DE1646816C3 - Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Metallgegenstand und einem keramischen Gegenstand und Verwendung einer nach diesem Verfahren hergestellten Verbindung in einer elektrischen Entladungsröhre - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Metallgegenstand und einem keramischen Gegenstand und Verwendung einer nach diesem Verfahren hergestellten Verbindung in einer elektrischen Entladungsröhre

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Metallgegenstand und einem keramischen Gegenstand, wobei der Metallgegenstand und das keramische Material erhitzt und in einer nichtoxidierenden Atmosphäre gegeneinandergepreßt werden, bis das Metall an dem keramischen Gegenstand haftet.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer nach diesem Verfahren hergestellten Verbindung in einer elektrischen Entladungsröhre.
Aus der CH-PS 2 56 337 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen Steatit und Chromeisen bekannt, wobei das Chromeisen im Vakuum bei einer Temperatur von etwa 11000C und einem Druck von etwa 19,6 N/mm2 auf das Steatit gepreßt wird bis nach etwa einer halben Stunde eine w Verbindung erreicht wird, Steatit ist ein keramisches Material, das Silikate enthält. Diese Silikate bilden bei den gemäß diesem Verfahren angewendeten Temperaturen eine viskose Glasphase an der Oberfläche, die mit den Oxiden an der Oberfläche des Chromeisens eine fest »5 haftende Verbindung bildet. Diese Art von Verbindungen ist bekannt unter dem Namen »schmelzkeramische Verbindung« und ist gekennzeichnet durch eine oxidische Zwischenphase an der Grenzfläche der Verbindung. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß keine einwandfreie Verbindung zustandekommt, wenn das Oxid des verwendeten Metalls schlecht mit der genannten Glasphase reagiert, wie es z. B. der Fall ist bei Nickel und Platin. Es kommt auch keine einwandfreie Verbindung zustande, wenn ein keramisches Material verwendet wird, das überhaupt keine Glasphase an der Oberfläche bildet wie z. B. reines Aluminiumoxid.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sehr einfaches Verfahren zur Herstellung einer vakuumdichten Verbindung zwischen Gegenständen aus Metall und Keramik zu schaffen, das die erwähnten Nachteile nicht aufweist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß der Metallgegenstand zwischen zwei oder mehreren Keramikteilen festgeklemmt wird und daß die Erhitzung und das Gegeneinanderpressen in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre solange vorgenommen werden, bis eine direkte Verbindung von Metall und Keramik ohne oxidische Zwischenphase an der Grenzfläche der Verbindung erhalten wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine vakuumdichte Verbindung zwischen einem Metall und einer keine Glasphase bildenden Keramik möglich ist wenn die Grenzfläche frei von Metalloxiden ist Dazu hat sich die Erhitzung in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre in der Stufe des Verfahrens, in der die Verbindung hergestellt wird, als unbedingt notwendig erwiesen.
Der zur Herstellung der Verbindung anzuwendende Druck ist nicht kritisch, wird vorzugsweise aber unterhalb 14,7 N/mm2 gewählt.
Die Erhitzungstemperatur zur Herstellung der Verbindung beträgt vorzugsweise etwa 90% der Schmelztemperatur des zu verbindenden Metalls. Die Erhitzungszeit liegt vorzugsweise zwischen etv/a 2 und 30 Minuten.
Metalle, die sich zur Anwendusjdes erfindungsgemäßen Verfahrens ganz besonders eignen, sind solche, die mindestens an der Oberfläche aus Platin oder einem Metall aus der Eisengruppe bestehen.
Die Verwendung einer nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellten Verbindung in einer elektrischen Entladungsröhre ist in Anspruch 6 beschrieben.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß sich eine Möglichkeit eröffnet, keramische Gegenstände zu verwenden, bei denen eine flüssige Glasphase an der Oberfläche überhaupt nicht auftreten kann, wie es z. B. bei reinem Aluminiumoxid der Fall ist.
Das Verfahren nach der Erfindung kann u.a. vorteilhaft zum vakuumdichten Miteinanderverbinden eines Stromzuführungsleiters und eines keramischen Teils einer Entladungsröhre angewendet werden. Der Stromzuführungsleiter besteht an seiner Oberfläche aus einem der erwähnten Metalle, während dessen Kern z. B. aus einer Legierung besteht, deren Wärmeausdehnungskoeffizient dem des keramischen Materials angepaßt ist
Eine gemäß der Erfindung hergestellte Verbindung zwischen einem Metall aus der Eisengruppe und Aluminiumoxid hat sich gegen Angriff von Metalldämpfen von z. B. Natrium und Quecksilber, wie diese in Gasentladungsröhren Anwendung finden, als besonders beständig erwiesen. Dies ist ein Vorteil gegenüber den
mit bekannten Verfahren erhaltenen Verbindungen, die diese Eigenschaft nicht oder nur in sehr geringem Maß haben.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben und ihre Wirkungsweise erläutert Es zeigt
F i g. 1 im Schnitt einen Teil einer Entladungsröhre mit Metalldampffüllung, und
F i g. 2 im Schnitt eine andere Ausführungsform einer derartigen Entladungsröhre. ι ο
In den Figuren bezeichnet 1 den aus durchscheinendem reinem Aluminiumoxid bestehenden Kolben einer Entladungsröhre, die mit Hochdrucknatriumdampf arbeitet. Eine Elektrode 2 ist mit einem verdickten Teil 8 in einem aus Molybdän oder Eisen bestehenden Zylinder 3 befestigt
Der Zylinder 3 ist an einer mindestens oberflächlich aus Eisen bestehenden Platte 4 befestigt, welche als Stromdurchführungsglied dient
Der Zylinder 3 ist von einem Zylinder 5 umgeben, der gleich wie eine Scheibe 6 aus Al3O3 besteht und durch Erhitzung unter einem Druck von 1,5 N/mm2 auf 1375°C in einer trockenen Wasserstoffatmosphire während 20 Minuten vakuumdicht mit der Platte 4 aus Metall verbunden ist Der abgebogene Rand der Platte 4 ist an einem Molybdänring 7 befestigt (F i g. 1). Der Zylinder 3 wird also zunächst mit der Platte 4 z. B. durch Schweißen verbunden, wonach die Platte 4 durch Erhitzung unter Druck in trockenem Wasserstoff mit den aus AI2O3 bestehenden Teilen 5 und 6 vakuumdicht verbunden wird. Dann wird die Elektrode 2 im Zylinder 3 mit dem verdickten Teil 8 befestigt, und danach wird die Umhüllung 1 angebracht und gegebenenfalls gleichfalls durch Erhitzung unter Druck in trockenem Wasserstoff mit der Platte 4 verbunden. Vorteilhaft können alle Einzelteile vorher montiert werden, während durch eine einzige Erhitzung sowohl der Zylinder 5 wie auch die Scheibe 6 und die Umhüllung 1 vakuumdicht mit der Platte 4 verbunden werden können.
In F i g. 2 ist die Platte 4 der F i g. 1 weggelassen und ein die Elektrode 2 tragender Zylinder 11 erstreckt sich unmittelbar nach außen. Der zum Verbinden der aus Al2O3 bestehenden Teile 9, 10 mit dem Zylinder 11 erforderliche Druck wird dadurch erhalten, daß die Teile 9,10 und der Zylinder 11 kegelig ausgebildet sind. Nachdem die Teile 9, 10 und der Zylinder 11 auf oben beschriebene Weise durch Erhitzung in trockenem Wasserstoff vakuumdicht miteinander verbunden sind, werden eine Kappe 12, auf der die Elektrode 2 befestigt ist mit dem oberen Ende des Zylinders 11 und die Umhüllung 1 durch einen glasai&gen Werkstoff 13 mit einem Körper 10 verbunden. Ein körper 9 und der Zylinder 11 können als Pumpstengel dienen. Auch in diesem Falle bildet die dargestellte Ausfühmngsform einen Teil einer Hochdrucknatriumlampe.
Durch das beschriebene Verfahren wird auf einfache Weise eine gute vakuumdichte Verbindung ohne Bildung von Oxidzwischenschichten hergestellt, ohne daß die Einzelteile verformt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Metallgegenstand und einem keramischen Gegenstand, wobei der Metallgegenstand und der keramische Gegenstand erhitzt und in einer nichtoxidierenden Atmosphäre gegeneinandergepreßt werden, bis das Metall an dem keramischen Gegenstand haftet, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallgegenstand zwi- ι ο sehen zwei oder mehreren Keramikteilen festgeklemmt wird und daß die Erhitzung und das Gegeneinanderpressen in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre solange vorgenommen werden, bis eine direkte Verbindung von Metall und Keramik '5 ohne oxidische Zwischenphase an der Grenzfläche der Verbindung erhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall und die Keramikteile mit einem Druck unterhalb 14,7 N/mm2 gegeneinandergepreßt*>erden.
3. Verfahren nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Erhitzungstemperatur etwa 90% der Schmelztemperatur des Metalles angewendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet daß ein Me'all verwendet wird, das mindestens an der Oberfläche aus Platin oder einem Metall aus der Eisengruppe besteht
5. Verfahren nach Anspruch 1,2,3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Keramikteile Teile aus reinem Aluminiumoxid verwendet werden.
6. Verwendung einer nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellten Verbindung in einer elektrischen Entladungsröhre mit einem aus Aluminiumoxid bestehenden uolben, der ein Alkalimetall, vorzugsweise Natrium, enthält und mindestens einem durch die Kolbenwand geführten Stromzuführungsleiter, der wenigstens an seiner Oberfläche aus reinem Eisen besteht.
DE1646816A 1966-11-30 1967-11-08 Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem Metallgegenstand und einem keramischen Gegenstand und Verwendung einer nach diesem Verfahren hergestellten Verbindung in einer elektrischen Entladungsröhre Expired DE1646816C3 (de)

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