DE938227C - Soldering, adhesive or similar connection of parts comprising each other with different coefficients of thermal expansion (metal and ceramic parts) - Google Patents

Description

Löt-, Kleb- od. dgl. Verbindung von einander umfassenden Teilen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten (Metall- und Keramikteilen) Die Verbindung betrifft eine Löt-, Kleb- od. dgl. Verbindung eines rohrförmigen (Metall-) Teiles mit einem von diesem umfaßten (Keramik-) Teil.Soldering, adhesive or the like. Connection of mutually comprehensive parts with different coefficients of thermal expansion (metal and ceramic parts) The Connection relates to a soldering, adhesive or similar connection of a tubular (metal) Part with one of this comprised (ceramic) part.

Bei einer Metall-Keramik-Lötverbindung, bei der ein Metallrohr das Keramikbeil umschließt, ist es bekannt, ein Metallrohr mit einem Wärmeaus,dehnun gskoeffizienten zu verwenden, der größer ist als derjenige des Keramikteiles. Nach dem Verlöten schrumpft in diesem Fall das sich bei der Abkühleng stärker als das Keramikteil zusammenziehende Metallrohr auf das Keramikteil auf, so daß die Lötverbindung und -das Keramikteil als mechanisch schwächerer Körper auf Druck und nicht auf Zug beansprucht werden.In the case of a metal-ceramic soldered joint in which a metal tube is the Enclosing ceramic hatchet, it is known to expand a metal tube with a heat from To use g coefficient that is greater than that of the ceramic part. To In this case, after soldering, it shrinks more than that when it cools down Ceramic part contracting metal tube on the ceramic part, so that the soldered connection and the ceramic part as a mechanically weaker body on compression and not on tension are claimed.

Dieses bekannte Verfahren bereitet jedoch vor allem bei der Hartlötung insbesondere dann Schwierigkeiten, wenn der Durchmesser der zu verbindenden. Bauteile groß isst, z. B. über 30 mm beträgt. Der Grund hierfür liegt darin, daß bei der Erwärmung auf die hohen Hartlöttemperaturen von 7oo bis i ioo° C infolge der verschiedenen Wärmedehnung der zu verbindenden Teile die Lötfuge zu groß wird, um vom Lot gleichmäßig ausgefüllt zu werden. Hierzu trägt .die Dünnflüssigkeit der üblichen Hartlote, wie Kupfer und Silber, wesentlich bei.However, this known method causes difficulties, especially when brazing, especially when the diameter of the to be connected. Eats large components, e.g. B. is over 30 mm. The reason for this is that when heated to the high brazing temperatures of 700 to 100 ° C., due to the different thermal expansion of the parts to be connected, the soldering joint becomes too large to be evenly filled by the solder. The thin liquid of the usual hard solders, such as copper and silver, contributes significantly to this.

Gleich-#verfige Schwierigkeiten treten bei einer Metall-Keramik-Lötverbindung auf, bei der ein Metallrohr mit seiner Außenwandung mit einem Keramikteil zut verlöten, ist und bei der, um bei der Abkühlung eine Zugbeanspruchung des Keramikteiles zu vermeiden, das '.Metallrohr einen kleinerem Wärmeausdeluiungskoeffizienten wie das Keramikteil besitzt, z. B. aus Woilfrarn oder Molybdän besteht.Similar difficulties arise with a metal-ceramic soldered connection on, in which a metal pipe is to be soldered with its outer wall to a ceramic part, is and in the case of a tensile stress on the ceramic part during cooling avoid using the '.metal pipe a smaller one Thermal expansion coefficient how the ceramic part has, e.g. B. consists of wool or molybdenum.

Einwandfreie derartige Lötverbindungen lassen sich jedoch erfindungsgemäß dadurch herstellen, daß der außenliegende Teil mit dem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten von .einer Bandage aus mechanisch festerem (diclkerem) Werkstoff mit kleinerem Wärmeausdehnunigskoeffizienten umgeben ist bzw. dem innenliegenden Teil ein gleich.-falls: mechanisch: festeres (dickeres), längs seines Umfanges nicht unterbrochenes Teil, aber mit größerem Wärmeausdehnungskoeffizienten anliegt. Vorzugsweise soll der Ausdehnungskoeffizient des zusätzlichen Teiles etwa gleich dem der Keramik sein, damit auch während der Verlötung ein P.reßsitz zwischen den zu verbindenden Teilen. gewährleistet isst.Correct such soldered connections can, however, be made according to the invention produced by the fact that the outer part with the greater coefficient of thermal expansion of .a bandage made of mechanically stronger (thicker) material with a smaller coefficient of thermal expansion is surrounded or the inner part is the same.-if: mechanically: more solid (thicker) part uninterrupted along its circumference, but with a greater coefficient of thermal expansion is applied. The expansion coefficient of the additional part should preferably be approximately be the same as that of the ceramic, so that a tight fit between the the parts to be connected. guaranteed eats.

Besitzt im ersterwähnten Falle, bei dem das Metallrohr die Keramik umschließt, die Keramik einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3ö bis 50 - 1o-7, wie z. B. Porzellan, und das verwendete Metall einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von ioo bis i8o - io-7, wie z. B. Kupfer, Eisen, Nickel, so ist es, besonders zweckmäßig, das anzulötende _ Metallmohr mit einem aus Wolfram bestehenden Metallteil zu umgeben. Soll ein Metallrohr mit den angeführten Eigenschaften mit einer Keramik durch Hartlöten verbunden werden, die einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 5o bis 8o - io-7 besitzt, wie z. B. Steatit, so wird mit besonderem Vorteil das anzulötende Metallrohr mit einem aus Mo@lybdän bestehenden Metallteil umgeben.In the first-mentioned case, in which the metal tube possesses the ceramic encloses the ceramic with a coefficient of thermal expansion of 3ö to 50 - 1o-7, such as B. porcelain, and the metal used has a coefficient of thermal expansion from ioo to i8o - io-7, such as B. copper, iron, nickel, it is particularly useful To surround the metal black to be soldered with a metal part made of tungsten. Shall a metal pipe with the listed properties with a ceramic by brazing connected, which has a coefficient of thermal expansion of 5o to 8o - io-7, such as B. steatite, the metal pipe to be soldered is with particular advantage surrounded by a metal part made of Mo @ lybdenum.

Das das anzulötende Metallrohr umgebende Metallteil verhindert die freie Wärmedehnung des Metallrohres und sichert eine schmale vom Lot gleichmäßig ausgefüllte Lötfuge. Selbstverständliche Voraussetzung für diese Wirkungsweise ist einerseits, daß das anzulötende Metallrohr in seinen stofflichen Eigenschaften und seinen Abmessungen so besehaffen .ist, daß es. in ausreichendem Umfang nachgiebig ist, andererseits, daß das das Metallrohr umgebende Metallteil ausreichend starr ist. Demgemäß wird. das anzulötende Metallrohr dünnwandig, daß_ das Rohr umgebende Metallteil verhältnismäßig dick ausgebildet.The metal part surrounding the metal pipe to be soldered prevents this free thermal expansion of the metal pipe and secures a narrow from the solder evenly filled solder joint. It goes without saying that this is a prerequisite for this mode of operation on the one hand that the metal pipe to be soldered in its material properties and its dimensions are such that it. compliant to a sufficient extent is, on the other hand, that the metal part surrounding the metal pipe is sufficiently rigid is. Accordingly, will. the metal pipe to be soldered thin-walled that_ surrounding the pipe Metal part made relatively thick.

Dias Metallteil, welches das anzulötende Metallrohr umgeben soll, kann die Form einer bandagenartigen Drahtwicklung, eines Ringes oder eines Klemmringes haben. Zur Herstellung der Drahtwicklung eignen sieh Drähte vom: o,5 bls i mm Durchmesser, zur Herstellung der Ringe Bleche von mindestens i mm Dicke.The metal part, which is to surround the metal pipe to be soldered, can be in the form of a bandage-like wire winding, a ring or a clamping ring to have. For the production of the wire winding see wires with a diameter of: o, 5 bls i mm, To produce the rings, sheets of at least 1 mm thick.

Wird die Lötverbindung im Gebrauch höherem. Temperaturen, über etwa 3oo° C; ausgesetzt, so empfiehlt es sich, nach der Herstellung dass das Metallrohr umgebende Metallteil an seinem Platz zu belassen. Dementsprechend kann es:. auch - dann., wenn eine bereits fertige Hartlötverbindung höheren Temperaturen ausgesetzt werden soll, zweckmäßig sein, im Sinne der vorliegenden Erfindung das. Metallrohr der Hartlötverbindung nachträglich mit einem Metallteil zu umgeben, das die freie Wärmeausdehnung - des Metallrohres verhindert. Wird dagegen die Hartlötverbindung nach der Herstellung nicht oder nicht mehr höheren Tempe raturen ausgesetzt, .so kann das das angelötete Metallrohr umgebende Metallteil entfernt werden.The soldered connection becomes higher in use. Temperatures, about about 300 ° C; exposed so it is best to post that fabrication that the metal pipe to leave the surrounding metal part in place. Accordingly, it can: even - when an already finished brazed joint is exposed to higher temperatures should be, be appropriate for the purposes of the present invention. Metal pipe to surround the brazed connection with a metal part afterwards, which the free Thermal expansion - of the metal pipe prevented. If, however, the brazed connection not or no longer exposed to higher temperatures after production, so the metal part surrounding the soldered-on metal pipe can be removed.

Im zweiten eingangs: erwähnten. Falle mit einem mit seiner Außenwandung mit einem Keramikteil zu verlötendem Metallrahe- liegt erfindungsgemäß, mindestens. während der Herstellung der VeTbindung, der Innenwandung des Metallrohres. ein längs seines Umfanges nicht unterbrochenes, mechanisch festeres weiteres, Metallteil mit einem größeren Wärmeausde:hnungskoeffizientem: sprengringartig eng an.In the second at the beginning: mentioned. Trap one with its outer wall with a ceramic part to be soldered metal frame is according to the invention, at least. during the production of the connection, the inner wall of the metal pipe. a lengthways its circumference with uninterrupted, mechanically stronger metal part a greater thermal expansion coefficient: close like a snap ring.

In der Fig. i ist eine gemäß der Erfindung hergestellte, Hartlötverbindung veranschaulicht, bei der ein Kupferrohr i ein Steatitrobr 2 umschließt, das seinerseits umgeben ist von einem Mo,lybdänrin@g 3. Der Molyb,dänring 3 kann in einfacher Weise auf das Kupferrohr i aufgezogen sein. Das zur Verbindung erforderliche Hartlot, z. B. ein Silberlot, wird in Form eines Drahtes q. angeor-dnet und fließt beim Erhitzen auf Löttemperatur in die enge, zwischen Kupferrohr i und Steatibrohr 2 bestehende Fuge. An Stelle des in Fig. i dargestellten Metallringes. 3 kann auch eine Drahtwicklung 5 gemäß Fing. 2 oder ein Klemmring 6 gemäß Fig. 3 angewendet werden. Zweckmäßiigerweise wird der letztere durch eine Sohraübverbindung 7 an dem anzulötenden Metallrohr befestigt .und erhält einen Metallstreifen 8 zur Überbrückung des offenen Teiles dies Klemmringes.In Fig. I is a produced according to the invention, brazed connection illustrates, in which a copper tube i encloses a Steatitrobr 2, which in turn is surrounded by a Mo, lybdenum ring @ g 3. The molybdenum ring 3 can be in a simple manner be drawn onto the copper tube i. The hard solder required for the connection, z. B. a silver solder is in the form of a wire q. arranged and flows when heated to the soldering temperature in the narrow existing between copper tube i and steatib tube 2 Gap. Instead of the metal ring shown in FIG. 3 can also be a wire winding 5 according to Fing. 2 or a clamping ring 6 according to FIG. 3 can be used. Appropriately the latter becomes through a Sohraübverbindungen 7 on the metal pipe to be soldered attached .und receives a metal strip 8 to bridge the open part this clamping ring.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4. ist das Metallrohr 9 aus. Wolfram oder Molybdän von dem Keramikrohr io, umschlossen. Im Sinne dien Erfindung liegt der Inüenwandung des Metallrohres der Ring i i aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit einem Wärmeausdebnungskoaffizienten zwischen denjenigen des Keramikrohres io und des Metallrohres 9 sprengringairtig eng an. Dieser Metallring i i führt im Falle der Erwärmung der Lötstelle lediglich zu einer Ausweitung des Metallrohres 9 und damit zu einer Entlastung der Lötverbindung bzw. während -der Herstellung zu einer Verringerung der- Lötfuge, aber nicht zu einer Zugbeanspruchung der Keramik.In the embodiment according to FIG. 4, the metal pipe is 9 the end. Tungsten or molybdenum from the ceramic tube 10, enclosed. In the sense of the invention the inner wall of the metal tube is the ring i i made of a nickel-iron alloy with a coefficient of thermal expansion between that of the ceramic tube io and the metal pipe 9 snap ring tightly. This metal ring i i leads in the case the heating of the solder joint only to an expansion of the metal pipe 9 and thus relieving the load on the soldered joint or during manufacture to one Reduction of the solder joint, but not tensile stress on the ceramic.

Die Erfindung ist nicht auf durch ein Lötmittel zusammengehaltene Metall-Keramik-Verbindungen beschränkt, sondern läßt sich auch auf Verbindungen mit grundsätzlich gleichem Aufbau, aber abweichenden Materialien, vor allem Klebverbindungen, anwenden, wenn diese Verbindung durch unterschiedliche Wärmeausdehnung der verbundenen Teile gefährdet ist.The invention is not held together by solder Metal-ceramic connections are limited, but can also be used for connections with basically the same structure, but different materials, especially adhesive joints, apply when this connection due to different thermal expansion of the connected Parts is at risk.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE-i. Löt-, Kleb- od. dgl. Verbindung von einander umfassenden Teilen mit unterschiedlichen Wärmeausdehn:ungskoeffizientxi (Metall- und Keramikteilen), dadurch gekennzeichnet, daß der außenliegende Teil mit dem größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten von einer Bandage aus mechanisch festerem (dickerem) Werkstoff mit kleinerem Wärmeausdehnungskoeffizienten umgeben ist bzw. dem innenliegenden Teil ein gleichfalls mechanisch festeres (dickeres), längs seines Umfanges nichtunterbrochenes Teil, aber mit größerem Wärmeausdehnungskoeffizienten anliegt. PATENT CLAIMS-i. Soldering, adhesive or the like. Compound of each other Parts with different thermal expansion coefficientxi (metal and ceramic parts), characterized in that the outer part with the greater coefficient of thermal expansion from a bandage made of mechanically stronger (thicker) material with Is surrounded by a smaller coefficient of thermal expansion or the inner part an equally mechanically stronger (thicker) one that is uninterrupted along its circumference Part, but with a larger coefficient of thermal expansion. 2. Anordnung .nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandage aus einem eng gewickelten Draht besteht. 2. arrangement .according to Claim i, characterized in that the bandage is made from a tightly wound wire consists. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandage aus einem durch eine Schraubverbindung zusammenziehbaren Klemnvring besteht, dessen Stoßfuge zweckmäßig durch einen eingelegten Metallstreifen überbrückt ist. .3. Arrangement according to claim i, characterized in that the bandage from there is a clamping ring that can be contracted by a screw connection, its Butt joint is expediently bridged by an inserted metal strip. . 4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von (ioo bis i8o) - io-7 aufweisenden Metallteil, z. B. Kupfer, Eisen oder Nickel, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandage bei einem Keramikteil mit einem WäTmeaus.dehnungskoeffizienten von (3o bis 5o) - io-7, z. B. Porzellan, aus Wolfram, bei einem Wärmeausdehn.ungskoeffizienten von (So bis 80) - 1o-7, z. B. Steatit, aus Modybdän beisteht. 4. Arrangement according to one of the preceding claims with a coefficient of thermal expansion from (ioo to i8o) - io-7 having metal part, z. B. copper, iron or nickel, characterized in that, in the case of a ceramic part, the bandage has a coefficient of thermal expansion from (3o to 5o) - io-7, e.g. B. porcelain, made of tungsten, with a coefficient of thermal expansion from (Sun to 80) - 1o-7, e.g. B. steatite, from Modybdenum. 5. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das längs seines Umfanges nicht unterbrochene Teil aus einem geschlossenen Ring mit einem Wärmeausdehnungskoerffizienten zwischen dem des. Metall- und Keramikteiles, vorzugsweise angenähert demjenigen der Keramik, z. B. aus einer Nickel-Eisen-Legierung, besteht. Angezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 561 toi; Zeitschrift »Glas- und Ho@chvakuum-Technik«, 1952, Heft 5, S. 79 bis 85.5. Arrangement according to Claim i, characterized in that it is not interrupted along its circumference Part of a closed ring with a coefficient of thermal expansion between that of the metal and ceramic part, preferably approximating that of the ceramic, z. B. made of a nickel-iron alloy. Printed publications: British Patent No. 561 toi; Journal »Glas- und Ho @ chvakuum-Technik«, 1952, issue 5, pp. 79 to 85.