has a value of at most 95 GPa.
  • the glass is free from toxicologically questionable components, in particular free from PbO, AS2O3, CdO, SeCE, free from these components meaning that the glass contains these components only in the form of impurities with a maximum content of 500 ppm, in particular not more than 100 ppm by weight.
  • the glass can therefore preferably be produced without toxicologically questionable components.
  • the glass comprises refining agents, in particular Sb 2 O 3 , sulfates and/or chlorides, only in the form of impurities with a maximum content of 500 ppm each, based on the weight.
  • refining agents in particular Sb 2 O 3 , sulfates and/or chlorides, only in the form of impurities with a maximum content of 500 ppm each, based on the weight.
  • the use of refining agents is therefore not absolutely necessary, so that, for example, materials that are harmful to health and/or materials that may attack the tank bricks are not required.
  • the glass comprises coloring additives, in particular Co, Ni, Cr, Cu, Mn, Mo, V, W and/or rare earth compounds, e.g. Ce, Nd, Eu - Compounds, in the form of impurities only, each containing no more than 500 ppm by weight.
  • coloring additives in particular Co, Ni, Cr, Cu, Mn, Mo, V, W and/or rare earth compounds, e.g. Ce, Nd, Eu - Compounds, in the form of impurities only, each containing no more than 500 ppm by weight.
  • the glass is free from B12O3, TeCE, GeO?, TaiOs, >2q5, Ga20,, Y2O3, InCh, where free from these components means that the glass contains these components only in the form of impurities with a content of no more than 500 ppm by weight.
  • the glass can be produced without using high-purity raw materials; the use of components which require high-purity and/or expensive raw materials is therefore advantageously not necessary.
  • At least one joining partner comprises a metal, in particular a metal from the group of steels, for example normal steels, stainless steels, stainless steels and high-temperature-stable ferritic steels, which are also known under the brand name Thermax, for example Thermax 4016, Thermax4742, or Thermax4762 or Crofer22 APE1 or CroFer22 H or NiFe-based materials, for example NiFe45, NiFe47 or nickel-plated pins, or known by the brand name Inconel, for example Inconel 718 or X-750, or steels, known for example by the names CF25, Alloy 600, Alloy 625 , Alloy 690, SE1S310S, SE1S430, SEM446 or SE1S316, or austenitic steels such as 1.4828 or 1.4841 or a high-temperature-stable ceramic compound, for example an aluminum oxide-based ceramic or a zirconium oxide-based ceramic, for example a ceramic
  • the joint connection obtained can also withstand higher temperatures, for example up to 500° C., particularly advantageously in the form that the mechanical strength of the joint connection is maintained even at these elevated temperatures.
  • joint connection and/or a bushing which includes such a joint connection for example in an airbag igniter or in a sensor such as an exhaust gas sensor, a pressure sensor, a particle sensor such as a soot particle sensor and/or a temperature sensor and/or in an NO x sensor and/or in an oxygen sensor and/or in a bushing for a compressor and/or an e-compressor and/or as an electrical power bushing in an exhaust element and/or in a fuel cell and/or in a bushing for a chemical reactor.
  • a sensor such as an exhaust gas sensor, a pressure sensor, a particle sensor such as a soot particle sensor and/or a temperature sensor and/or in an NO x sensor and/or in an oxygen sensor and/or in a bushing for a compressor and/or an e-compressor and/or as an electrical power bushing in an exhaust element and/or in a fuel cell and/or in a bushing for a chemical reactor.
  • a sensor such as an exhaust gas
  • a joining partner is designed as a base comprising at least one through opening, and the base has a height of at most 10 mm and at least 0.5 mm, preferably at most 5 mm and at least 1.5 mm.
  • the inventive object is also achieved by a glass, in particular a glass according to the embodiments described above.
  • the present disclosure also relates to a method for producing a joint connection, in particular a high-strength joint connection, in particular a joint connection for an airbag igniter or suitable for a passage for an airbag igniter, in particular preferably a joint connection according to the embodiments described above.
  • the procedure includes the following steps:
  • An embodiment in which the glass is hot-formed to obtain a tube after the melting is particularly advantageous. Because further steps, such as grinding and granulating, are then not necessary.
  • the powder route is taken, i.e. ribbons and/or frits are produced and ground into powder and granulated. Because in this case it is possible, for example, to process fillers or at least one filler, for example for the precise adjustment of a coefficient of expansion.
  • the thermal treatment can take place, for example, at temperatures between 850° C. and 1000° C., in particular in an industrial glazing furnace.
  • Joining connections according to the present disclosure for example produced or producible as described above and/or comprising a glass according to one embodiment, are usually also cleaned, for example galvanically cleaned. According to embodiments, the joints preferably survive this without significant damage, in particular after that continue to achieve the advantageous properties of the joint according to embodiments.
  • the present disclosure also relates to a joint, produced or producible in a method as described above and/or comprising a glass according to the embodiments described above.
  • the present disclosure also relates to a bushing comprising a joint connection according to one embodiment and/or produced or producible in a method according to one embodiment and/or comprising a glass according to one embodiment.
  • the present disclosure also relates to the use of a joint according to one embodiment and/or produced or producible in a method according to one embodiment, and/or the use of a bushing according to one embodiment, in an airbag igniter or in a sensor, such as an exhaust gas sensor Pressure sensor, a particle sensor, such as a soot particle sensor and/or a temperature sensor and/or in a NO x sensor and/or in an oxygen sensor and/or in a passage for a compressor and/or an e-compressor and/or or as an electrical power feedthrough in an exhaust element and/or in a fuel cell and/or in a feedthrough for a chemical reactor.
  • a sensor such as an exhaust gas sensor Pressure sensor
  • a particle sensor such as a soot particle sensor and/or a temperature sensor and/or in a NO x sensor and/or in an oxygen sensor and/or in a passage for a compressor and/or an e-compressor and/or or as an electrical power feedthrough in an exhaust element and/or
  • an airbag igniter comprising a feedthrough, in particular a feedthrough according to one embodiment, and/or a joint, in particular a joint according to one embodiment and/or produced or producible in a method according to one embodiment, comprising a glass, in particular a glass according to one embodiment, wherein the joint connection has a maximum value of the glass extrusion force, preferably determined for a glazing length of 3 mm or up to 3 mm, but of at least 0.5 mm, of more than 3900 N, preferably at least 4000 N, preferably determined as the mean value of the extrusion force for a total of 12 to 25 joints.
  • compositions of glasses according to embodiments are listed in the following tables.
  • the compositions are each given in mol %.
  • the characteristic temperatures are the temperatures usually used to describe the melting behavior of ashes, such as softening temperature (abbreviated: softening), sintering temperature (abbreviated: sintering), spherical temperature (abbreviated to spherical), hemispherical temperature (abbreviated to: hemisphere) and flow temperature (abbreviated to flow temp .), as determined using a heating microscope (abbreviated EHM). These temperatures are determined according to or based on DIN 51730.
  • t k 100 is the temperature of the glass for the specific electrical resistance of 10 8 W*cm, preferably determined according to DIN 52326.
  • PI to P3 stand for temperature programs, with PI being a temperature program for glazing, i.e.
  • Tg stands for the glass transition temperature, determined by the intersection of the tangents on the two branches of the expansion curve when measured at a heating rate of 5K/min.
  • Va denotes the Processing point, the temperature at which the viscosity of the glass is 10 4 dPa*s (so-called T 4).
  • EW denotes the softening point, namely T 7.6.
  • preforms could be produced both by the tube drawing method and by the sintering route. Surprisingly, the result of the expressiveness of the joints made with these different preforms is the same.
  • Micrographs can be seen in FIG. 1, with the micrograph of the preform obtained via the sintering route in the corresponding joint connection being visible in FIG. 1 a) in 2000x magnification, and the microstructure of the preform obtained by means of tube drawing in FIG. 1b) in 1000x magnification in the corresponding joint.
  • the joining partner is always shown on the left-hand side in the micrographs of FIG. In the case of the structure in FIG. 1, it is a metal.
  • the joint connection 1 comprises an electrical component 4 and the joining partners 2, 3, which are held electrically isolated from one another by the electrically insulating component 4.
  • the electrically insulating component 4 comprises a glass, preferably a glass comprising at most 2-3% by volume of crystals and/or crystallites, or can even consist of such a glass. In general, it can be preferred that the glass is a substantially crystallite-free glass.
  • the glazing length 5 is also indicated. This is the shortest length of the interface that is formed between the electrically insulating component 4 and at least one joining partner 2, 3, specifically in the axial direction 6.
  • Joining partner 3 is designed in the form of a hollow body which has an opening in which joining partner 2 and electrically insulating component 4 are accommodated.
  • the joining partner 3 which can also be referred to as the outer joining partner, can also be designed as a round or cylindrical hollow body. In general, without being limited to one
  • the joining partner 2 which can also be referred to as the inner joining partner, can be designed as a pin. Also referred to is the so-called glazing length 5. This is generally the shortest length of the interface between the electrically insulating component 4 and at least one joining partner of the joint in the axial direction.
  • the axial direction 6 is understood to mean the direction which is aligned approximately parallel to the length of the joining partner 2, which is designed here as an elongated pin.
  • the axial direction 6 can also be understood as the direction approximately perpendicular to the free surface of the electrically insulating component 4, the free surface being that surface which is not in contact with one of the joining partners 2, 3.
  • Approximately parallel or approximately perpendicular is understood here to mean that the deviation from an ideally parallel or perpendicular orientation is no more than ⁇ 10°, preferably no more than ⁇ 5°.
  • the glazing length can thus generally also be understood here as the lowest height of the electrical component 4 .
  • the glazing length 5 is of the same design on both joining partners 2, 3.
  • the glazing length on the joining partner 2 it is also possible for the glazing length on the joining partner 2 to be shorter than on the joining partner 3 due to the formation of a meniscus. In this case, the glazing length 5 is the shorter length.

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Abstract

Die Erfindung betrifft allgemein eine Fügeverbindung umfassend ein Glas sowie einen Fügepartner, insbesondere eine Fügeverbindung umfassend ein Glas, welches auch zumindest teilweise kristallisierend oder zumindest teilweise kristallisiert ausgestaltet sein kann. Weitere Aspekte betreffen ein Glas, insbesondere ein Glas zu Herstellung einer Fügeverbindung, insbesondere umfassend wenigstens einen Fügepartner, sowie eine Durchführung (oder ein Durchführungselement), welches ein solches Glas und/oder eine solche Fügeverbindung umfasst. Ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Fügeverbindung und/oder einer solchen Durchführung.

Description

Fügeverbindung, umfassend ein Glas, Glas, insbesondere zur Herstellung einer Fügeverbindung sowie Durchführung umfassend ein Glas und/oder eine Fügeverbindung sowie Verfahren zu deren Herstellung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein eine Fügeverbindung umfassend ein Glas sowie einen Fügepartner, insbesondere eine Fügeverbindung umfassend ein Glas, welches auch zumindest teilweise kristallisierend oder zumindest teilweise kristallisiert ausgestaltet sein kann. Weitere Aspekte betreffen ein Glas, insbesondere ein Glas zu Herstellung einer Fügeverbindung, insbesondere umfassend wenigstens einen Fügepartner, sowie eine Durchführung (oder ein Durchführungselement), welches ein solches Glas und/oder eine solche Fügeverbindung umfasst. Ein nochmals weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Fügeverbindung und/oder einer solchen Durchführung.
Hintergrund der Erfindung
In bestimmten Anwendungen, beispielsweise der Sensorik, wie bei Partikel sensoren, Abgassensoren, Drucksensoren, oder für Stromdurchführungen, oder beispielsweise auch in einem Zünder, beispielsweise einem Airbagzünder, werden sogenannte Durchführungen (die auch als Durchführungselemente bezeichnet werden können) verwendet. Durchführungen umfassen dabei allgemein eine Fügeverbindung, umfassen ein elektrisch isolierendes Bauteil sowie zumindest zwei Fügepartner. Zumindest die zumindest zwei Fügepartner sind durch das elektrisch isolierende Bauteil elektrisch isoliert aneinander gehalten.
Das isolierende Bauteil kann allgemein einen Isolator umfassen, insbesondere ein Glas, oder auch aus einem Isolator, beispielsweise einem Glas, bestehen. Gläser sind dabei insbesondere von Vorteil, weil sie im Herstellungsprozess einer solchen Fügeverbindung und/oder einer Durchführung das Glas zumindest teilweise aufschmilzt und an den Fügepartner oder die Fügepartner anglast, d.h. zwischen dem Glas und dem Fügepartner eine Verbindung, insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung, entsteht und eine entsprechende gute Verbindung zu diesen hersteilen kann. So sind gerade Gläser als Bestandteile eines elektrisch isolierenden Bauteils in solchen Fügeverbindungen und/oder in entsprechenden Durchführungen sehr gut geeignet, da sie nicht nur elektrisch isolierend sind, sondern auch geeignet sind für die Herstellung sehr dichter, vorzugsweise hermetisch dichter, Fügeverbindungen.
Fügeverbindungen für die Verwendung in Durchführungen sind dabei zum Teil in mechanisch besonders beanspruchten Bereichen eingesetzt, beispielsweise auch in den eingangs erwähnten Airbagzündem. Hierfür sind hochfeste Fügeverbindungen erforderlich bzw. entsprechende hochfeste Durchführungen. Die Bereitstellung solch hochfester Durchführungen bzw. Fügeverbindungen steht aber einem Trend zur zunehmenden Miniaturisierung von Bauteilen entgegen, welche dazu führt, dass aufgrund der Verkleinerung des Bauteils und damit beispielsweise der Kontaktfläche zwischen dem Glas und dem Fügepartner oder den Fügepartnern sich entsprechend auch die mechanische Festigkeit der Verbindung bzw. der diese Verbindung umfassenden Durchführung verringert.
Um auch bei kleineren Durchführungen, welche beispielsweise in einem Airbagzünder verwendet werden können, hochfeste Fügeverbindungen und entsprechend eine hochfeste Durchführung zu erhalten, ist es bekannt, insbesondere zumindest teilweise kristallisierende bzw. zumindest teilweise kristallisierte Gläser als Bestandteile eines elektrisch isolierenden Bauteils zu verwenden. Bei solchen zumindest teilweise kristallisierbaren und/oder zumindest teilweise kristallisierten Gläsern kann sich nämlich ein Kristallit- bzw. Kristallgefüge ausbilden, bei welchem die Kristallite bzw. Kristalle im zumindest teilweise kristallisierten Glas beispielsweise ineinander verzahnt vorliegen und somit die Festigkeit des elektrisch isolierenden Bauteils vorteilhaft unterstützen bzw. erhöhen können. Nachteilig hieran kann aber sein, dass bei der Herstellung des elektrisch isolierenden Bauteils gerade auf diese Eigenschaft der zumindest teilweise stattfinden Kristallisation besonderes Augenmerk zu legen ist, sodass die Kristallisation auch tatsächlich kontrolliert stattfindet. Durch die Kristallisation verändert, insbesondere erhöht, sich nämlich auch die Schmelztemperatur und das Schmelzverhalten des zumindest teilweise kristallisierenden bzw. kristallisierten Glases, sodass ein Auffließen auf den oder die Fügepartner und entsprechend die Ausbildung einer festen Verbindung, beispielsweise einer stoffschlüssigen Verbindung, zwischen dem zumindest teilweise kristallisierenden oder kristallisierten Glas und dem Fügepartner oder den Fügepartner nicht bzw. kaum mehr möglich ist bzw. nur unter Aufbringen eines zusätzlichen äußeren Drucks erfolgen kann.
Das US-amerikanische Patent US 7,989,373 B2 beschreibt Materialien zum hermetischen Versiegelung von Oberflächen, beispielsweise von Oberflächen eines porösen keramischen Substrats. Eine Fügeverbindung wird nicht beschrieben, insbesondere keine Fügeverbindung, welche für Airbagzünder verwendbar wäre.
Das europäische Patentanmeldung EP 0982274 A2 beschreibt Glaslote, welche beispielsweise in Brennstoffzellen verwendet werden können. Nicht beschrieben werden jedoch Fügeverbindungen, wie sie beispielsweise für Airbagzünder bzw. in Durchführungen für Airbagzünder verwendet werden. Insbesondere zeigen die Gläser nach der EP 982274 A2 nicht ausreichende Glasauspresskräfte sowie eine deutliche Blasenbildung.
Die internationale Patentanmeldung WO 2014/107631 Al betrifft Gläser mit einem hohen Gehalt an zweiwertigen Metalloxiden von mehr als 40 Mol-%, welche in Brennstoffzellen verwendet werden. Fügeverbindungen geeignet für Airbagzünder werden nicht beschrieben.
Die europäische Patentanmeldung EP 3 450410 Al beschreibt ein rohrförmiges Glasprodukt zum Abdichten eines Metalls. Die Gläser weisen einen relativ geringen Gehalt von Erdalkalioxiden auf sowie einen vergleichsweise hohen Gehalt an Glasbildern. Fügeverbindungen mit hoher Festigkeit sind nicht beschrieben.
Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2019/0023605 Al beschreibt ein Dichtungsglas für eine Durchführung in einem Kühlschrank oder einer Kühlanlage, wobei das Glas bei der Glasübergangstemperatur bzw. in einem Temperaturbereich um die Glasübergangstemperatur herum keinen zu starken Schrumpf aufweist, um eine Rissbildung zu vermeiden. Fügeverbindungen mit sehr hoher Festigkeit werden nicht beschrieben, insbesondere keine Fügeverbindungen, welche eine hohe Glasauspresskraft und/oder Airbagzündern oder in Durchführungen für Airbagzünder verwendet werden.
Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2005/0277541 Al beschreibt eine Glasfritte eines Dichtungsglases, geeignet insbesondere für Brennstoffzellen.
Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2006/0019813 Al betrifft Dichtungsgläser für Brennstoffzellen.
Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2006/0172875 Al beschreibt ein Dichtungsglas mit einem geringen Alkaligehalt, welches insbesondere für Brennstoffzellen verwendet werden kann. Fügeverbindungen für beispielsweise Airbagzünder oder geeignet für solche sind nicht genannt.
Die US-amerikanische Patentanmeldung US 2009/0325349 Al beschreibt ein Material zum Verkapseln von Halbleitern für Anwendungen im Bereich von 500°C.
Die europäische Patentanmeldung EP 1 083 155 Al beschreibt eine keramische Glasfritte für Glasuren.
Keine der vorgenannten Schriften des Standes der Technik beschreibt hochfeste Fügeverbindungen für Airbagzünder oder geeignet für Airbagzünder, beispielsweise zur Verwendung in Durchführungen für solche Zünder. Es besteht daher allgemein ein Bedarf an einer Fügeverbindung, welche eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, insbesondere im Hinblick auf eine zum Auspressen des isolierenden Bauteils notwendige Kraft, und welche die Schwächen des Standes der Technik zumindest teilweise mindert, sowie an Durchführungen, welche eine solche Fügeverbindung umfassen. Weiterhin besteht auch ein Bedarf an einem Herstellungsverfahren für eine solche Fügeverbindung und/oder für eine solche Durchführung.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Fügeverbindung, welche die Schwächen des Standes der Technik zumindest teilweise mindert. Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen ein Glas, insbesondere zur Herstellung und/oder Verwendung in einer Fügeverbindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung und eine verfahrensgemäß erhaltene Fügeverbindung, eine Durchführung, welche eine Fügeverbindung nach der vorliegenden Offenbarung umfasst, sowie deren Verwendung.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte, bevorzugt und/oder spezielle Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren der vorliegenden Offenbarung.
Die vorliegende Offenbarung betrifft daher eine Fügeverbindung, insbesondere Fügeverbindung für einen Airbagzünder oder verwendbar in einer Durchführung für einen Airbagzünder, umfassend ein elektrisch isolierendes Bauteil sowie zumindest zwei Fügepartner, wobei zumindest die zwei Fügepartner durch das elektrisch isolierende Bauteil elektrisch isoliert aneinander gehalten sind. Das isolierende Bauteil umfasst ein Glas, vorzugsweise ein Glas umfassend höchstens 2 bis 3 Vol.-% Kristalle und/oder Kristallite, ganz besonders bevorzugt ein im Wesentlichen kristallitfreies Glas, oder besteht aus diesem. Vorzugsweise weist die Fügeverbindung einen Maximalwert der Glasauspresskraft, vorzugsweise bestimmt für eine Einglasungslänge von 3 mm oder bis zu 3 mm, jedoch von mindestens 0,5 mm, von mehr als 3900 N, vorzugweise von wenigstens 4000 N auf. Die Glasauspresskraft ist dabei vorzugsweise bestimmt als Mittelwert der Glasauspresskraft für eine Gesamtheit von 12 bis 25 Fügeverbindungen. Insbesondere kann die Glasauspresskraft vorzugsweise bestimmt sein in einem Verfahren zur Ermittlung der Auspresskraft wie nachfolgend beschrieben.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass die Glasauspresskraft nur wenig von der genauen Einglasungslänge abhängig ist, insbesondere im Bereich der Einglasungslänge von 0,5 mm bis 5 mm oder insbesondere von 2 bis 3 mm.
Es kann auch eine Glasauspresskraft je mm Einglasungslänge angegeben werden. Vorzugsweise beträgt die Glasauspresskraft mehr als 1300 N je mm Einglasungslänge, insbesondere wenigstens 1330 N je mm Einglasungslänge, vorzugsweise zumindest in einem Bereich der Einglasungslängen von 0,5 mm bis 5 mm oder von 2 bis 3 mm.
Hierfür wird eine Fügeverbindung in einer Aufnahme bzw. einem Halter durch eine Spannvorrichtung gelagert, wobei die Spannvorrichtung einen unteren und einen oberen Teil aufweist. An dem oberen Teil der Spannvorrichtung ist eine Prüfnadel angeordnet, welche auf die Fügeverbindung drückt. Durch lineare Erhöhung der Kraft, mit welcher die Prüfnadel auf die Fügeverbindung drückt, kann die Kraft ermittelt werden, bei der die Fügeverbindung nachgibt.
Vorzugsweise umfasst das Glas allgemein
- wenigstens ein glasbildendes Metall- oder Halbmetalloxid, GB, der allgemeinen Formel der allgemeinen Formel RO2 oder R2O3,
- wenigstens ein Metalloxid der allgemeinen Formel MO, wobei unter einem glasbildenden Metall- und/oder Halbmetalloxid, GB, insbesondere verstanden werden SiCk, AI2O3, B2O3, ZrCk, La2Ü3, P2O5, Fe203 und/oder T1O2 und/oder Mischungen hiervon, wobei unter einem Metalloxid der allgemeinen Formel MO insbesondere verstanden wird ein Erdalkalimetall oder ZnO, und wobei das Stoffmengenverhältnis der Summe der vom Glas umfassten Metalloxide, MO, zur Summe der vom Glas umfassten Glasbildern, GB, zwischen mindestens 0,29 und höchstens 0,59 liegt.
Allgemein gilt also:
0,29 < XMO/^GB < 0,59.
Allgemein kann das Stoffmengenverhältnis £MO/£GB gemäß einer Ausführungsform mindestens 0,29, bevorzugt mindestens 0,30, besonders bevorzugt mindestens 0,31 sein. Gemäß einer Ausführungsform beträgt das Stoffmengenverhältnis £MO/£GB höchstens 0,58, bevorzugt höchstens 0,55.
Unter der Einglasungslänge wird allgemein die kürzeste Länge der Grenzfläche zwischen dem elektrisch isolierenden Bauteil und einem Fügepartner der Fügeverbindung in axialer Richtung verstanden. Aufgrund einer Meniskusbildung ist es hier möglich, dass die Einglasungslänge bei den beiden Fügepartnem unterschiedlich ausgebildet sein kann. Vorzugsweise ist im Bereich der Einglasungslänge durch das Anglasen eine vorzugsweise stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Glas, welches vom elektrisch isolierenden Bauteil umfasst wird oder aus welchem das elektrisch isolierende Bauteil besteht, und wenigstens einem Fügepartner, vorzugsweise beiden Fügepartnem, ausgebildet.
Eine solche Fügeverbindung ist sehr vorteilhaft. Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, dass mit einem solchen Glas, welches das vorstehend spezifizierte Stoffmengenverhältnis der Summe der vom Glas umfassten Metalloxide MO zur Summe der vom Glas umfassten Glasbilder GB aufweist, nämlich zwischen mindestens 0,29 und höchstens 0,59, zum einen eine sehr hohe Festigkeit in einer resultierenden Fügeverbindung erhalten werden kann, insbesondere auch für eher geringe Einglasungslängen von beispielsweise lediglich 3 mm oder 2 mm. Beispielsweise können damit sogar Durchführungen, die in Airbagzündern verwendet werden können, erhalten werden. Insbesondere sind damit Glasauspresskräfte wie vorstehend spezifiziert möglich.
Ein besonderer Vorteil ist es aber gerade auch, dass solche hochfesten Fügeverbindungen und/oder Durchführungen erhalten werden können für ein Glas, welches gerade vorzugsweise höchstens 2-3 Vol.-% Kristallite und/oder Kristalle umfasst, wobei vorzugsweise das Glas sogar im Wesentlichen kristallitfrei ausgebildet ist, also höchstens 1 Vol.-% Kristallite und/oder Kristalle umfasst oder sogar vollständig kristallitfrei ausgebildet sein kann. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass der Gesamtgehalt des Glases an Kristallen und/oder Kristalliten vorzugsweise höchstens 2 bis 3 Vol.-% beträgt oder sogar kristallitfrei oder kristallfrei ausgebildet sein kann, also insgesamt nicht mehr als 1 Vol.-% Kristalle und/oder Kristallite umfasst. Unter Kristalliten werden allgemein kleine Kristalle verstanden mit einem Durchmesser von nicht mehr als 1 mih Dabei ist es allgemein möglich, dass ein Glas nur Kristalle umfasst, oder auch nur Kristallite, oder eine Mischung von Kristalliten und Kristallen. Hinsichtlich des Gehalts des Glases an Kristallen und/oder Kristalliten wird also vorliegend stets auf den Gesamtgehalt der von einem Glas umfassten kristallinen Phasen abgestellt.
Unter einem Glas wird allgemein ein aus einem Schmelzprozess hergestelltes anorganisches, nichtmetallisches, oxydisches Produkt verstanden, welches zumindest teilweise amorph, insbesondere röntgenamorph, ausgebildet ist. Das Glas nach der vorliegenden Offenbarung kann allerdings auch Kristalle oder Kristallite bzw. allgemein kristalline Phasen umfassen, also als zumindest teilweise kristallisiertes Glas ausgebildet sein. Der nur geringe Gehalt des Glases nach Ausführungsformen an kristallinen Phasen, also Kristallen und/oder Kristalliten, kann zum einen die Herstellung einer Fügeverbindung und entsprechend auch einer Durchführung erleichtern. So ist es beispielsweise nicht notwendig, dass ein Keimbildungsschritt bei der Anglasung durchgeführt wird. Weiterhin hat sich sogar gezeigt, dass auf diese Weise, d.h. insbesondere mit einem Glas nach Ausführungsformen, welches nur eine geringe Volumenkristallisation aufweisen kann, sogar vereinfachte Assemblierungsweisen möglich sind.
Beispielsweise ist es sogar möglich, das elektrisch isolierende Bauteil direkt, d.h. ohne einen sich an die Glasschmelze anschließenden Mahlvorgang mit anschließendem Herstellen eines Presslings aus einem oder umfassend ein Glaspulver, herzustellen.
Denn es hat sich gezeigt, dass es mit Gläsern nach Ausführungsformen sogar möglich sein kann, direkt in einem Formgebungsprozess in Form beispielsweise eines Rohrzugs ein elektrisch isolierendes Bauteil umfassend oder sogar aus Glas zu erhalten. Dies ist vorteilhaft deshalb möglich, weil das Glas nach der Offenbarung nur eine sehr geringe Kristallisationsneigung aufweist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass trotz des Fehlens von Kristalliten und/oder Kristallen im Glas dennoch eine hohe Festigkeit der resultierenden Fügeverbindung, wie sie sich beispielsweise in einer hohen Glasauspresskraft, insbesondere einem hohen Maximalwert der Glasauspresskraft, vorzugsweise auch für nur geringe Einglasungslängen von lediglich 3 mm, zeigen kann, wie vorstehend beschrieben. Insbesondere für die Herstellung von zentrosymmetri sehen Bauformen des elektrisch isolierenden Bauteils kann das Glas nach Ausführungsformen daher besonders vorteilhaft sein, da in diesem Fall über die Herstellung eines Glasrohrs, welches von den geometrischen Abmessungen bereits im Wesentlichen denen eines späteren elektrisch isolierenden Bauteils entspricht, bereits nach der Schmelze und Formgebung ein Rohling des elektronisch isolierenden Bauteils erhalten werden kann, ohne dass Mahl- und Pressschritte notwendig sind.
Dies ist insbesondere auch deshalb vorteilhaft, weil bei einer so hohen Auspresskraft insgesamt eine besonders gute mechanische Beständigkeit bzw. Festigkeit der Fügeverbindung gegeben ist, sodass eine solche Fügeverbindung beispielsweise auch in einer Durchführung verwendet werden kann und/oder insbesondere auch in oder für io mechanisch besonders beanspruchten Bauteilen wie beispielsweise Airbagzündern verwendet werden kann.
Vorteilhaft kann diese Ausgestaltung der Fügeverbindung bzw. einer Durchführung nach Ausführungsformen und/oder die erleichterte Herstellung einer solchen Fügeverbindung und/oder Durchführung weiter unterstützt werden durch eine geeignete Auswahl der Fügepartner und/oder des Glases.
Zwar kann es vorliegen bevorzugt sein, wenn das Glas nur wenig kristalline Phasen, wie vorstehend ausgeführt, umfasst, es ist jedoch auch möglich, dass das Glas einen hohen Gehalt an kristallinen Phasen aufweist. Ein hoher Gehalt an kristallinen Phasen in einem Glas nach Ausführungsformen kann beispielsweise in einer Fügeverbindung umfassend dieses Glas beispielsweise dann erzielt werden, wenn das elektrisch isolierende Bauteil über eine Sinterroute hergestellt wird. In diesem Falle sind nämlich bekanntermaßen häufig die Komgrenzen in einem Pressling Ausgangspunkt für Kristallisation. Wird hingegen eine andere Formgebung gewählt, beispielsweise ein Rohrzug, können für dieselbe Glaszusammensetzung möglicherweise auch geringere Kristallisationsgrade erzielt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Glas weiterhin wenigstens einen Netzwerkwandler, NW, der allgemeinen Formel R2O, wobei unter einem Netzwerkwandler NW der allgemeinen Formel R2O insbesondere ein Alkalimetalloxid verstanden wird. Insbesondere kann also der Netzwerkwandler R2O Na2Ü, LhO, CS2O, K2O, Rb?0 sein oder umfassen sowie auch beliebige Mischungen hiervon, insbesondere Na2Ü, K2O, LEO und beliebige Mischungen hiervon. Eine solche Ausgestaltung mit einem Glas, welches wenigstens einen Netzwerkwandler NW umfasst, ist vorteilhaft, denn auf diese Weise kann bei dem Glas der Schmelzpunkt gesenkt und damit die Herstellung des Glases vereinfacht werden. Auch kann durch die Zugabe wenigstens eines Netzwerkwandlers, insbesondere eines Alkalimetalloxids oder mehrerer Alkalimetalloxide, auch der thermische Ausdehnungskoeffizient des resultierenden Glases erhöht werden, was besonders vorteilhaft ist, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient besonders gut mit dem eines metallischen Fügepartners übereinstimmen soll. Denn in der Regel weisen metallische Materialien im Vergleich zu einem Glas relativ hohe thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Unter dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung insbesondere in Bezug auf glasige Materialien der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient a verstanden, welcher insbesondere im Temperaturintervall zwischen 20°C und 300°C bestimmt sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt
- die Summe aller vom Glas umfassten Metall- oder Halbmetalloxide, GB, der allgemeinen Formel RO2 oder R2O3 wenigstens 50 Mol-% bis vorzugsweise höchstens 70 Mol-%, und/oder
- die Summe aller vom Glas umfassten Netzwerkwandler, NW, der allgemeinen Formel R2O von wenigstens 9 Mol-% bis höchstens 20 Mol-%, bevorzugt von wenigstens 10 Mol-% bis vorzugsweise höchstens 19 Mol-%, und/oder
- die Summe aller vom Glas umfassten Metalloxide der allgemeinen Formel MO mehr als 15 Mol-% bis vorzugsweise höchstens 35 Mol-%.
Gemäß dieser Ausführungsform liegt also der Gehalt wenigstens einer Komponente oder Komponentengruppe, d.h. also wenigstens der Glasbildner GB und/oder der Metalloxide MO und/oder der Netzwerkwandler NW in einem bestimmten Bereich.
Gemäß einer Ausführungsform liegt beispielsweise die Summe aller vom Glas umfassten Metall- oder Halbmetalloxide, GB, der allgemeinen Formel RO2 oder R2O3 bei wenigstens 50 Mol-% bis vorzugsweise höchstens 70 Mol.-%. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass es sich vorliegend gemäß einer Ausführungsform um ein Glas handelt, bei welchem der Gehalt des Glases an Glasbildnern relativ gering ist. Mit wenigstens 50 Mol-% ist der Gehalt an Glasbildnem GB dabei so hoch gewählt, dass sich ein glasiges Netzwerk ausbilden kann, jedoch ist er im Vergleich zu bekannten Gläsern relativ gering ausgebildet und beträgt vorzugsweise höchstens 70 Mol-%. Ein relativ geringer Gehalt eines Glases an Glasbildnem kann insbesondere zur Senkung der Schmelztemperatur vorteilhaft sein, denn mit dem Gehalt an Glasbildnern, die ja zur Ausbildung eines stabilen, insbesondere dreidimensional verknüpften Netzwerks vorteilhaft sind, steigt im Allgemeinen auch die Viskosität. Jedoch ist ein geringer Gehalt eines Glases an Glasbildnern auch ungünstig für die Glasstabilität, denn mit dem zunehmenden Vernetzungsgrad und steigender Viskosität sinkt auch die Kristallisationsgrad. Dennoch haben die Erfinder überraschend herausgefunden, dass es auch mit einem solchen Glas, welches nach einer Ausführungsform einen vergleichsweise geringen Glasbildnergehalt aufweist, dennoch möglich ist, ein stabiles Glas mit einer nur geringen Kristallisation, insbesondere also einem nur geringen Gehalt an Kristallen und/oder Kristalliten von vorzugsweise höchstens 2 bis 3 Vol.-%, oder sogar im Wesentlichen oder sogar vollkommen kristallitfrei, herzustellen. Dies wird anscheinend durch das günstige Verhältnis von der Summe der Metalloxide zur Summe der Glasbildner, wie vorstehend spezifiziert, ermöglicht.
Vorteilhaft ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform, wenn die Summe aller vom Glas umfassten Metalloxide der allgemeinen Formel MO mehr als 15 Mol-% und vorzugsweise bis höchstens 35 Mol-% beträgt. Auf diese Weise kann nicht nur das vorteilhafte Verhältnis der Metalloxide MO zu den vom Glas umfassten Glasbildnern eingestellt werden, welches zur Ausbildung des vorteilhaften festen Glases mit nur geringer Volumenkristallisation des Glases bzw. der Fügeverbindung bzw. Durchführung nach der Offenbarung führt. Die Erfinder vernuten aber auch, dass auf diese Weise eine besonders gute Glasstruktur, welche einem sogenannten „Invertglas“ ähnelt, erhalten wird, welche erstaunlich gute elastische Eigenschaften aufweist, die überraschenderweise zu einer guten Glasauspresskraft führen. Gemäß einer Ausführungsform beträgt der Gehalt die Summe aller vom Glas umfassten Metalloxide der allgemeinen Formel MO mehr als 18 Mol-%. Eine bevorzugte Obergrenze für die Summe aller vom Glas umfassten Metalloxide der allgemeinen Formel MO kann gemäß einer Ausführungsform liegen bei 31 Mol-%.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es auch vorgesehen sein, dass die Summe aller vom Glas umfassten Netzwerkwandler, NW, der allgemeinen Formel R2O von wenigstens 9 Mol-% bis höchstens 20 Mol-%, bevorzugt von wenigstens 10 Mol-% bis vorzugsweise höchstens 19 Mol-%, beträgt.
Dies ist vorteilhaft, denn auf diese Weise kommen die Vorteile der Netzwerkwandler, wie beispielsweise die Erhöhung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder die Erniedrigung der Schmelzviskosität, vorteilhaft zum Tragen, ohne dass jedoch nachteilige Effekte überwiegen oder zu stark zum Tragen kommen, beispielsweise eine zu geringe Beständigkeit des Glases bzw. des isolierenden Bauteils und/oder eine zu niedrige Einsatztemperatur des resultierenden Glases bzw. der Fügeverbindung und/oder Durchführung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der Gehalt des Glases an S1O2 allgemein, ohne Beschränkung auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, wenigstens 45 Mol-%, bevorzugt wenigstens 47 Mol-%, besonders bevorzugt wenigstens 49 Mol-% und insbesondere höchstens 67 Mol-%, bevorzugt höchstens 65 Mol.-%, besonders bevorzugt höchstens 63 Mol-%, ganz besonders bevorzugt höchstens 61 Mol-%. S1O2 ist ein Glasbildner und trägt in den Gläsern nach der vorliegenden Offenbarung insbesondere zur Stabilität des Glases gegenüber Entglasung bei. Daher sollte der Gehalt des Glases an S1O2 nicht zu niedrig ein und beträgt gemäß einer Ausführungsform wenigstens 45 Mol.-%, bevorzugt wenigstens 47 Mol-%, besonders bevorzugt wenigstens 49 Mol-%. Vorzugsweise ist der Gehalt des Glases an S1O2 jedoch begrenzt, insbesondere auch, damit keine zu hohen Schmelztemperaturen und/oder Schmelzviskositäten erreicht werden. Daher beträgt gemäß einer weiteren Ausführungsform der Gehalt des Glases höchstens 63 Mol-%, bevorzugt höchstens 61 Mol-%. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass trotz eines relativ geringen Gehalts an S1O2 ein Glas erhalten werden kann, welches eine ausreichende Festigkeit in einer Fügeverbindung ermöglicht. Dabei weisen die Gläser nach Ausführungsformen trotz des eher geringen Gehalts an Netzwerkbildnern allgemein und an S1O2 im Besonderen eine nur sehr geringe Kristallisationsneigung auf, wie sich insbesondere an den geringen Gehalten des Glases nach Ausführungsformen an Kristallen und/oder Kristalliten zeigt. Wie ausgeführt, beträgt deren Gehalt vorzugsweise höchstens 3 Vol.-%, vorzugsweise sogar höchstens 2 Vol.-%, besonders bevorzugt höchstens 1 Vol.-%, wobei es sogar möglich ist und sogar ganz besonders bevorzugt sein kann, dass das Glas kristall- bzw. kristallitfrei vorliegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der Gehalt des Glases an Na2Ü allgemein, ohne Beschränkung auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, wenigstens 2 Mol-%, bevorzugt wenigstens 4 Mol-%, und vorzugsweise höchstens 12 Mol-%, besonders bevorzugt höchstens 11 Mol-%, ganz besonders bevorzugt höchstens 10 Mol-%. Als Alkalimetalloxid wirkt Na20 im Glas nach der vorliegenden Offenbarung als Netzwerkwandler und kann daher vorteilhaft den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die Viskosität der Glasschmelze beeinflussen. Darüber hinaus ist Na2Ü eine bekannte und gut verfügbare Glaskomponente und ermöglichst daher auf einfache Weise eine kostengünstige Herstellung eines Glases. Jedoch ist es bekannt, dass Na2Ü die chemische Beständigkeit eines Glases negativ beeinflussen kann, sodass der Gehalt des Glases an Na2Ü vorzugsweise begrenzt ist. Das Glas umfasst daher vorzugsweise höchstens 12 Mol-%, besonders bevorzugt höchstens 11 Mol-%, ganz besonders bevorzugt höchstens 10 Mol- %. Der Mindestgehalt des Glases an Na2Ü sollte gemäß einer Ausführungsform bei wenigstens 2 Mol-%, bevorzugt wenigstens 4 Mol-%, liegen.
K2O ist eine weitere Komponente des Glases gemäß einer Ausführungsform. Der Gehalt des Glases an K2O kann allgemein, ohne Beschränkung auf ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, wenigstens 2 Mol-%, vorzugsweise wenigstens 3 Mol-%, und bevorzugt höchstens 12 Mol-% betragen, besonders bevorzugt höchstens 11 Mol-% und ganz besonders bevorzugt höchstens 10 Mol-%. AI2O3 wird in den Gläser nach Ausführungsformen als ein Glasbildner betrachtet und ist nach Ausführungsformen eine optionale Komponente eines Glases für eine Fügeverbindung. Vorzugsweise umfasst das Glas weniger als 4,5 Mol-% AI2O3, bevorzugt weniger als 4 Mol-%, besonders bevorzugt höchstens 3 Mol-%. AI2O3 ist eine Komponente, welche die Steifigkeit eines Dichtungsglases erhöhen kann. Jedoch hat sich überraschenderweise gezeigt, dass es für die Erzielung einer ausreichenden Festigkeit einer Fügeverbindung, beispielsweise so, dass sehr hohe Glasauspresskräfte erzielbar sind, vorteilhaft der Gehalt des Glases an AI2O3 nicht zu hoch sein sollte und nach Ausführungsformen vorzugsweise auf höchstens 4,5 Mol-% begrenzt ist. Es wird vermutet, dass es bei den Gläsern nach Ausführungsformen für die vorteilhaften Fügeverbindungen nach der vorliegenden Offenbarung, insbesondere mit hoher Auspressfestigkeit und/oder geeignet für einen Airbagzünder oder für Durchführungen für einen solchen, nicht zwingend erforderlich ist, ein besonders steifes Glas zu verwenden. Insbesondere ist es nicht notwendig, dass ein Glas mit einem besonders hohen E-Modul erhalten wird. Vielmehr scheint es vorteilhaft zu sein, wenn ein elastisches Glasnetzwerk resultiert, wobei insbesondere der Gehalt an Glasbildnern wie ausgeführt begrenzt ist. Aber insbesondere scheint auch die Art der beteiligten Glasbildner von Bedeutung zu sein. Vorteilhaft sollte daher nach Ausführungsformen, wie ausgeführt, der Gehalt des Glases an AI2O3 entsprechend begrenzt sein.
B2O3 ist eine weitere optionale Komponente eines Glases entsprechend Ausführungsformen. B2O3 ist ein bekannter Glasbilder, welcher beispielsweise verwendet werden kann, um die Schmelztemperatur eines Glases zu senken, und auch vorteilhaft ist hinsichtlich der chemischen Beständigkeit. Daher können die Gläser nach Ausführungsformen B2O3 umfassen. Jedoch kann ein zu hoher Gehalt eines Glases an B2O3 allgemein dessen Temperaturbeständigkeit und der Gehalt des Glases nach Ausführungsformen ist daher vorzugsweise begrenzt. Bevorzugt beträgt der Gehalt des Glases an B2O3 weniger als 8 Mol-%, bevorzugt weniger als 6 Mol-%, besonders bevorzugt weniger als 5, ganz besonders bevorzugt weniger als 4,5. Auf diese Weise kann gemäß einer Ausführungsform ein guter Kompromiss zwischen guter Schmelzbarkeit des Glases, einer guten chemischen Beständigkeit und einer insgesamt guten Temperaturstabilität des Glases und entsprechend einer Fügeverbindung, welches dieses Glas umfasst.
BaO ist eine weitere optionale Komponente eines Glases entsprechend Ausführungsformen. BaO kann vorliegend im Glas als Erdalkalioxid enthalten sein und damit die vorteilhaften Eigenschaften des Glases nach Ausführungsformen zur Erzeugung einer besonders festen Fügeverbindung unterstützen. Allerdings ist vorzugsweise der Gehalt des Glases an BaO nach Ausführungsformen begrenzt. Denn BaO kann insbesondere in zu hohen Gehalten zu Entmischung und/oder Kristallisation eines Glases führen. Auch wurde beobachtet, dass in den Gläsern nach Ausführungsformen ein zu hoher Gehalt an BaO zu einer vermehrten Blasenbildung führen kann, was möglicherweise auf die Aufnahme von CO2 durch BaO zurückgeführt werden könnte. Auch wird diskutiert, dass BaO ein Potential zur Wassergefährdung aufweisen kann, und sollte daher nicht in zu hohen Gehalten umfasst sein, da es gegebenenfalls durch Auslaugung zu einer Wassergefährdung kommen könnte. Daher beträgt der Gehalt des Glases an BaO gemäß Ausführungsformen vorzugsweise höchstens 10 Mol-%, bevorzugt nicht mehr als 6 Mol-%.
MgO ist eine weitere optionale Komponente des Glases nach einer Ausführungsform. Vorzugsweise sollte der Gehalt des Glases an MgO weniger als 12 Mol-% betragen, besonders bevorzugt höchstens 11 Mol-%. So konnte gezeigt werden, dass bei zu hohem Gehalt des Glases an MgO eine starke Kristallisationsneigung besteht, was zu einer nur schlechten Anglasung führt. Daher ist wie ausgeführt vorzugsweise der Gehalt des Glases an MgO wie vorstehend ausgeführt begrenzt.
SrO ist eine nochmals weitere optionale Komponente des Glases nach einer Ausführungsform. Vorzugsweise sollte das Glas nicht mehr als 12 Mol-% SrO umfassen, denn auch bei diesem Erdalkalioxid konnte bei zu hohen Gehalt eine starke Kristallisationsneigung in den Gläsern der Offenbarung beobachtet werden. Vorzugsweise umfasst das Glas höchstens 9 Mol-% SrO. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Glas Fluorid F umfassen. Jedoch ist diese Komponente problematisch, da sie in zu hohen Konzentrationen die chemische und auch die galvanische Beständigkeit des Glases negativ beeinflussen kann. Vorzugsweise ist daher der Gehalt des Glases an Fluorid begrenzt und beträgt vorzugsweise weniger als 6 Mol-%, bevorzugt weniger als 5 Mol-% und besonders bevorzugt weniger als 3 Mol-%.
Bei allen vorgenannten optionalen Komponenten ist es möglich, dass in speziellen Ausführungsformen das Glas jeweils auch frei von der jeweiligen Komponente sein kann, also diese Komponente vom jeweils Glas lediglich in Form von unvermeidlichen Spuren mit einem Gehalt von nicht mehr als 500 ppm, bezogen auf das Gewicht, umfasst wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Glas die folgenden Komponenten in Mol-% auf Oxidbasis:
S1O2: 45 - 67, vorzugsweise 47 bis 63
AI2O3: 0 - 4,5, bevorzugt weniger als 4, besonders bevorzugt 0 - 3
B2O3: 0 - weniger als 8, bevorzugt weniger als 6, besonders bevorzugt weniger als 5, ganz besonders bevorzugt weniger als 4,5 T1O2: 0 - 10, bevorzugt weniger als 8, besonders bevorzugt weniger als 7, besonders bevorzugt weniger als 6 ZrÜ2: 0 - 5, bevorzugt 0 - 3, besonders bevorzugt 0 - 2,5
La203: 0 - 5, bevorzugt 0 - 4, besonders bevorzugt 0 - 3,5
Fe203: 0 - 2, bevorzugt weniger als 1, vorzugsweise höchstens 0,5
L12O: 0 - 4, bevorzugt 0 - 3
Na2Ü: 2 - 12, bevorzugt 4 - 11
K2O: 2 - 12, bevorzugt 3 - 11
ZnO: 0 - 30, bevorzugt 0 - 25
MgO: 0 - weniger als 12, bevorzugt 0 - 11
CaO: 0 - 22, bevorzugt 0 - 17
SrO: 0 - 12, bevorzugt 0 - 9 BaO: 0 - 10, bevorzugt höchstens 6
Fluorid: 0 - weniger als 6, bevorzugt weniger als 5, besonders bevorzugt weniger als 3.
Es hat sich gezeigt, dass gerade in der Kombination der vorstehenden Komponenten als Bestandteile eines Glases, insbesondere in den vorstehend genannten Bereichen, eine Fügeverbindung erhalten werden kann, welche überraschenderweise eine besonders hohe Festigkeit aufweist, beispielsweise auch bestimmt als Glasauspresskraft, wie dies vorstehend allgemein für alle Ausführungsformen beschrieben ist.
Mit einem Glas gemäß einer Zusammensetzung wie vorstehend aufgeführt ist es insbesondere möglich, nur eine geringe Volumenkristallisation, von beispielsweise höchstens 3 Vol.-% oder weniger zu erzielen, allgemein zwischen höchstens 2-3 Vol.-% oder weniger, beispielsweise 1 Vol.-% oder weniger, oder sogar im Wesentlichen oder vollständig kristallitfreie Gläser zu erhalten. Dabei ist vor allen Dingen überraschend, dass auch mit einem solchen amorphen Gefüge, also mit einem Volumenanteil von Kristalliten und/oder Kristallen in Glas von höchstens 3 Vol.-% oder sogar weniger, wie vorstehend ausgeführt, eine Fügeverbindung nach Ausführungsformen mit sehr hoher Festigkeit, beispielsweise Glasauspressfestigkeit, möglich ist. Denn bisher war man hier davon ausgegangen, dass für solche besonders festen Fügeverbindungen, wie sie beispielsweise in kleinen Durchführungen, die auch in einem Airbagzünder oder ähnlichen Anwendungen verwendet werden können, zur Erzielung hoher Festigkeiten Gefüge umfassend Kristalle und/oder Kristallite, gerade auch mit ineinander gefügten und miteinander verzahnten Kristallen und/oder Kristalliten, notwendig sei, um solche hohen Festigkeit zu erzielen. Die Erfinder vermuten, dass die hohen Festigkeiten, welche trotz der geringen Volumenkristallisation und insbesondere auch mit Gläsern nach Ausführungsformen, welche nur sehr wenige Kristalle oder Kristallite umfassen oder auch vorzugsweise im Wesentlichen kristallitfrei ausgebildet sein können, zum einen eine besonders gute chemische Anbindung zwischen dem Glas und wenigstens einem Fügepartner oder vorzugsweise auch mehreren oder allen von der Fügeverbindung umfassten Fügepartnem zurückgeführt werden kann. Diese könnte beispielsweise dadurch erzielt werden, dass das Glas durch den relativ geringen Gehalt an S1O2 eine vergleichsweise geringe Schmelzviskosität aufweist, sodass ein gutes Auffließen des Glases ermöglicht wird. Zum anderen könnte dies alternativ oder zusätzlich daraus resultieren, dass die mit den Gläsern nach Ausführungsformen vorzugsweise erhaltenen Glasstrukturen eine besonders gute Glasstruktur ermöglichen, welche beispielsweise bei Druckbelastungen, wie diese in einem Glasauspressen auf das Glas bzw. eine Fügeverbindung einwirken, besonders gut kompensieren kann. Jedoch sind die diesem möglichen Mechanismus möglicherweise zugrundeliegenden Zusammenhänge nicht vollständig verstanden.
Gemäß einer Ausführungsform hat das Glas und/oder das elektrisch isolierende Bauteil einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, 0120-300, im Bereich von 20°C bis 300°C, von mehr als 7,5 * 106/K, bevorzugt mehr als 8 * 106/K, und vorzugsweise von höchstens 12 * 106/K, bevorzugt von höchstens 11 *106K. Es ist möglich, dass die zu fügenden Komponente bzw. der von diesen Komponenten umfassten Materialien so gewählt werden, dass sich ihre thermischen Ausdehnungskoeffizienten nur sehr gering unterscheiden. Auf diese Weise können beispielsweise besonders spannungsarme Verschmelzungen erzielt werden. Es ist jedoch auch möglich und kann für bestimmte Anwendungen auch von Vorteil sein, dass sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Fügepartner gezielt vom thermischen Ausdehnungskoeffizienten des isolierenden Bauteils, insbesondere des von diesem Bauteil umfassten Glases, gezielt unterscheiden. Auf diese Weise ist insbesondere das Herstellen einer sogenannten Druckeinglasung möglich.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird als der thermische Ausdehnungskoeffizient der lineare thermische Ausdehnungskoeffizient a verstanden. Er wird, sofern nicht anders angegeben, im Bereich von 20-300°C angegeben. Die Bezeichnungen a und 0120-300 werden im Rahmen dieser Erfindung synonym verwendet. Beim angegebenen Wert handelt es sich um den nominalen mittleren thermischen Längenausdehnungskoeffizienten gemäß ISO 7991, welcher in statischer Messung bestimmt ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Glas eine Verarbeitungstemperatur Va von weniger als 1000°C auf.
Alternativ oder zusätzlich kann das Glas eine Erweichungstemperatur Ew von weniger als 800°C, bevorzugt weniger als 770°C auf.
Va bezeichnet den Verarbeitungspunkt, die Temperatur, bei welcher die Viskosität des Glases 104 dPa*s beträgt (sogenannte T 4). EW bezeichnet den Erweichungspunkt, nämlich T 7,6, die Temperatur, bei welcher die Viskosität des Glases IO7,6 dPa*s beträgt.
Solche Ausgestaltungen des Glases nach Ausführungsformen sind sehr vorteilhaft, da mit Gläsern, welche eine solche Verarbeitungstemperatur und/oder eine solche Erweichungstemperatur aufweisen, eine gute Benetzung des oder der Fügepartner durch das Glas im Anglasungsprozess (oder synonym Einglasungsprozess) erfolgt. Die Gläser schmelzen also gut auf, worunter insbesondere verstanden wird, dass die Gläser vorzugsweise positive Menisken ausbilden, insbesondere auch für den Fall, dass kein externer Druck, beispielsweise durch einen Graphitstempel, aufgebracht wird.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform ist es weiterhin möglich, dass das elektrisch isolierenden Bauteil einen Füllstoff umfasst, beispielsweise einen kristallinen, anorganischen Füllstoff. Unter einem Füllstoff wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ein dem glasigen Material zugesetztes weiteres Material verstanden, welches insbesondere so ausgestaltet ist, dass es nicht oder nur in sehr geringem Maße mit dem glasigen Material reagiert, sondern diesem gegenüber im Wesentlichen inert ist. In diesem Falle ist also das elektrisch isolierende Bauteil so ausgestaltet, dass es ein Verbundmaterial umfasst.
Ein Zusatz eines Füllstoffs kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient des isolierenden Bauteils genau eingestellt werden soll. Beispielsweise ist es möglich, dem Glas negativ dehnenden ß-Eukryptit zuzusetzen, was zu einer Absenkung des resultierenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten des elektrisch isolierenden Bauteils führt.
Eine solche Ausführung des Fügeverbindung, bei welcher das elektrisch isolierenden Bauteil ein Verbundmaterial umfassend ein Glas nach Ausführungsformen sowie wenigstens einen Füllstoff, gegebenenfalls auch mehrere Füllstoffe, umfasst, wird zweckmäßigerweise mit einer Herstellung des elektrisch isolierenden Bauteils über eine sogenannte „Pulverroute“ verbunden sein, d.h. hier wird das Glas als Ribbon hergestellt, anschließend aufgemahlen und anschließend zu einem pressbaren Granulat weiterverarbeitet. Dem schließen sich dann weitere Schritte umfassend beispielsweise die Herstellung eines Sinterlings an.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform weist das Glas eine hydrolytische Beständigkeit, bestimme nach ISO 719 (1994-02), von Klasse 3 oder besser, vorzugsweise Klasse 2 oder besser, besonders bevorzugt Klasse 1, auf. Eine solche Ausgestaltung des Glases und/oder der mit einem solchen Glas ausgestatteten Fügeverbindung (sowie einer eine solche umfassende Durchführung) ist sehr vorteilhaft, denn auf diese Weise wird ein Erzeugnis erhalten, welches eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist. Dabei ist eine solche gute Korrosionsbeständigkeit nicht nur wichtig für Erzeugnisse, welche in besonders korrodierenden Umgebungen eingesetzt werden, sondern auch für eine gute Langzeitbeständigkeit, beispielsweise, wenn ein Erzeugnis über lange Zeit in Umgebungsluft gelagert wird, aber dennoch auch nach langer Zeit noch zuverlässig funktionieren muss.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Glas eine Alkalibeständigkeit nach ISO 695 (1989-12) von 2 oder besser, vorzugsweise von 1, auf. Die Alkalibeständigkeit eines Glases ist ein weiterer Aspekt der Korrosionsbeständigkeit eines Glases und eine hohe Alkalibeständigkeit kann daher vorteilhaft die Gesamtkorrosionsbeständigkeit des Glases und eines ein solches Glas umfassendes Erzeugnis weiter verbessern.
Dabei weist das Glas dies erstaunlicherweise trotz eines insgesamt eher geringen Anteils an Glasbildnern, insbesondere an S1O2 und weiterhin insbesondere an B2O3 auf. Dabei weisen gerade Gläser mit einem hohen Gehalt an S1O2 und vorteilhaft auch einem hohen Gehalt an B2O3 bekanntermaßen eine besonders hohe Korrosionsbeständigkeit auf, sodass die guten Korrosionseigenschaften des Glases nach Ausführungsformen daher als eher überraschend einzustufen sind.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Glas einen E-Modul von wenigstens 70 GPa auf. Vorzugsweise ist der E-Modul jedoch begrenzt und weist einen Wert von höchstens 95 GPa auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Glas frei von toxikologisch bedenklichen Komponenten, insbesondere frei von PbO, AS2O3, CdO, SeCE, wobei unter frei von diesen Komponenten verstanden wird, dass das Glas diese Komponenten nur in Form von Verunreinigungen mit einem Gehalt von jeweils höchstens 500 ppm, insbesondere von jeweils höchstens 100 ppm, bezogen auf das Gewicht, umfasst. Das Glas ist also vorzugsweise ohne toxikologisch bedenkliche Komponenten herstellbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Glas Läutermittel, insbesondere Sb203, Sulfate und/oder Chloride, lediglich in Form von Verunreinigungen mit einem Gehalt von jeweils höchstens 500 ppm, bezogen auf das Gewicht. Ein Einsatz von Läutermitteln ist also nicht zwingend erforderlich, sodass beispielsweise gesundheitlich bedenkliche Materialien und/oder Materialien, welche gegebenenfalls die Wannensteine angreifen, nicht erforderlich sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Glas färbende Zusätze, insbesondere Co-, Ni-, Cr-, Cu-, Mn-, Mo-, V-, W- und/oder Verbindungen der Seltenen Erden, z.B. Ce-, Nd-, Eu- Verbindungen, lediglich in Form von Verunreinigungen mit einem Gehalt von jeweils höchstens 500 ppm, bezogen auf das Gewicht.
In der Literatur wird diesen Materialien und Komponenten teilweise eine haftvermittelnde Wirkung zugeschrieben. Es hat sich jedoch gezeigt, dass bei den Gläsern nach Ausführungsformen solche Materialien zur Herstellung einer guten und festen Fügeverbindung zwischen dem isolierenden Bauteil und dem Fügepartner oder gegebenenfalls mehreren Fügepartnern nicht notwendig ist, sodass das Glas nach Ausführungsformen ohne diese Komponenten auskommen kann. Dies ist vorteilhaft, da einige dieser Komponenten auch recht teuer sind.
Gemäß einer nochmals weiteren Ausführungsform ist das Glas frei von B12O3, TeCE, GeO?, TaiOs, >2q5, Ga20,, Y2O3, InCh, wobei unter frei von diesen Komponenten verstanden wird, dass das Glas diese Komponenten nur in Form von Verunreinigungen mit einem Gehalt von jeweils höchstens 500 ppm, bezogen auf das Gewicht, umfasst. Mit anderen Worten kann das Glas gemäß Ausführungsformen ohne den Einsatz von hochreinen Rohstoffen hergestellt werden; der Einsatz von Komponenten, welche hochreine und/oder teure Rohstoffe erfordern, ist also vorteilhaft nicht notwendig.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst wenigstens ein Fügepartner ein Metall, insbesondere ein Metall aus der Gruppe der Stähle, beispielsweise der Normalstähle, Edelstähle, nichtrostende Stähle und der hochtemperaturstabilen ferritischen Stähle, welche auch bekannt sind unter dem Markennamen Thermax, beispielsweise Thermax 4016, Thermax4742, oder Thermax4762 oder Crofer22 APE1 oder CroFer22 H oder NiFe-basierte Materialien, beispielsweise NiFe45, NiFe47 oder vernickelte Pins, oder bekannt unter dem Markennamen Inconel, beispielsweise Inconel 718 oder X-750, oder Stähle, beispielsweise bekannt unter den Bezeichnungen CF25, Alloy 600, Alloy 625, Alloy 690, SE1S310S, SE1S430, SEM446 oder SE1S316, oder austenitische Stähle wie 1.4828 oder 1.4841 oder eine hochtemperaturstabile keramische Verbindung, beispielsweise eine Aluminiumoxid-basierte Keramik oder eine Zirkoniumoxid-basierte Keramik, beispielsweise eine Keramik umfassend Y-stabilisiertes Zirkoniumoxid.
Mit diesen Materialien sind vorteilhaft nicht nur mechanisch hochfeste Fügeverbindungen realisierbar, sondern es ist insbesondere auch möglich, dass die erhaltene Fügeverbindung auch höheren Temperaturen, beispielsweise von bis zu 500°C, widerstehen kann, insbesondere vorteilhafterweise in der Form, dass die mechanische Festigkeit der Fügeverbindung auch bei diesen erhöhten Temperaturen erhalten bleibt. Dies ist besonders vorteilhaft für eine Verwendung der Fügeverbindung und/oder einer Durchführung, welche eine solche Fügeverbindung umfasst, beispielsweise in einem Airbagzünder oder in einem Sensor, wie einem Abgassensor, einem Drucksensor, einem Partikel sensor, wie beispielsweise einem Rußpartikel sensor und/oder einem Temperatursensor und/oder in einem NOx-Sensor und/oder in einem Sauerstoffsensor, und/oder in einer Durchführung für einen Kompressor und/oder einen e-Kompressor und/oder als elektrische Stromdurchführung in einem Abgaselement und/oder in einer Brennstoffzelle und/oder in einer Durchführung für einen chemischen Reaktor. Denn hierbei können hohe mechanische Druckbelastungen auf das isolierende Bauteil, also das Glas, wirken und gleichzeitig auch hohe Einsatztemperaturen vorliegen.
Gemäß einer Ausführungsform ist ein Fügepartner als Sockel umfassend wenigstens eine Durchgangsöffnung ausgebildet, und wobei der Sockel eine Höhe von höchstens 10 mm und mindestens 0,5 mm aufweist, vorzugsweise von höchstens 5 mm und mindestens 1,5 mm. Auf diese Weise kann ein kompaktes Design der Fügeverbindung und einer Durchführung, welche eine solche umfasst hergestellt werden, wobei dennoch überraschend hochfeste Fügeverbindungen resultieren.
Die erfinderische Aufgabe wird auch durch ein Glas gelöst, insbesondere ein Glas gemäß vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Weiterhin betrifft die vorliegende Offenbarung auch ein Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung, insbesondere einer hochfesten Fügeverbindung, insbesondere einer Fügeverbindung für einen Airbagzünder oder geeignet für eine Durchführung für einen Airbagzünder, insbesondere vorzugsweise eine Fügeverbindung nach vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Schmelzen eines Glases, insbesondere eines Glases nach Ausführungsformen wie vorstehend beschrieben, - Herstellen von Ribbons und/oder Fritten aus dem oder umfassend das Glas, wobei die Ribbons und/oder Fritten zu Pulver gemahlen und zu einem verpressfähigen Granulat verarbeitet werden, oder Heißform geben unter Erhalt eines Rohres aus dem oder umfassend das Glas als Vorform,
- optional Verpressen des Granulats unter Erhalt einer Vorform,
- Assemblieren der Vorform mit wenigstens einem Fügepartner,
- Verbringen von Vorform und wenigstens einem Fügepartner in einen Ofen zum Durchführen einer thermischen Behandlung, so dass das Glas auffließt und eine Verbindung zwischen dem Glas und dem wenigstens einen Fügepartner entsteht.
Vorteilhaft ist insbesondere eine Ausführungsform, bei welcher das Glas unter Erhalt eines Rohres im Anschluss an das Schmelzen heißgeformt wird. Denn weitere Schritte, wie beispielsweise ein Aufmahlen und Granulieren, sind dann nicht notwendig.
Jedoch kann es auch vorteilhaft sein, wenn der Weg über die Pulverroute eingeschlagen wird, also Ribbons und/oder Fritten hergestellt und zu Pulver gemahlen und granuliert werden. Denn in diesem Fall ist es möglich, beispielsweise Füllstoffe oder wenigstens einen Füllstoff, beispielsweise zur genauen Einstellung eines Ausdehnungskoeffizienten, mit zu verarbeiten.
Die thermische Behandlung kann beispielsweise erfolgen bei Temperaturen zwischen 850°C und 1000°C, insbesondere in einem industriellen Einglasungsofen.
Fügeverbindungen nach der vorliegenden Offenbarung, beispielsweise hergestellt oder herstellbar wie vorstehend beschrieben und/oder umfassend ein Glas nach einer Ausführungsform, werden üblicherweise noch gereinigt, beispielsweise galvanisch gereinigt. Dies überstehen die Fügeverbindungen nach Ausführungsformen vorzugsweise ohne wesentliche Beschädigungen, insbesondere werden danach weiterhin die vorteilhaften Eigenschaften der Fügeverbindung nach Ausführungsformen erzielt.
Die vorliegende Offenbarung betrifft auch eine Fügeverbindung, hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren wie vorstehend beschrieben und/oder umfassend ein Glas nach vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Weiterhin betrifft die vorliegende Offenbarung auch eine Durchführung, umfassend eine Fügeverbindung nach einer Ausführungsform und/oder hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren nach einer Ausführungsform und/oder umfassend ein Glas nach einer Ausführungsform.
Weiterhin betrifft die vorliegenden Offenbarung auch die Verwendung einer Fügeverbindung nach einer Ausführungsform und/oder hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren nach einer Ausführungsform, und/oder die Verwendung einer Durchführung nach einer Ausführungsform, in einem Airbagzünder oder in einem Sensor, wie einem Abgassensor, einem Drucksensor, einem Partikel sensor, wie beispielsweise einem Rußpartikel sensor und/oder einem Temperatursensor und/oder in einem NOx-Sensor und/oder in einem Sauerstoffsensor, und/oder in einer Durchführung für einen Kompressor und/oder einen e-Kompressor und/oder als elektrische Stromdurchführung in einem Abgaselement und/oder in einer Brennstoffzelle und/oder in einer Durchführung für einen chemischen Reaktor.
Weiterhin betrifft die vorliegende Offenbarung insbesondere auch einen Airbagzünder, umfassend eine Durchführung, insbesondere eine Durchführung nach einer Ausführungsform, und/oder eine Fügeverbindung, insbesondere eine Fügeverbindung nach einer Ausführungsform und/oder hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren nach einer Ausführungsform, umfassend ein Glas, insbesondere ein Glas nach einer Ausführungsform, wobei die Fügeverbindung einen Maximalwert der Glasauspresskraft, vorzugsweise bestimmt für eine Einglasungslänge von 3 mm oder bis zu 3 mm, jedoch von mindestens 0,5 mm, von mehr als 3900 N, bevorzugt wenigstens 4000 N, vorzugsweise bestimmt als Mittelwert der Auspresskraft für eine Gesamtheit 12 bis 25 Fügeverbindungen, aufweist.
Beispiele
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen genauer erläutert.
In den folgenden Tabellen sind Zusammensetzungen von Gläsern nach Ausführungsformen aufgeführt. Die Zusammensetzungen sind jeweils in Mol-% angegeben. Bei den charakteristischen Temperaturen handelt es sich um die üblicherweise zur Beschreibung des Anschmelzverhaltens von Aschen verwendeten Temperaturen wie Erweichungstemperatur (abgekürzt: Erweichen), Sintertemperatur (abgekürzt: Sintern), Sphärischtemperatur (abgekürzt Sphärisch), Halbkugeltemperatur (abgekürzt: Halbkugel) und Fließtemperatur (abgekürzt Fließtemp.), wie sie mittels eines Erhitzungsmikroskops (abgekürzt EHM) bestimmt werden. Die Ermittlung dieser Temperaturen erfolgt nach oder in Anlehnung an DIN 51730. Der thermische Ausdehnungskoeffizient a für den Bereich 20°C bis 300°C ist jeweils in Einheiten von 106/K angegeben und im Folgenden auch mit „CTE“ bezeichnet. Mit tk 100 ist die Temperatur des Glases für den spezifischen elektrischen Widerstand von 108 W * cm, vorzugsweise bestimmt nach DIN 52326, angegeben. Die Abkürzungen PI, bis P3 stehen für Temperaturprogramme, wobei PI ein Temperaturprogramm für das Anglasen, also für das Bilden einer Verbindung zwischen dem Glas und wenigstens einen Fügepartner, beispielsweise einer stoffschlüssigen Verbindung, wobei das Glas beim Anglasen vorzugsweise aufschmilzt und vorzugsweise den wenigstens einen Fügepartner benetzt, mit einer Maximaltemperatur zwischen 870°C und 900°C, bevorzugt 885°C, P2 ein zweites Temperaturprogramm mit einer Maximaltemperatur zwischen 905°C und 935°C, bevorzugt 920°C und P3 ein drittes Temperaturprogramm mit einer Maximaltemperatur zwischen 940°C°C und 980°C, bevorzugt 960°C, ist. Der spezifische Widerstand wird mit „spez. W “ abgekürzt. Tg steht für die Glasübergangstemperatur, bestimmt durch den Schnittpunkt der Tangenten an die beiden Äste der Ausdehnungskurve beim Messung mit einer Heizrate von 5K/min. Dies entspricht einer Messung nach ISO 7884-8 bzw. DIN 52324. Va bezeichnet den Verarbeitungspunkt, die Temperatur, bei welcher die Viskosität des Glases 104 dPa*s beträgt (sogenannte T 4). EW bezeichnet den Erweichungspunkt, nämlich T 7,6. Tabelle 1
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Tabelle 2
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Vom Ausführungsbeispiel 1 konnten Vorformen sowohl nach dem Verfahren des Rohrzugs als auch über die Sinterroute hergestellt. Überraschenderweise ist das Ergebnis der Ausdruckkraft der mit diesen unterschiedlichen Vorformen hergestellten Fügeverbindungen gleich. Gefügebilder sind Fig. 1 zu entnehmen, wobei in Fig. 1 a) in 2000facher Vergrößerung das Gefügebild der über die Sinterroute erhaltenen Vorform in der entsprechenden Fügeverbindung zu sehen ist, in Fig. 1 b) in lOOOfacher Vergrößerung das Gefüge der mittels Rohrzug erhaltenen Vorform in der entsprechenden Fügeverbindung. Der Fügepartner ist in den Gefügebildern der Fig. 1 immer auf der linken Seite dargestellt. Es handelt sich hier im Falle der Gefüge der Fig. 1 um ein Metall.
Dies ist umso überraschender, weil die Gefüge der über das Sintern hergestellten Vorformen dieses Glases eine nadelförmige Kristallisation aufweisen (siehe auch Fig. 1 a).
Vergleichsbeispiele sind nachfolgend in den beiden folgenden Tabellen aufgeführt. Die Bezeichnung der Größen und Einheiten entsprechen dabei denen für die Ausführungsbeispiele in Tabellen 1 und 2.
Tabelle 3
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Tabelle 4
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Die Abkürzung „Angl.“ steht für „Anglasen“. Die Abkürzung „Ent.“ Steht für „Entfällt“; in der vorstehenden Tabelle entfällt die Angabe der Einglasungslänge bei Proben, bei denen kein Anglasen erfolgt und damit keine Einglasungslänge vorliegt.
Fig. 2 zeigt in schematischer und nicht maßstabstreuer Abbildung eine Fügeverbindung nach einer Ausführungsform. Die Fügeverbindung 1 umfasst ein elektrisches Bauteil 4 sowie die Fügepartner 2, 3, welche durch das elektrisch isolierende Bauteil 4 elektrisch isoliert gegeneinander gehalten sind. Das elektrisch isolierende Bauteil 4 umfasst ein Glas, vorzugsweise ein Glas umfassend höchstens 2-3 Vol.-% Kristalle und/oder Kristallite, oder kann sogar aus einem solchen Glas bestehen. Allgemein kann es bevorzugt sein, dass das Glas ein im Wesentlichen kristallitfreies Glas ist. Die Einglasungslänge 5 ist gleichfalls bezeichnet. Es handelt sich hierbei um die kürzeste Länge der Grenzfläche, die zwischen dem elektrisch isolierenden Bauteil 4 und wenigstens einem Fügepartner 2, 3 gebildet ist, und zwar in axialer Richtung 6. Der
Fügepartner 3 ist hierbei in Form eines Hohlkörpers ausgebildet, welcher eine Öffnung aufweist, in welcher der Fügepartner 2 sowie das elektrisch isolierende Bauteil 4 aufgenommen sind. Beispielsweise kann allgemein der Fügepartner 3, der auch als äußerer Fügepartner bezeichnet werden kann, auch als runder oder zylindrischer Hohlkörper ausgebildet sein. Allgemein, ohne Beschränkung auf eine
Ausführungsform, kann der Fügepartner 2, der auch als innerer Fügepartner bezeichnet werden kann, als Pin ausgeführt sein. Ebenfalls bezeichnet ist die sogenannte Einglasungslänge 5. Diese ist allgemein die kürzeste Länge der Grenzfläche zwischen dem elektrisch isolierenden Bauteil 4 und wenigstens einem Fügepartner der Fügeverbindung in axialer Richtung. Unter der axialen Richtung 6 wird hierbei die Richtung verstanden, welche annähernd parallel zur Längenausdehnung des Fügepartners 2, welcher hier als länglicher Pin ausgebildet ist, ausgerichtet ist. Die axiale Richtung 6 kann auch verstanden werden als die Richtung annähernd senkrecht zur freien Oberfläche des elektrisch isolierenden Bauteils 4, wobei die freie Oberfläche diejenige Oberfläche ist, welche nicht in Kontakt mit einem der Fügepartner 2, 3 ist. Unter annähernd parallel oder annähernd senkrecht wird hierbei verstanden, dass die Abweichung zu einer ideal parallelen bzw. senkrechten Ausrichtung nicht mehr als ± 10°, vorzugsweise nicht mehr als ± 5°, beträgt.
Die Einglasungslänge kann hier also allgemein auch als geringste Höhe des elektrischen Bauteils 4 verstanden werden. Hier ist zwar die Einglasungslänge 5 an beiden Fügepartnem 2, 3 gleich ausgebildet. Es ist aber auch möglich, dass aufgrund einer Meniskusbildung die Einglasungslänge an den Fügepartner 2 geringer ausgebildet ist als an den Fügepartner 3. In diesem Fall ist die Einglasungslänge 5 die geringere Länge.

Claims

Patentansprüche
1. Fügeverbindung, insbesondere Fügeverbindung für einen Airbagzünder, umfassend ein elektrisch isolierendes Bauteil sowie zumindest zwei Fügepartner, wobei zumindest die zumindest zwei Fügepartner durch das elektrisch isolierende Bauteil elektrisch isoliert aneinander gehalten sind, wobei das isolierende Bauteil ein Glas, vorzugsweise ein Glas umfassend höchstens 2-3 Vol.-% Kristalle und/oder Kristallite, ganz besonders bevorzugt ein im Wesentlichen kristallitfreies Glas, umfasst oder aus diesem besteht, und wobei vorzugsweise die Fügeverbindung einen Maximalwert der Glasauspresskraft, vorzugsweise bestimmt für eine Einglasungslänge von 3 mm oder bis zu 3 mm, jedoch mindestens von 0,5 mm, von mehr als 3900 N, bevorzugt von wenigstens 4000 N, vorzugsweise beträgt die Glasauspresskraft mehr als 1300 N je mm Einglasungslänge, insbesondere wenigstens 1330 N je mm Einglasungslänge, vorzugsweise zumindest bei Einglasungslängen von 0,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise bestimmt als Mittelwert der Auspresskraft für eine Gesamtheit 12 bis 25 Fügeverbindungen, aufweist, und wobei das Glas bevorzugt umfasst
- wenigstens ein glasbildendes Metall- oder Halbmetalloxid, GB, der allgemeinen Formel der allgemeinen Formel RO2 oder R2O3,
- wenigstens ein Metalloxid der allgemeinen Formel MO, wobei unter einem glasbildenden Metall- und/oder Halbmetalloxid, GB, insbesondere verstanden werden S1O2, AI2O3, B2O3, ZrÜ2, La203, P2O5, Fe203 und/oder T1O2 und/oder Mischungen hiervon, wobei unter einem Metalloxid der allgemeinen Formel MO insbesondere verstanden wird ein Erdalkalimetall oder ZnO, und wobei das Stoffmengenverhältnis der Summe der vom Glas umfassten Metalloxide, MO, zur Summe der vom Glas umfassten Glasbildern, GB zwischen mindestens 0,29 und höchstens 0,59 liegt.
2. Fügeverbindung nach Anspruch 1, wobei das Glas weiter wenigstens einen Netzwerkwandler, NW, der allgemeinen Formel R2O, umfasst, wobei unter einem Netzwerkwandler der allgemeinen Formel R2O insbesondere ein Alkalimetalloxid verstanden wird.
3. Fügeverbindung nach Anspruch 2, wobei
- die Summe aller vom Glas umfassten Metall- oder Halbmetalloxide, GB, der allgemeinen Formel RO2 oder R2O3 wenigstens 50 Mol-% bis vorzugsweise höchstens 70 Mol-% beträgt, und/oder
- die Summe aller vom Glas umfassten Netzwerkwandler, NW, der allgemeinen Formel R2O von wenigstens 9 Mol-% bis höchstens 20 Mol-%, bevorzugt von wenigstens 10 Mol-% bis vorzugsweise höchstens 19 Mol-%, beträgt, und/oder
- die Summe aller vom Glas umfassten Metalloxide der allgemeinen Formel MO mehr als 15 Mol-% bis vorzugsweise höchstens 35 Mol-% beträgt.
4. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Gehalt des Glases an S1O2 wenigstens 45 Mol-% beträgt, bevorzugt wenigstens 47 Mol-%, besonders bevorzugt wenigstens 49 Mol-% und insbesondere höchstens 67 Mol- %, bevorzugt höchstens 65 Mol.-%, besonders bevorzugt höchstens 63 Mol-%, ganz besonders bevorzugt höchstens 61 Mol-%.
5. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gehalt des Glases an Na?0 wenigstens 2 Mol-% beträgt, vorzugsweise wenigstens 4 Mol-%, und bevorzugt höchstens 12 Mol-%, besonders bevorzugt höchstens 11 Mol-%, ganz besonders bevorzugt höchstens 10 Mol-%.
6. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
- der Gehalt des Glases an K2O wenigstens 2 Mol-% beträgt, vorzugsweise wenigstens 3 Mol-%, und bevorzugt höchstens 12 Mol-%, besonders bevorzugt höchstens 11 Mol-% und ganz besonders bevorzugt höchstens 10 Mol-%, und/oder
- wobei der Gehalt des Glases an AI2O3 weniger als 4,5 Mol-%, bevorzugt weniger als 4 Mol-%, besonders bevorzugt höchstens 3 Mol-% beträgt, und/oder
- wobei der Gehalt des Glases an B2O3 weniger als 8 Mol-%, bevorzugt weniger als 6 Mol-%, besonders bevorzugt weniger als 5, ganz besonders bevorzugt weniger als 4,5 beträgt und/oder
- wobei der Gehalt des Glases an BaO höchstens 10 Mol-%, bevorzugt nicht mehr als 6 Mol-% beträgt und/oder
- wobei der Gehalt des Glases an MgO weniger als 12 Mol-%, besonders bevorzugt höchstens 11 Mol-% beträgt und/oder
- wobei der Gehalt des Glases nicht mehr als 12 Mol-% SrO beträgt, bevorzugt höchstens 9 Mol-% SrO und/oder
- wobei der Gehalt des Glases an Fluorid weniger als 6 Mol-% beträgt, bevorzugt weniger als 5 Mol-% und besonders bevorzugt weniger als 3 Mol-%.
7. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Glas die folgenden Komponenten in Mol-% auf Oxidbasis umfasst:
Si02: 45 - 67, vorzugsweise 47 bis 63
Al203: 0 - 4,5, bevorzugt weniger als 4, besonders bevorzugt 0-3
B203: 0 - weniger als 8, bevorzugt weniger als 6, besonders bevorzugt weniger als 5, ganz besonders bevorzugt weniger als 4,5
Ti02: 0-10, bevorzugt weniger als 8, besonders bevorzugt weniger als
7, besonders bevorzugt weniger als 6
Zr02: 0-5, bevorzugt 0-3, besonders bevorzugt 0-2,5
La203: 0-5, bevorzugt 0-4, besonders bevorzugt 0 - 3,5
Fe203: 0-2, bevorzugt weniger als 1, vorzugsweise höchstens 0,5
Li20: 0-4, bevorzugt 0-3
Na20: 2-12, bevorzugt 4-11
K20: 2-12, bevorzugt 3-11
ZnO: 0-30, bevorzugt 0-25
MgO: 0 - weniger als 12, bevorzugt 0-11
CaO: 0 - 22, bevorzugt 0-17
SrO: 0-12, bevorzugt 0-9
BaO: 0-10, bevorzugt höchstens 6
Fluorid: 0 - weniger als 6, bevorzugt weniger als 5, besonders bevorzugt weniger als 3.
8. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend wenigstens eines der folgenden Merkmale:
- Das Glas und/oder das elektrisch isolierende Bauteil hat einen linearen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, 0120-300, im Bereich von 20°C bis 300°C, von mehr als 7,5 * 106/K, bevorzugt mehr als 8 * 106/K, und vorzugsweise von höchstens 12 * 106/K, bevorzugt von höchstens 11 *106K,
- Das elektrisch isolierende Bauteil umfasst einen Füllstoff, insbesondere einen kristallinen, anorganischen Füllstoff,
- Das Glas weist eine hydrolytische Beständigkeit HGB, bestimmt nach ISO 719 (1994-02), von Klasse 3 oder besser, vorzugsweise Klasse 2 oder besser, besonders bevorzugt Klasse 1, auf,
- Das Glas weist eine Alkalibeständigkeit nach ISO 695 (1989-12) von 2 oder besser, vorzugsweise von 1, auf,
- Das Glas weist einen E-Modul von wenigstens 70 GPa auf,
- Das Glas west eine Verarbeitungstemperatur Va von weniger als 1000°C auf,
- Das Glas weist eine Erweichungstemperatur Ew von weniger als 800°C, bevorzugt weniger als 770°C, auf.
9. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Fügepartner als Sockel umfassend wenigstens eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist, und wobei der Sockel eine Höhe von höchstens 10 mm und mindestens 0,5 mm aufweist.
10. Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei wenigstens ein Fügepartner ein Metall, insbesondere ein Metall aus der Gruppe der Stähle, beispielsweise der Normalstähle, Edelstähle, nichtrostende Stähle und der hochtemperaturstabilen ferritische Stähle, welche auch bekannt sind unter dem Markennamen Thermax, beispielsweise Thermax 4016, Thermax4742, oder Thermax4762 oder Crofer22 APU oder CroFer22 H oder NiFe-basierte Materialien, beispielsweise NiFe45, NiFe47 oder vernickelte Pins, oder bekannt unter dem Markennamen Inconel, beispielsweise Inconel 718 oder X-750, oder Stähle, beispielsweise bekannt unter den Bezeichnungen CF25, Alloy 600, Alloy 625, Alloy 690, SUS310S, SUS430, SUH446 oder SUS316, oder austenitische Stähle wie 1.4828 oder 1.4841 oder eine hochtemperaturstabile keramische Verbindung, beispielsweise eine Aluminiumoxid-basierte Keramik oder eine Zirkoniumoxid-basierte Keramik, beispielsweise eine Keramik umfassend Y- stabilisiertes Zirkoniumoxid, umfasst.
11. Glas, insbesondere zur Herstellung einer Fügeverbindung, insbesondere einer Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Glas umfasst:
- wenigstens ein glasbildendes Metall- oder Halbmetalloxid, GB, der allgemeinen Formel RO2 oder R2O3, wobei vorzugsweise die Summe aller vom Glas umfassten Metall- oder Halbmetalloxide der allgemeinen Formel RO2 oder R2O3 wenigstens 50 Mol.-% bis höchstens 70 Mol.-% beträgt,
- vorzugsweise wenigstens einen Netzwerkwandler, NW, der allgemeinen Formel R2O, wobei bevorzugt die Summe aller vom Glas umfassten Netzwerkwandler, NW, der allgemeinen Formel R2O von wenigstens 9 Mol-% bis höchstens 20 Mol-%, bevorzugt von wenigstens 10 Mol-% bis höchstens 19 Mol-%, beträgt,
- wenigstens ein Metalloxid der allgemeinen Formel MO, wobei vorzugsweise die Summe aller vom Glas umfassten Metalloxide der allgemeinen Formel MO mehr als 15 Mol-% bis höchstens 35 Mol-% beträgt, wobei unter einem glasbildenden Metall- und/oder Halbmetalloxid, GB, insbesondere verstanden werden SiCk, AI2O3, B2O3, ZrCk La2Ü3, P2O5, Fe203 und/oder T1O2 und/oder Mischungen hiervon, wobei unter einem Netzwerkwandler, NW, der allgemeinen Formel R2O insbesondere ein Alkalimetalloxid verstanden wird, wobei unter einem Metalloxid der allgemeinen Formel MO insbesondere verstanden wird ein Erdalkalimetall oder ZnO, und wobei das Stoffmengenverhältnis von der Summe der vom Glas umfassten MO zur Summe der vom Glas erfassten GB zwischen mindestens 0,29 und höchstens 0,59 liegt.
12. Glas nach Anspruch 11 aufweisend wenigstens eines der folgenden Merkmale:
- der Gehalt des Glases an S1O2 beträgt wenigstens 45 Mol-% beträgt, bevorzugt wenigstens 47 Mol-%, besonders bevorzugt wenigstens 49 Mol-% und insbesondere höchstens 67 Mol-%, bevorzugt höchstens 65 Mol.-%, besonders bevorzugt höchstens 63 Mol-%, ganz besonders bevorzugt höchstens 61 Mol-%.,
- der Gehalt des Glases an Na2Ü beträgt wenigstens 2 Mol-%, vorzugsweise wenigstens 4 Mol-%, und bevorzugt höchstens 12 Mol-%, besonders bevorzugt höchstens 11 Mol-%, ganz besonders bevorzugt höchstens 10 Mol-%,
- der Gehalt des Glases an K2O beträgt wenigstens 2 Mol-%, vorzugsweise wenigstens 3 Mol-%, und bevorzugt höchstens 12 Mol-%, besonders bevorzugt höchstens 11 Mol-% und ganz besonders bevorzugt höchstens 10 Mol-%,
- der Gehalt des Glases an AI2O3 beträgt weniger als 4,5 Mol-%, bevorzugt weniger als 4 Mol-%, besonders bevorzugt höchstens 3 Mol-%, - der Gehalt des Glases an B2O3 beträgt weniger als 8 Mol-%, bevorzugt weniger als 6 Mol-%, besonders bevorzugt weniger als 5, ganz besonders bevorzugt weniger als 4,5,
- der Gehalt des Glases an BaO beträgt höchstens 10 Mol-%, bevorzugt nicht mehr als 6 Mol-%,
- der Gehalt des Glases an MgO beträgt weniger als 12 Mol-%, besonders bevorzugt höchstens 11 Mol-%,
- der Gehalt des Glases an SrO beträgt nicht mehr als 12 Mol-%, bevorzugt höchstens 9 Mol-% SrO,
- der Gehalt des Glases an Fluorid beträgt weniger als 6 Mol-%, bevorzugt weniger als 5 Mol-% und besonders bevorzugt weniger als 3 Mol-%.
13. Glas nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei das Glas die folgenden Komponenten in Mol-% auf Oxidbasis umfasst:
S1O2: 45 - 67, vorzugsweise 47 bis 63
AI2O3: 0 - 4,5, bevorzugt weniger als 4, besonders bevorzugt 0-3
B2O3: 0 - weniger als 8, bevorzugt weniger als 6, besonders bevorzugt weniger als 5, ganz besonders bevorzugt weniger als 4,5
Ti02: 0-10, bevorzugt weniger als 8, besonders bevorzugt weniger als
7, besonders bevorzugt weniger als 6
Zr02: 0-5, bevorzugt 0-3, besonders bevorzugt 0-2,5
La2Ü3: 0-5, bevorzugt 0-4, besonders bevorzugt 0 - 3,5
Fe203: 0-2, bevorzugt weniger als 1, vorzugsweise höchstens 0,5
Li20: 0-4, bevorzugt 0-3
Na20: 2-12, bevorzugt 4-11
K20: 2-12, bevorzugt 3-11
ZnO: 0-30, bevorzugt 0-25 MgO: 0 - weniger als 12, bevorzugt 0 - 11
CaO: 0 - 22, bevorzugt 0 - 17
SrO: 0 - 12, bevorzugt 0 - 9
BaO: 0 - 10, bevorzugt höchstens 6
Fluorid: 0 - weniger als 6, bevorzugt weniger als 5, besonders bevorzugt weniger als 3.
14. Glas nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Glas wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist:
- Das Glas ist frei von toxikologisch bedenklichen Komponenten, insbesondere frei von PbO, AS2O3, CdO, SeCk, wobei unter frei von diesen Komponenten verstanden wird, dass das Glas diese Komponenten nur in Form von Verunreinigungen mit einem Gehalt von jeweils höchstens 500 ppm, insbesondere von jeweils höchstens 100 ppm, bezogen auf das Gewicht, umfasst,
- Das Glas umfasst Läutermittel, insbesondere SbiCf, Sulfate und/oder Chloride, lediglich in Form von Verunreinigungen mit einem Gehalt von jeweils höchstens 500 ppm, bezogen auf das Gewicht,
- Das Glas umfasst färbende Zusätze, insbesondere Co-, Ni-, Cr-, Cu-, Mn-, Mo-, V-, W- und/oder Verbindungen der Seltenen Erden, z.B. Ce-, Nd-, Eu- Verbindungen, lediglich in Form von Verunreinigungen mit einem Gehalt von jeweils höchstens 500 ppm, bezogen auf das Gewicht,
- Das Glas ist frei von B12O3, TeCk, GeCk, Ta2Ck, Nb2Ck, Ga2C , Y2O3, InCk, wobei unter frei von diesen Komponenten verstanden wird, dass das Glas diese Komponenten nur in Form von Verunreinigungen mit einem Gehalt von jeweils höchstens 500 ppm, bezogen auf das Gewicht, umfasst.
15. Verfahren zur Herstellung einer Fügeverbindung, insbesondere einer hochfesten Fügeverbindung, insbesondere einer Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die Schritte:
- Schmelzen eines Glases, insbesondere eines Glases nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
- Herstellen von Ribbons und/oder Fritten aus dem oder umfassend das Glas, wobei die Ribbons und/oder Fritten zu Pulver gemahlen und zu einem verpressfähigen Granulat verarbeitet werden, oder Heißformgeben unter Erhalt eines Rohres umfassend das Glas oder aus dem Glas als Vorform,
- optional Verpressen des Granulats unter Erhalt einer Vorform,
- Assemblieren der Vorform mit wenigstens einem Fügepartner,
- Verbringen von Vorform und wenigstens einem Fügepartner in einen Ofen zum Durchführen einer thermischen Behandlung, so dass das Glas auffließt und eine Verbindung zwischen dem Glas und dem wenigstens einen Fügepartner entsteht.
16. Fügeverbindung, hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren nach Anspruch 15 und/oder umfassend ein Glas nach einem der Ansprüche 11 bis 14.
17. Durchführung, umfassend eine Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder 16 und/oder hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren nach Anspruch 15 und/oder umfassend ein Glas nach einem der Ansprüche 11 bis 14.
18. Verwendung einer Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder 16 und/oder hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren nach Anspruch 15 oder einer Durchführung nach Anspruch 17 in einem Airbagzünder oder in einem Sensor, wie einem Abgassensor, einem Drucksensor, einem Partikel sensor, wie beispielsweise einem Rußpartikel sensor und/oder einem Temperatursensor und/oder in einem NOx-Sensor und/oder in einem Sauerstoffsensor, und/oder in einer Durchführung für einen Kompressor und/oder einen e-Kompressor und/oder als elektrische Stromdurchführung in einem Abgaselement und/oder in einer Brennstoffzelle und/oder in einer Durchführung für einen chemischen Reaktor.
19. Airbagzünder, umfassend eine Durchführung, insbesondere eine Durchführung nach Anspruch 17, und/oder eine Fügeverbindung, insbesondere eine Fügeverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder 16 und/oder hergestellt oder herstellbar in einem Verfahren nach Anspruch 15, umfassend ein Glas, insbesondere ein Glas nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die
Fügeverbindung einen Maximalwert der Glasauspresskraft, vorzugsweise bestimmt für eine Einglasungslänge von 3 mm oder bis zu 3 mm, jedoch von mindestens 0,5 mm, von mehr als 3900 N, bevorzugt von wenigstens 4000 N, vorzugsweise beträgt die Glasauspresskraft mehr als 1300 N je mm Einglasungslänge, insbesondere wenigstens 1330 N je mm Einglasungslänge, vorzugsweise zumindest bei Einglasungslängen von 0,5 mm bis 5 mm, vorzugsweise bestimmt als Mittelwert der Auspresskraft für eine Gesamtheit 12 bis 25 Fügeverbindungen, aufweist.
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