DE3422329A1

DE3422329A1 - Hartlotfuellmaterial in form eines ueberzugs und unter seiner verwendung hergestelltes verbundgebilde

Info

Publication number: DE3422329A1
Application number: DE19843422329
Authority: DE
Inventors: Masaya Nagoya Aichi Ito
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1983-06-17
Filing date: 1984-06-15
Publication date: 1985-01-17
Also published as: DE3422329C2; JPS59232693A; US4624897A

Description

Henkel, Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig η Patentanwälte

European Patent Attorneys Zugelassene Vertreter vor dem Europaischer. Patentamt

Dr. phii G Henkel. München Dipl -Ing J Pfenning. Berlin Dr rer. nat L Feiler München Dipl -Ing. W. Hänzel. München Dipl.-Phys K H. Meinig. Berlin NGK Spark Plug Co., Ltd. Dr Ing. A Bütenschön, Berlin

Nagoya-shi, Aichi, Japan Möhlstraße37 D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnWd Telegramm ellipsoid Telefax (Gr 2+3): 089/981426

N28-35241M/MS

Hartlotfüllmaterial in Form eines Überzugs und unter seiner Verwendung hergestelltes Verbundgebilde

Die Erfindung betrifft ein Überzug- oder plattierungsartiges Hartlotfüllmaterial zur Verwendung beim Verbinden von keramischen Materialien mit anderen keramischen Werkstoffen oder Metall- oder Glaswerkstoffen.

Im folgenden wird vornehmlich die Verbindung von Metallwerkstoff mit Keramikwerkstoffen beschrieben. Selbstverständlich läßt sich die Erfindung auch auf die Verbindung beliebiger derartiger Materialien mit keramischen Werkstoffen anwenden. Weiterhin betrifft die Erfindung unter Verwendung solcher Füllmaterialien hergestellte Verbundgebilde.

Keramische Werkstoffe werden üblicherweise mit Metallen nach einem für hochschmelzende Metalle geeigneten Verfahren oder durch "Oxidlötung" verbunden. Bei ersterem Verfahren wird ein aus Aluminiumoxid bestehender keramischer Werkstoff wie folgt mit Kovar verbunden: Zunächst wird ein aus gesintertem Aluminiumoxid bestehender keramischer Werkstoff mit einem Überzug aus einer Mo-Mn-Paste in einem Wasserstoffofen bei 1300 - 1700⁰C gebrannt. Danach wird auf dem Mo-Mn-Überzug des keramischen Werkstoffs Nickel abgelagert und das Ganze in einem Wasserstoffofen auf etwa 800⁰C erhitzt, um eine Ni-Imprägnierschicht auszubilden. Schließlich wird der aus Aluminiumoxid bestehende keramische Werkstoff mit den Ni- und Mo-Mn-Überzügen mit Hilfe eines eutektischen Silber/Kupfer-Hartlotfüllmaterials an das.Kovar gebunden.

Bei der "Oxidlötung" wird ein aus Aluminiumoxid bestehender keramischer Werkstoff wie folgt an Niob gebunden: Ein Gemisch aus CaO, MgO, Al~0, und B-O-, wird auf einen aus gesintertem Aluminiumoxid bestehenden keramischen Werkstoff aufgetragen. Nach Ausbildung einer Schicht aus metallischem Niob (dem Überzug aus dem genannten Gemisch) wird der keramische Werkstoff bei

veränderten Druck van 133 χ 10~⁵ Pa (10~⁵ Torr) auf etwa 1500⁰C erhitzt.

Beide Maßnahmen lassen sich lediglich zum Verbinden von Formungen mit nahe beieinander liegenden Wärmeausdehnungskoeffizienten anwenden. Darüber hinaus ist das mit hochschmelzenden Metallen durchführbare Verfahren kompliziert. Bei Durchführung der Oxidlötung benötigt man ein Vakuum. Darüber hinaus gestattet letzteres keine sehr wirksame Verbindung.

Nichtoxid-Keramikwerkstoffe können mit Metallen dadurch verbunden werden, daß zunächst der keramische Werkstoff

*° durch Aufdampfen eines Metalls oder nach einer Kupfersulfatmethode "imprägniert" und dann die imprägnierte Oberfläche des keramischen Werkstoffs an den dazu passenden Metallwerkstoff "angelötet" wird. Nachteilig an diesem Verfahren ist jedoch, daß für die getrennten Verfahrensschritte, d.h. für die Imprägnierung und für Hartlötung, Wärme benötigt wird.

Der Erfindung, lag die Aufgabe zugrunde, die Verbindung von zwei Gegenständen höchst unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten durch bloßes Erwärmen zu ermöglichen.

Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß sich die gestellte Aufgabe mit Hilfe eines neuartigen Hartlötfüllmaterials in Form eines Überzugs oder einer Plattierung lösen läßt.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Hartlotfüllmaterial in Form eines Überzugs oder einer Plattierung, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus einer einer Silber—(Ag)-Schicht, einer Kupfer-(Cu)-Schicht, einer Schicht aus einer Silber/Kupfer-(Ag-Cu)-Legierung

oder einer Kombination aus Ag- und Cu-Schichten benachbarten Titan-(Ti)-Schicht besteht, wobei der Ti-Gehalt im Bereich von 3 - 80 % des Gesamtgewichts der Schichten des Gebildes liegt.

Keramische Werkstoffe werden von den meisten erschmolzenen Metallen nicht gut benetzt. Die Benetzbarkeit von keramischen Werkstoffen durch Ag-Ti-, Cu-Ti- und Ag-Cu-Ti-Legierungen ist jedoch als gut anzusehen. Ag-Cu-Legierungen und Ti bilden beim Erwärmen ein ternäres Eutektikum, das nicht nur mit keramischen Werkstoffen, sondern auch mit Kohlenstoffstählen, Ni und Cu gute Bindungen eingeht. Folglich werden zwei Schichten aus Ag-Cu und Ti benutzt. Diese wirken als . " einziges Hartlotfüllmaterial, um den keramischen Werkstoff mit dem Metallwerkstoff so fest zu verbinden, daß daraus ein Verbundgebilde entsteht.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Einzelschicht aus einer Ag-Cu-Legierung durch zwei getrennte Ag- und Cu-Schichten ersetzt werden. Auch in diesem Falle bilden Ag und Cu beim Erwärmen mit Ti ein ternäres Eutektikum, wobei sich dieselben Vorteile - wie beschrieben - einstellen. Es ist nicht kritisch, welche der beiden Schichten Ag und Cu mit der Ti-Schicht in Berührung gebracht wird.

Wenn der Ti-Gehalt unter 3 Gew.-% des Gesamtgewichts der Ti-Schicht und der Ag-, Cu- oder Ag-Cu-Legierungsschicht liegt, ist die Titanaktivität nicht ausreichend, um eine feste Bindung zu gewährleisten. Wenn der Ti-Gehalt 80 Gew.-I des Gesamtgewichts aus den genannten Schichten übersteigt, bildet sich lediglich eine spröde Legierung (d.h. ein sprödes Hartlotfüllmaterial), ohne daß man ein fest gebundenes Verbundgebilde aus keramischem Werkstoff und Metall erhält.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist bei einem Hartlotfüllmaterial der beschriebenen Art die geschilderte Schichtanordnung mit entweder einer Schicht aus einem Metall eines niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten oder einer Schicht aus einem Metall niedrigen Young-Moduls oder aber einer Schicht aus beiden in beliebiger Anordnung kombiniert. Gegebenenfalls kann das erhaltene Hartlotfüllmaterial auch mit einem anderen Hartlotfüllmaterial kombiniert werden.

Metalle mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten sind beispielsweise W, Mo, Kovar, Fe-Ni-42-Legierung, Invar, Cu-Mo-Legierungen, Cr-W-Legierungen und sonstige Metalle mit relativ geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Diese Metalle dienen als Puffer, wenn die miteinander zu verbindenden Gegenstände deutlich unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen.

Beispiele für Metalle mit geringem Young-Modul sind Cu und Ag. Geeignete Metalle mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten und niedrigem Young-Modul können je nach der Größe und Form der miteinander zu verbindenden Gegenstände in geeigneter Weise gewählt werden.

Insbesondere bei Verwendung eines Metalls eines Wärmeausdehnungskoeffizienten nahe dem Wärmeausdehnungskoeffizienten eines speziellen keramischen Werkstoffs lassen sich die in dem keramischen Werkstoff nach dem Abkühlen auftretenden Restspannungen vermindern. Bei

QQ Verwendung eines Metalls niedrigen Young-Moduls erhält man nach dem Abkühlen Verbundgebilde mit lediglich minimalen Spannungen.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher er- Qc läutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hartlotfüllmaterial von der Art eines

Überzugs oder einer Plattierung; 5

Fig. 2A, 2B und 2C Querschnitte durch erfindungsgemäß ausgebildete Hartlotfüllmaterialien von der Art eines Überzugs oder einer Plattierung;

Fig. 3 und 4 Querschnitte durch spezielle Ausführungsformen der Erfindung; .

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein zur Messung der

Scherfestigkeit des Hartlotfüllmaterials eingespanntes Metall/Keramik-Verbundgebilde

gemäß der Erfindung;

Fig. 6A eine Stirnansicht einer Elektrodeneinheit

und 20

Fig. 6B einen Querschnitt durch das an die Elektrodeneinheit gebundene Hartlotfüllmaterial.

Das in Fig. 1 dargestellte Hartlotfüllmaterial besteht aus einer mit einer Ti-Schicht a₂ plattierten Ag-, Cu- oder Ag-Cu-Legierungsschicht a,. Zur Herstellung eines Metall/Keramik-Verbundgebildes kann entweder die Schicht a, oder a„ mit dem keramischen Werkstoff in Berührung gebracht werden. Bei einer anderen Ausfuhrungsform kann die Ag-Cu-Legierungsschicht durch eine Kombination ■ aus Ag- und Cu-Schichten ersetzt werden. In letzterem Falle ist es nicht kritisch, welche Schicht {Ag oder Cu) mit der Ti-Schicht in Berührung steht.

Die Fig. 2A bis 2C zeigen drei Beispiele einer anderen Ausführungsform erfindungsgemäßer Hartlotfüllmaterialien. Gemäß Fig. 2A wird auf der Schicht a₂ des

in Fig. 1 dargestellten Hartlotfüllmaterials eine Schicht b aus einem Metall niedriger Wärmeausdehnung ausgebildet. Gemäß Fig. 2B wird diese Schicht b aus einem Metall niedriger Wärmeausdehnung durch eine Schicht c aus einem Metall mit niedrigem Young-Modul ersetzt. Fig. 2C veranschaulicht einen Fall, bei welchem auf der Schicht a- des in Fig. 1 dargestellten Hartlotfüllmaterials in der angegebenen Reihenfolge zwei Metallschichten b und c ausgebildet sind.

Anstatt auf der Schicht a_ des in Fig. 1 dargestellten Hartlotfüllmaterials kann (können) die Schicht(en) b und/oder d auch auf der Schicht a, ausgebildet werden. Die Anordnung der Schichten b und c gemäß Fig. 2C kann auch umgekehrt werden. Schließlich können die beiden Schichten b und c auch mit einer anderen verbindenden Metallschicht kombiniert werden.

20 Spezielle Ausführungsformen des erfindungsgemäßen

Hartlotfüllmaterials sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Fig. 3 zeigt eine Laminatstruktur, bei der zwischen zwei Ag-Cu-Legierungsschichten a, eine Ti-Schicht a» , eine Schicht b aus einem Metall niedriger Wärmeausdehnung, z.B. einer Mo-Schicht, und eine Schicht c aus einem Metall niedrigen Young-Moduls, z.B. eine Cu-Schicht, vorgesehen sind. Die einzelnen Schichten a,, a_, b und c erfüllen die bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 2C beschriebenen Funktionen. Die unterste Schicht a, benetzt andere Metalle als rostfreien Stahl, Stahl hohen Kohlenstoffgehalts und keramische Werkstoffe gut und haftet folglich fest an Legierungen auf Kupferbasis, üblichem Eisen und Nickel. Zum Verbinden mit rostfreiem Stahl, Stahl hohen Kohlenstoffgehalts und keramischen Werkstoffen kann die unterste Ag-Cu-Schicht a, mit einer weiteren Ti-Schicht a_ versehen werden. Die beiden Schichten wirken als ein-

heitliche Legierungsschicht, die rostfreien Stahl, Stahl hohen Kohlenstoffgehalts oder keramische Werkstoffe gut benetzt und eine feste Haftung zu diesen Werkstoffen gewährleistet.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform besteht aus einer Kombination einer Ti-Schicht a„, einer Ag-Schicht a., einer Cu-W-Schicht b und einer weiteren Ag-Schicht a, (in der angegebenen Reihenfolge). Die beiden obersten Schichten a₂ und a, wirken als einheitliches Legierungssystem, das gut an keramischen Werkstoffen haftet. Die unterste Ag-Schicht a, benetzt keramische Werkstoffe und Metalle gut. Folglich stellt das erfindungsgemäße Hartlotfüllmaterial gemäß Fig. 4 sicher, daß Verbundgebilde hoher Bindefestigkeit erhalten werden.. Die Erfindung läßt sich auf die Her stell ung' von Metallverbundgebilden mit sämtlichen Arten keramischer Werkstoffe, d.h. von Oxidwerkstoffen, wie Aluminiumoxid und Zirkonoxid, sowie Nicht-Oxidkeraroikmaterialien, wie Siliziumnitrid und Siliziumkarbid, anwenden.

Es werden verschiedene Prüflinge erfindungsgemäßer Hartlotfüllmaterialien hergestellt und zum Verbinden der verschiedensten keramischen Werkstoff«· und Metalle verwendet. Die hierbei erhaltenen Metall/Keramik-Werkstoffe werden auf ihre Scherfestigkeit h5n untersucht.. Die Ergebnisse finden sich in der später folgenden Tabelle I. Eines der Verbundgebilde enthalt ein Hartlotfüllmaterial anderer Zusammensetzung £] s erfindungsgemäß angegeben. Das andere Gebilde wurdt zur Herstellung eines Metall/Keramik-Werkstoffε ^jner oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäß^·,', Verbundgebildeprüflinge werden folgende vier keramische Materialien verwendet:

1) Siliziumnitrid (90 % reines Si₃N₄) einer Porosität von 20 %, das bei Atmosphärendruck gesintert wurde;

2) Siliziumkarbid (95 % reines SiC) einer Porosität von 3%, das bei Atmosphärendruck gesintert wurde;

3) gesintertes Aluminiumoxid (95 % reines Al₃O₃) einer Porosität von 3 %;

4) gesintertes Zirkonoxid (90 % reines ZrO-) einer Porosität von 1 %, das den Yttriumoxidteil stabilisiert hat.

Sämtliche vier gesinterten Proben der keramischen Werkstoffe werden mit Diamantschleifabrieb auf eine gegebene Größe (15 χ 15 χ 10 mm) ausgeformt. Nach dem Säubern einer Oberfläche jedes keramischen Elements (15 χ 15 mm) mittels eines Reinigungsmittels und Azeton wird jeweils ein Hartlotfüllmaterial gemäß Beispiel 1 derart auf das keramische Element gelegt, daß die Schicht I mit dem keramischen Werkstoff in Berührung steht. Danach wird auf die Hartlotfüllmaterialschicht eines der in Tabelle I genannten Metalle gelegt, wor-

25 auf das Ganze unter der in Tabelle I angegebenen

Atmosphäre auf die ebenfalls in Tabelle I angegebene Temperatur erhitzt wird. Hierbei erhält man jeweils ein Metall/Keramik-Verbundgebilde.

Die bei dem Scherfestigkeitstest verwendeten Hartlotfüllmaterialprüflinge von der Art eines Überzugs oder einer Plattierung besitzen Abmessungen von 15 χ 15 χ t mm (bezüglich der speziellen Werte für t bzw. der Füllmaterialdicke vgl. Tabelle I). Die an die keramischen Werkstoffe zu bindenden Metalle besitzen Abmessungen von 15 χ 15 χ 10 mm. Die Prüflinge Nr. 1 bis 13 von Tabelle I enthalten erfindungsgemäße Hartlotfüllmaterialien. Der Prüfling Nr. 14 ist ein Vergleichs-

prüfung. Die Prüflinge Nr. 1 bis 13 sind dadurch gekennzeichnet, daß sie Hartlotfüllmaterialien ausreichend guter Benetzbarkeit für keramische Werkstoffe enthalten. Auf diese Weise werden Fehler, z.B. eine Rißbildung in den keramischen Werkstoffen, verhindert. Der Prüfling Nr. 14 enthält ein Hartlotfüllmaterial, dessen Ti-Gehalt größer ist als der erfindungsgemäß einzuhaltende Ti-Gehalt. Demzufolge besitzt er keine so gute Benetzbarkeit für keramische Werkstoffe, um eine ausreichende Haftung zwischen Metall und Keramikitiaterial sicherzustellen. Die Prüflinge Nr. 15 bis werden erfindungsgemäß in einer Wasserstoffatmosphäre erhitzt. Der durch Erhitzen an Luft hergestellte Prüfling

15 Nr. 19 zeigt praktisch keine Scherfestigkeit.

Die zur Messung der Scherfestigkeit der Verbundgebildeprüflinge verwendete Vorrichtung ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. In der Vorrichtung ist ein Prüfling aus einem mit Hilfe eines Hartlotfüllmaterials 3 an ■ ein Metall 2 gebundenen keramischen Werkstoff 1 mit dem ffetallteil 2 und dem Keramikteil 1 mit Klammern 4 festgelegt. Die Teile 1 und 2 werden in Pfeilrichtung mit einer Geschwindigkeit von 2 mm/min belastet.

Von keramischen Werkstoffen derselben Zusammensetzung, wie sie das verwendete Aluminiumoxid bzw. Siliziumnitrid aufweist, werden weitere Metall/Keramik-Verbundgebildeprüflinge hergestellt. Diese werden auf ihren elektrischen Widerstand und ihre Zugfestigkeit hin untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Jede Keramikwerkstoffprobe wird zu,1,2 (t) χ 15 χ 30 mm (t = Stärke) großen Formungen ausgeformt, worauf der jeweils erhaltene (nicht dargestellte) keramische Formling mit einem Hartlotfüllmaterial des in Fig. 6B dargestellten Aufbaus aus einer Ag-Cu-Legierungsschicht I und einer Ti-Schicht II beschichtet

wird. An beiden Kanten der Füllmaterialschicht (13 mm χ 20 mm) werden zwei Elektrodenschichten aus einer Co-Schicht III und einer Cu-Schicht oder Ni-Schicht iv (jeweils einer Breite von 10 mm) gebildet. Die Pig.6A stellt eine Frontansicht des erhaltenen Gebildes, von der Oberseite der Elektrode IV aus gesehen, dar. In Fig. 6A ist mit 5 ein Teil ohne Elektrodenüberzug bezeichnet. Die gestrichelten Linien durch das Zentrum Jedes Teils 5 zeigen die Linien, längs deren das Gebilde zur Herstellung von sieben Prüflingen in sieben Abschnitte unterteilt ist. Von den Metallimprägnierschichten jedes Abschnitts zeigt es sich, daß die Prüflinge Nr. 20 bis 24 einen elektrischen Widerstand

15 von nahezu Null aufweisen.

An die Elektrodenschichten jedes Abschnitts wird ein Nickeldraht (0,5 mm Querschnitt) angelötet, worauf die Zugfestigkeit der Bindung zwischen Metall und Hartlotfüllmaterial gemessen wird. Die Belastung erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 20 mm/min. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Sie zeigen das hervorragende Leistungsvermögen der erfindungsgemäßen Hartlot füllmaterialien.

ω ο

to ο

cn

Tabelle I

Prüfling
Nr.

2

Kera
misches
Werk
stoff

Aufbau
einzeln*
I

3es Hart
an Schic
II

lotfül]
hten (j
III

jnateri
.n ran)
IV

als und
V

Dicke der
VI

Zu ver
bindendes
Metall

Temp.d. j
Erhitzen:
in ⁰C

Atrnbr-
3 Sphäre
beim Er
hitzen

Scher
festig
keit
(kg/mm²)

Be
merkungen

Il

1

3

Pg-Cu
(28)0,05

TL 0,03

W 0,2

Cu 0,5

Ag-Cu
(28)0,05

-

ftüLen-
sbofBsbsKL

850

«2

13,0

erfindngs-
gariäß

Il

4

SiC

Il

W 0,2

Ag 0,5

Il

-

Il

850

Il

5,8

Il

5¹

AL₂O₃

Il

Kbvar
0,2

Cu 0,5

Il

—

Il

850

Il

10,2

Il

7

ZrO₂

Il

Cu 0,2

-

Il

-

Il

850

Il

D,6

Il

8

Al₂O₃

Cu 0,03

Ag 0,05

TL .0,03

Ifcvar
0,2

Ag 0,05

Cu 0,03

NL

850

Ar

7,8

Il

9

AL₂O₃

Ag-Cu
(28)0,05

TL 0,03

IMlL
(42)0,2

Cu 0,25

Ag-Ca
(28)0,05

—

IfchlaT-
staEfstahl

900

Ar

9,4

Il

10

AL₂O₃

Ag<Xi
(28)0,05

Ti 0,03

Cu 0,5

Ag-Cu
(28)0,05

90Q

NH₃ (Zer-

8,7

Il

11

AL₂O₃

Ag 0,05

TL 0,03

Yöjssc
0,2

—

Ag 0,05

— ^ ■

NL

1000

gas)

8,0

Il

12

AL₂O₃

TL 0,03

Ag 0,05

ifcvar
0,2

—

Ag 0,05'

—

NL

1000

Ar

8,0

Si₃N₄

Ag 0,05

TL 0,03

Md 0,2

Ou 0,2

to 0,2

Ag 0,05

Ni

1000

Ar

10,0

Si₃N₄

Ag-Cu
(3)0,05

TL 0,03

Cu 0,2

Invar
0,4

Qa 0,2

Ag-Cu
(28)0,05

Kdhlm-
staffstshl

850

Il

13,3

Vakuum
133xlO-4Ra
(MHlfcrr)

CO NJ CD

ω ο

to ο

Prüfling-
Nr.

Kera
mischer
Werk
stoff

Aufbau d
einzelne
I

es Hartl
η Schich
II

otfüllr
iten (ii
III .

naterie
ι mm)
IV

ds
V

und

Dicke der
VI

Zu ver
bindendes
Matall

Temp.d.
Erhitzens
in ⁰C

Atmo
sphäre
beim Er
hitzen

acher-
estig-
eit
kg/mm²)

Be
merkungen

13

Ag-Qi
(28)0,06

TL 0,03

W-cu
(10)0,4

Qi 0,2

-

AgKIi
(28)0,05

Yätüenr
stcffsfcahl

850

Vciaun
133χΗΗ£ι)
(lCr^Ifcrr)

10,5

erfircLngs-
gatäß

14

Si₃N₄

AgKIi
(28)0,03

TL 0,3

W-CU
(10)0,4

Qi 0,2

-

Ag-Qi
(28)0,05

I)

850

11

0

\fetgleichs-
3cüfling

5

Al₂O₃

Ag 0,05

Qi 0,03

110,03

Ifcwar
0,2

Qi

0,03

Ag 0,05

NL

850

Ar

7,9

erfindngS-
gsmäß

6

ZTO₂

Qi 0,05

TL 0,03

ifcwar
0,2

Ag 0,05

—

Ni

1060

Il

6,8

Il

15

Al₂O₃

AgKIi
(28)0,05

TL 0,03

Qi 0,5

—

TL

0,03

AgOu
(28)0,05

ZrO₂

850

«2

10,1

Il

16

Al₂O₃

Ag-Qi
(28)0,05

Ti 0,03

Ifcwar
0,2

Qi 0,5

TL

0,03

AgKOi
(28)0,05

rostfreier
Stahl

850

7,9

Il

17

Si₃N₄

Ag-Qi
(28)0,05

TL 0,03

to 0,2

Ql 0,2

TL

0,03

Ag-Qi
(28)0,05

ZrO₂

850

«2

11,0

Il

18

Si₃N₄

AgKIi
(28)0,05

TL 0,03

Kb 0,2

Qi 0,2

TL

0,03

AgKIi
(28)0,05

rostfreier
Stahl

850

E₂

10,8

Il

IS

Si₃N₄

Ag-Qi
(28)0,05

TL 0,03

m 0,2

Ql 0,2

TL

0,03

AgKIi
(28)0,05

Il

850

Luft

0

\fergleidhs-
prüfling

9*

Si₃N₄

Ag-Qi
(28)0,05

-

Si₃N₄

850

H₂

9,5

erfindng»-
yaitß

Ca) NJ CO

to O

Tabelle II

Prüfling- Nr.	Kera mischer Werkstoff	Aufbau des H der einzelne I	artlotfüll η Schichte II	material η (in mm III	s und Dicke ) IV	Tenp.d. Erhitzens (⁰C)	Atmo sphäre beim Er hitzen	Elek trischer Widerstand (IL)	Zug festig keit (kg/mm²	Be- - roer- kungen )
20	Si₃N₄	Ag-Cu(28)0,05	Ti 0,03	Cu 0,2	Ni 0,5	850	H₂	0	1,7	er- findungs- gemäß
21	Al₂O₃	Ag-Cu(28)0,10	Ti 0,03	Cu 0,2	Ni 0,5	Il	Il	Il	7,0	H
22	Al₂O₃	Ag-Cu(28)0,05	Ti 0,03	Kovar	-	Il	Ii	Il	7,3	It
23	Si₃N₄	Ag-Cu(28)0,05	Ti 0,03	Mo 0,2	Cu 0,5	Il	Il	• 1	6,6	Il
24	Si₃N₄	Ag-Cu(28)0,05	Ti 0,03	Cu 0,2	Mo 0,2	Il	Il	Il	7,3	Il

Die vorherigen Ausführungen und die Werte der Tabellen zeigen, daß man mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Hart lotfüllmaterials eine feste Metall/Keramik-Bindung erreicht. Erfindungsgemäß wird dem Fachmann ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Metall/Keramik-Verbundgebildes hoher Bindefestigkeit an die Hand gegeben.

10

15 20 25 30 35

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Claims

Patentansprüche

1. Hartlotfüllmaterial zum Verbinden von keramischen Werkstoffen mit Metall-, Glas- oder Keramikwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Schicht aus Ag, Cu, einer Ag-Cu-Legierung oder einer Kombination von Ag- und Cu-Schichten sowie einer angrenzenden Ti-Schicht besteht, wobei der Ti-Gehalt im Bereich 3 - 80 % des Gesamtgewichts des Hartlotfüllmaterials liegt.

2. Hartlotfüllmaterial zum Verbinden eines keramischen Werkstoffs mit einem Metall-, Glas- oder Keramikwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Schicht aus einem eine niedrige Wärmeausdehnung aufweisenden Metall und/oder eine Schicht aus einem einen niedrigen Young-Modul aufweisenden Metall in Kombination mit einem Füllmaterial in Form einer Ag-Schicht, einer Cu-Schicht, einer Schicht aus einer Ag-Cu-Legierung oder einer Kombination aus Ag- und Cu-Schichten sowie einer angrenzenden Ti-Schicht umfaßt, wobei der Ti-Gehalt im Bereich von 3 - 80 % des Gesamtgewichts des Hartlotfüllmaterials liegt und eine (der) Schicht(en) aus einem Metall mit niedriger Wärmeausdehnung (und)/ oder mit niedrigem Young-Modul der Ag-Schicht, Cu-Schicht, Schicht aus einer Ag-Cu-Legierung oder Ti-Schicht benachbart angeordnet ist und mit der betreffenden Schicht eine Einheit bildet.

3. Verbundgebilde, erhältlich durch Einbringen eines Hartlotfüllmaterials in Form einer Ag-Schicht, Cu-Schicht, Schicht aus einer Äg-Cu-Legierung oder Kombination aus Ag- und Cu-Schichten, sowie einer angrenzenden Ti-Schicht (wobei der Ti-Gehalt im

Bereich von 3 - 80 % des Gesamtgewichts des Hartlotfüllmaterials liegt) zwischen einen keramischen Werkstoff und einen Metall-, Glas- oder Keramikwerkstoff,In-Berührung-bringen des keramischen Werkstoffs mit der Ag-Schicht, Cu-Schicht, Schicht aus einer Ag-Cu-Legierung, mit der Kombination aus Ag- und Cu-Schichten oder der Ti-Schicht und Erwärmen des Ganzen in nicht-oxidierender Atmosphäre zum Verbinden des keramischen Werkstoffs mit dem Metall-, Glas- oder Keramikwerkstoff.

4. Verbundgebilde, hergestellt durch Einbringen eines Hartlotfüllmaterials in Form einer Kombination aus einer Schicht aus einem Metall niedriger Wärmeausdehnung und/oder einer Schicht aus einem Metall niedrigen Young-Moduls und einem Füllmaterial in Form einer Ag-Schicht, einer Cu-Schicht, einer Schicht aus einer Ag-Cu-Legierung oder einer.Kombination aus Ag- und Cu-Schichten sowie einer angrenzenden Ti-Schicht (wobei der Ti-Gehalt im Bereich von 3 - 80 % des Gesamtgewichts des Hartlotfüllmaterials liegt) zwischen einen keramischen Werkstoff und einen Metall-, Glas- oder Keramikwerkstoff, wobei der keramische Werkstoff mit der Ag-Schicht, Cu-Schicht, Schicht aus einer Ag-Cu-Legierung, der Kombination aus Ag- und Cu-Schichten oder der Ti-Schicht in Berührung steht und eine (der) Schicht(en) aus dem Metall niedriger Wärmeausdehnung (und)/oder niedrigen Young-Moduls nächst der Ag-Schicht, Cu-Schicht, Schicht aus einer Ag-Cu-Legierung, der Kombination aus Ag- und Cu-Schichten oder der Ti-Schicht, die nicht mit dem keramischen Werkstoff in Berührung steht, angeordnet ist und

35 mit der betreffenden Schicht eine Einheit bildet, und

10 15 20 25 30 35

Erwärmen des Ganzen in nicht-oxidierender Atmosphäre zum Verbinden des keramischen Werkstoffs mit dem Metall-, Glas- oder Keramikwerkstoff.