DE1496614A1

DE1496614A1 - Nichtmetallisches,vorzugsweise optisches Element und Verfahren zum Anbringen eines Metallstreifens an diesem Element

Info

Publication number: DE1496614A1
Application number: DE19631496614
Authority: DE
Inventors: Forman Paul F; Roy Stoll
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1963-02-27
Filing date: 1963-02-27
Publication date: 1969-07-03

Description

Nichtmetall-.'#Isches" vorzi",cßweise optisches

Element und Verfahren zim Anbringe4 eines

Metallstreifens an diesem Element.

Dia Er,E.#i-iidung betrifft ein, vorztigaweise opti-

- ' ? . t i rQ

se.#,Le.s Z Lement und eir, Verfahren z";,ia li,«i')ril".-"-ii einee. "t'I,.,>tallstrei-

fe-as ae--i diesem ßlement. Der ErfinAung, Ziegt die Aufgabe zugprunde,

ein selohes- zlement hermet:Isch abdich-bendg insbesondere vakuum-

dii.,.ht --In eine Fassting einzubauen. die übl.,*.oherui"zise aus metalli-

schem Ilerkstoff besteht. Ziiis,21k-.n e-i-z(;ir l#ietallfass-u--.ng und einem

z.B. w-"iE; Silicat bestehenden optischen Element läßt sieh nicht

ohne weiteres eine hermetische Dichtung herstellen. ES kolt daher

darauf an, waf dem nichtmetallischen aus Silicat oder sonstigen

ke#r,amiiahen Werkstoff oder dgl. bestehenden Element einen Metall-

9*1-0-4eifan haltbar und abdichtend aziziib2ingeng der sich dann leicht

hermet1.Sch oder vEC£uumdicht mIt der Netallfassung verbinden läßt.

Es ist schon früher gelur#gen, dünne Leitungsdrähte an nichtmetal-

liochen 1.*a"-.b3.eiterkristallen durch 2unktschweißung zu befestigen.

Demgegt-nÜber kommt ee bei der L'#rfind-t-ng da:cauf an" zwischen dem

Netallotreifen und dem nichtmetallijcIlen -1-,'lement eine völlig dich-

te, auf-jEedehnte Schweißn-z#.hi; herzustollen, wite bisher noch nicht

möglich gewesen ist.

Das Verfahren zum Anbringen eines Metalletreifens an einem nicht-

metallischen.Blement besteht erfindungegemäß daring daß auf den

auf der Oberfläche des Elementes aufliegenden Metalletreifen un-

ter gleichzeitiger Anyiendung eines vorbdstimmten:A'npreßdruckes

der Kopf einer Ultraschall-Nahtschweißvorrichtung zur Einwirkung

gebracht und längs der vorgesehenen Schweißnaht bewegt wird.

Die Erfindung ist im.-folgenden unt er Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3

im einzelnen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Vertikalschnittg der zeigt, wie der Metallstreifen

auf ein optisches Element geschweißt wird.

Fig. 2 zeigt ein optisch,3 Element rait einem angeschweißten Metall

streifen.

Fig. 3 stellt im Aufriß eine Linse dar, bei der ein 1--letallstreife

auf den 'pheripheren Rand aufgeschweibt ist. n

In Fig. 1 liegt das optische Element lOgauf dem ein Metallstrei-

fen angebracht werden soll, auf eine'r festen Unterlage 14 auf.

Das optische Element 10 bestöht beispielsweise aus 2ilicat und

der Metallstreifen 12 ist vorzugsweise aus einer Aluminiumlegie-

rung. Bei einer erfolgreich ausgeführten Schweißung bestand der

Metallstreifen aus vollharter Temper-Aluminiumlegierung 1145-H189

die 99,45 % Reinaluminium enthält. Dabei war der Aluminiumstrei-

fen 3/1000 Zoll dick, während d:-Le Dicke des optischen Elementes

0925 bis 0,60 Zoll betrug. Offenbar ißt die Dicke des optischen

.ßlementes nicht kritisch und die als bevorzugt angegebene Dicke

des Aluminiumstreifens kann etwas variiert werden. Mit 20 ist in

Pig. 1 ein umlaufender Kopf einer handelsüblichen Ultraschallnahtechweißvorrichtung bezeichnetg der um einer horizontale Achse die in der Zeichenebene zu denken istl umläuft und in einer senkrecht zur Zeichenebene liegenden Ebene abrollt. Mit Erfolg wurde zu diesem Zwecke eine schwenkbare Ultraschall-Schweißvorrichtung fur 100 Watt (WT-100 ART der Firma Gulton Industries Ino.) verv.endet, die mit 275 Milliampöre von einem Generator (G-100 A der gleichen Pirma) gespeist wurde. Bei dieser Ultraschall-Schweiß-Vorrichtung hat der S.chweißkopf (20) eine Höhe.von etwa 1 Zoll und'eine Breite von etwa 1/8 Zoll. Bei diesem Typ der Ultraschall Schweißvorrichtung vibriert der Schweißkopf 20 in horizontaler üiohtung in der Zeichenebene" wie durch die 2feile 22 und 24 ange deutet ist# unter dem Einfluß von Schallwelleng die von einem piesoelektriechen Element erzeugt-und auf den Schweißkopf 20 mittele eines akkustischen Horns übertragen werden. Der so in Schwingungen versetzte umlaufende«Sclrweißkopf 20 schwingt linke und rechte in Fig. 1 mit einer Amplitude von etwa.1/1000 Zoll mit einer aehr-hohen Frequenz von beispielsweise 20 000 Schwingungen pro Sekunde. Um den Aluminiumstreifen zu sOhützen und eine unerwünschte Verschweißung des Aluminiumetreifens 12 mit dem umlaufenden Schweißkopf 20 zu verhinderng i#t ein dünner Metallstreifen 16 zwischen dem Schweißkopf 20 und dem Aluminiumstreifen 12 eingelegt. Dieser Sohutzstreifen 16 kann beispielsweise aus Titanium (z.B. B 120 VOA) von etwa 2/1000 Zoll Dicke bestehen. Um-zu verhindern, daß die aer Tataniumstreifen 16 mit dem dar-lInterliegenden Aluminiumstreifen 12 verschweißt wird, ist die Unterseite 18 deß-Titaniumetröifens-16 vorher durch einen SandE-;-jrahl aufgerauht und leicht eingeölt. Um eine solche Schweißnaht In einwandfreier Weise herzustelleng ist es erforderlichp zwischen der Untbrlage 14 und dem-umlaufenden Schweißkopf 20 eine Anpreßkraft bzw. einen Anpreßdruck aufrechtzuerhalten.*Dieser Anpreßdruck betrug beispiels weise untet den geschilderten Verhältnissen 16 ppunds. Ls hat sich gezeigtg daß unter den angegebenen Bedingungen die Ultraschall-Sehweißvorrielitung eineSchweißnaht mit einer Geschwindigkeit von 5 1/2 Zoll pro Minute herstellen kann. Auf die geschilderte Weise ist es gelungeng eine Schweißnaht längs der Peripherie einer Linse mit einer Länge von 10 Zoll herzustelleng womit natürlich-nicht geaagt sein soll-p daß die Länge der auf diese Weise herstellbaren Schweißnaht auf diesen Wert beschränkt sein soll.

Bei Anwendung der oben"eschilderten Technik würde eine Aluminium-Silicat-Schweißung verwirklichtg die bei einem Vakuumtest keine Undichtigkeit aeigte..Der Test wurde mit einem Helium-Massenspektrometer unter Verwendung eines Detektors mit hoher Empfindlichkeit (0,01 x 108 standard o.c./see.) mit Helium in einem Temperaturbereich von 00 F bis 600d F bei einer Atmosphäre Druckunterschied ausgefUhrt. Die angegebenen Temperaturgrenzen sind nicht die tatsächlichen-Grenzenginnerlialb welcher die Verbindung vakuumdicht ist. Die Temperaturangaben beziehen sich lediglich auf den vorgenommenen Test. % Obwohl eine metallurgische Untersuchung gezeigt hatg daß keine legierungeeffekte- zwischen dem Aluminium und dem Silicat eintreten# ist die Verbindung so festg daß das Aluminium nicht von dem Silicatkörper entfernt werden konnte o.1,ne entweder das Aluminium zu zerreißen oder die Oberfläche des Silicatkörpers zu zerstören. 4ußer bei den genannten Substanzen kann die geschilderte Technik .benutzt werden, um einen Aluminiumstreifen bei Glasq Quarzschmelzep-Keramikg Germaniumg Saphir und ähnlichen nichtmetallischen und halbmetallischen Substanzen anzubringen. Obwohl auch andere Metalle als Aluminium als Streifen für solche Zwecke verwandtwerden können, hat die Erfahrung gezeigtg daß Aluminium das zu bevorzugende Material istv de= es haftet besonders gut an verschiedenen anderen Substanzen. Wenn es erwünscht istg einen anderen Metallstreifeg an-einem nicht nichtmetallischen Element anzubringen, wird zweckmäßigerWeise eine Alliminiumzwischenlage zwischen dem Metallstreifen und dem nichtmetallischen Element vorgesehen. Bei Verwendung einer solchen Aluminium-Zwischenlage kann ein Metallstreifen aus N:'L#ekelstahl (Invar 36) mit extrem geringem "usdehnungscoeffizienten an einer Linse oder einem anderen, aus obengenannten Substanzen bestehenden Element angebracht werden.
Fig. 2 zeigt eine Linse 10 mit einera auf die äußere Zone ihrer Oberfläche aufgeschweißten Aluminiumstreifen 12. Wenn'dieser Metalletreifen 12 erst einmal fest iait der Linse verschweißt istt kann dieser Plätallstreifen durch die üblichen technischen Mittel mit Netallteilen, die z.B. eine Linsenzelle oder -fassung bilden, verbunden worden, so daß die gesamte Baugruppe hermetisch oder vakuumdicht abgeschl.ossen ist-. Da der Aluminiumstreifen 12 leicht hermetisch oder vaküumdicht mit dem Material der Linsenzelle oder dgl. verbunden werden kanng z.B. durch übliches Schweißeng Löten oder ähnliche Verbindungsmet hoden, ist eine hermetischer Abschluß oder vakuumdichte Iriontage unter Verwendung des in Fig. 2 dargestelltengnach der Erfindung hergestellten Teiles leicht möglich. Eine andere Ausführungeform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Hier ist der Metallstreifen.32 am Stirnrand der Linse 30 angebracht. Im wesentlichen kann dazu die in Fig. 1 dargestellte Technik zum Aufschweißen des Metallstreifens 32 verwendet werden, wobei natürlich die Lage der Linse anders sein müßte. Mit einem in dieserg in Fig. 3 gezeigten, Weise angebrachten Metallstreifen 32 kann die Linse 30 gut im Inneren einer zylindrischen Fläehe hermetisch oder vakuumdicht abgedichtet werdeng wobei der Aluminium- bzw. Metallstreifen 32 in üblicher Weine hermetisch abdichtend mit der zylindrischen Wandung verbunden wird.
Das geschilderte Verfahren kann innerhalb gewisser Grenzen abgewandelt werden. Das gilt vor allem für die Daten der Ultraschall-Schweißvorrichtunjg die Dicke und Zusammensetzung des Metallstreifens, den verwendeten Anpreßdruck und die Vorschubgeschwindigkeit.

Claims

Patentani3prttolle 1) Verfahren zum Anbringen eines Metalls-trei:rens an einem nichtmetallischen Element, dadurch gekennzeichnet, daß auf den auf der Oberfläche den Elementen aufliegenden.Metalletreifen unter gleichzeitiger Anwendung eines vorbestimmten Anpreßdrucken der Kopf einer Ultraschall-Nahtechweißvorrichtung zur Einkrkung gebracht und längs der vorgesehenen Schweißnaht bewegt wird.
2) Verfahren nach Anspruch 19 dadurch gekennzeielmetg daß der Ketalletreifen eine Dicke von wenigen Tausendetel Zoll aufweint. 3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 29 dadurch gekennzeichnetvdaß der Hauptbestandteil des Metalletreifens Aluminium ist. 4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet# daß der Metallätreifen aus wenigstens 90 % Aluminium besteht. Verfahrein nach einem der AnsprUohe 1 bis 4p dadurch gekennzeichnet# daß das nichtmetallieche Element vorwiegend aus optisch durchsichtigen 1,iaterial.besteht. 6) Verfahren nach einem der AnsprUche 1 bis dadurch gekem. zeichnet# daß das nichtmetalliaohe Element aus einem Silicat bestehte 7) Verfahren nach einem-der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnetg daß der Anpreßdruck des Schweißkopfes zwischen, 8 und 32 pounde beträgt. 8) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet$ daß der Schweißkopf mit einer lineaeen Geschwindigkeit zwischen 29 7 und 11 Zoll pro Minute bewegt wird. 9) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 89 dadurch gekennzeichnetg* daß während des Schweißvorganges zwischen den Metall streifen u n4 den Schweißkopf ein Schützblait vorgesehen wird. 10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet# daß der Hauptbestandteil des Schutzbla:ttes Titanium ist. 11) Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet.daß wenigstens eine Seite des Schutzblattes derart vorbehandelt istg daß während des Schweißiorganges keine Verechweißung des Schutzblattes mit dem.Metalletreieen oder dem Schweißkopf statfindet. 12)Verfahren nach Anspruch 119-dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlung durch Aufrauen mittels Sandstrahl und Einölen de, Oberfläche des Schutzblattes besteht. 13) Nichtmetallischeag vorzugsweise optisches Bletent, dadurch gekennzeichnetg daß es zum Zwecke eines abdichtenden Einbaues in eine Fassung mit eineia nach de:a Verfahren ziach einem der Ansprüche 1 bis 12 angeochweißten Metallstreifen' versehen und die Schweißnaht so stark ausgeführt ist" daß sie einer Trerd2-ung bis zur Zerreißgrenze des Xetallstreifens widersteht. 14) Nichtretallischeag vorzugsweise optisches Element nach An- - äpruch 131 dadurch gekeraizeichnetg daß die-Schweißnaht so aue- geführt ist, daß sie innerhalb ei-nes'#emperaiurberei-ches von 00 bis 6000 F vakuumdicht bleibt.