DE2253915C2 - Verfahren zur Herstellung vakuumdichter Verbindungen zwischen einem Keramikteil und einem Aluminiumteil und nach diesem Verfahren erhaltene Vakuumkolben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellun_t vakuumdichter Verbindungen zwischen Teilen aus AIu minium und Teilen aus Keramik gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und nach diesem Verfahren erhaltene Vakuumkolben.

Das Problem der Herstellung von vakuumdichten Verbindungen zwischen isolierenden Teilen und elektrisch leitenden Teilen ist bereits seit langem bekannt; es stellte sich bei der Herstellung vakuumdichter Kolben aller Art und in der Literatur wurden bereits viele Lösungsmöglichkeiten beschrieben. Aufgrund der besonderen Zweckbestimmung einer großen Anzahl solcher Kolben, die häufig als Kolben von Vakuumröhren und insbesondere Elektronenröhren gebaut werden, ergibt sich jedoch, daß man, wenigstens was die leitenden Teile anbelangt, bis jetzt auf eine kleine Anzahl von Materialien, genauer gesagt Metallen angewiesen war, beispielsweise auf Kupfer, Molybdän, Titan oder Legierungen wie Cupronickel, oder Legierungen von Eisen, Nickel und Kobalt, die in der Technik solcher Röhren bekannt sind, und zwar beispielsweise unter der technischen Bezeichnung Kovar.

Hingegen wurde die Verwendung von Aluminium als Material für das metallische Teil bisher nicht vorgeschlagen; dieses Material war aus verschiedenen Gründen insbesondere der Technik der Elektronenröhren, wie sie vorstehend erwähnt sind, kaum im Gebrauch,

ίο und zwar trotz des offensichtlichen Vorteils, der sich aus seinem geringen Gewicht, das die Verwendung dieses Metalls nahelegen würde, ergibt

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, durch die Herstellung einer vakuumdichten Verbindung zwischen Keramik- und Aluminiumteilen Gewichtseinsparungen, insbesondere bei Elektronenröhren und Röntgenröhren, zu ermöglichen, wie sie bisher nicht möglich waren. Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß das Keramikteil auf mindestens einem Teil der Kontaktzone dieses Teils mit dem damit zu verbindenden Aluminiumteil in an sich bekannter Weise metallisiert wird, daß das AIuminiumteii auf dem Keramikteii angeordnet wird, daß an der Verbindungsstelle der beiden Teile ein aus dem eutektischen Gemisch Al-Si mit 89% Aluminium und 11% Silicium bestehendes Lötmittel angeordnet wird, daß die Lötmasse gegebenenfalls mit Flußmittel überdeckt wird und gegebenenfalls eine Zwinge an die Verbindungsstelle gelegt wird und daß unter geregelter reduzierender oder neutraler Atmosphäre die Anordnung auf 580° C erhitzt und gegebenenfalls anschließend restliches Flußmittel entfernt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens und der nach diesem erhaltenen Vakuumkolben sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Es war zwar aus der DE-PS 8 47 571 eine Verbindung zwischen Teilen aus Keramik und Aluminium zwecks Herstellung eines spannungsarmen Verbundkörpers bekannt. Eine solche spannungsarme Verbindung bedingt jedoch eine ganz bestimmte Zusammensetzung der Keramik mit einem besonderen Ausdehnungsverhalten, und zwar muß sie zu mehr als 15% aus Cristoba-Ht bestehen. Das wiederum bedingt, daß bei der Herstellung des Verbundkörpers ein Temperaturbereich von über 180° C und unterhalb 400° eingehalten werden muß.

Bei der vorliegenden Erfindung hingegen muß das Keramikteil eine solche Zusammensetzung aufweisen, daß es auf 580⁰C erhitzt werden kann und dabei die gewünschte vakuumdichte Verbindung ergibt Das wiederum bedingt natürlich die Verwendung eines anderen Lots, welches erfindungsgemäß aus dem Eutektikum von Aluminium und Silicium besteht, während bei dem bekannten Verfahren ein Weichlot verwendet werden muß, das unterhalb 400° C erstarrt

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Figuren, welche zwei Ausführungsbeispiele der Verbindung von Keramik mit Aluminium gemäß der Erfindung erläutern, besser verständlich.

In dem Beispiel von F i g. I ist ein Keramikteil 1 in Form eines an einem seiner Enden gerade abgeschnittenen Rohrs, dessen Außenwand mit 10 bezeichnet ist, gezeigt Das Rohr 1 sitzt mit diesem äußeren Ende auf einem Aluminiumteil 2 auf, das die in der Zeichnung dargestellte Form besitzt, nämlich ebenfalls rohrförmig in dem für die vakuumdichte Verbindung interessierenden Teil; das Teil 2 ist auf das Rohr 1 über die Höhe 3 aufgeschoben. Auf dieser ganzen Höhe ist. die Wand 10 des

Rohrs 1 mit einer Metallisierung, beispielsweise in mehreren Schichten, bedeckt, die auf bekannte Weise erzielt wurde. Die Außenschicht dieser Metallisierung besteht aus Nickel. Diese Metallisierung ist mit 4 bezeichnet

Gemäß einer bei der Herstellung von vakuumdichten Verbindungen bekannten Methode sind außerdem in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Dinge vorgesehen: An dem mit dem Teil 1 in Kontakt stehenden äußeren Ende des Teils 2 ist in der Dicke desselben eine Ausnehmung 5 ve. gesehen, die dem Teil 2 bei Ausdehnungen, denen es während des nachstehend besprochenen Lötvorgangs ausgesetzt ist, mehr Geschmeidigkeit verleihen soll; um das Teil 2 ist eine Zwinge 6 vorgesehen, die die Ausdehnungsunterschiede zwischen der Ausdehnung des Aluminiums und des Keramikteils 1 ausgleichen soll, da der Ausdehnungskoeffizient der Keramik im allgemeinen wesentlich geringer ist als derjenige des Aluminiums.

Diese Zwinge besteht beispielsweise aus einem Metalldraht mit einem Ausdehnungskoeffizient in der Größenordnung desjenigen der Keramik, aus welcher das Rohr 1 besteht; der Draht ist über eine bestimmte Höhe des Teils 2 auf Höhe der Verbindung zwischen den Teilen 1 und 2 gewickelt

Die Lötmasse wird beispielsweise in Form eines Wulstes 7 aufgebracht, der gegebenenfalls mit einer Flußmasse in seinen Teilen überdeckt ist, welche die Entfernung dieser Flußmasse nach beendeter Lötung gestatten. Die Lötmasse 7 besteht aus dem Eutektikum von Al und Si, aus 89% Aluminium und 11% Silicium.

Die vakuumdichte Verbindung erfolgt durch Schmelzen des Lötmassewulstes 7 durch Erhitzen auf geeignete Temperatur auf beliebige bekannte Weise, beispielsweise in einem Ofen, durch Hochfrequenzerhitzung, Ionenbeschuß usw.; diese Erhitzung erfolgt unter geregelter, reduzierender oder neutraler Atmosphäre.

Nachstehend sind die Charakteristiken für das Ausführungsbeispiel von F i g. 1 angegeben:

Das Teil 1 besitzt einen Außendurchmesser von 60 mm und eine Dicke von 4 mm und besteht zu 97% aus Aluminiumoxid; das Teil 2 besteht aus Aluminium; es ist auf eine Höhe von etwa 5 mm auf das Teil 1 aufgeschoben. Die Zwinge 6 besteht aus einem Molybdändraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm. Die verwendete Lötmasse ist das Eutektikum von Al und Si aus 89% Aluminium und 11% Silicium, das bei 580⁰C schmilzt und in Drahtform verwendet v/ird. Die Metallisierung des Keramikteils wird durch Bestreichen desselben mit einer Suspension von Molybdän und Mangan, gefolgt von einer Sinterung bei hoher Temperatur von etwa 1600⁰C und elektrol> tischer Vernickelung erhalten.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform der Erfindung, die in F i g. 2 dargestellt ist, nehmen die Teile aus Keramik und Aluminium relativ zueinander die umgekehrte Stellung wie in dem Beispiel von F i g. 1 ein, d. h. das Keramikteil ist in diesem Fall außen auf dem Aluminiumteil angeordnet, wie dies die Figur zeigt Die Metallisierung 4 befindet sich auf der Innenwand 11 des Keramikrohrs t.

Diese Anordnung ermöglicht es, die im vorhergehenden Beispiel verwendete Zwinge wegzulassen (6 in Fig. 1), indem das Keramikteil in diesem Fall die Rolle dieser Zwinge spielt

Im Falle dieses Beispiels ist übrigens zwischen den beiden Teilen ein abnehmbarer, aus zwei (oder mehreren) Teilen bestehender Ring 8 aus einem mit dem für die Verbindung verwendeten Material nicht verschweißbaren Material vorgesehen, beispielsweise aus Molybdän, das mit dem vorstehend genannten Eutektikum von Al und Si nicht verschweißbar ist; zieht man diesen Ring nach erfolgter Verbindung ab, so ergibt sich ein Zugang zu der Verbindung, welcher deren Reinigung und insbesondere die Entfernung du letzten Spuren vom Flußmittel, das in Vakuumröhren ,miner unerwünscht ist, erleichtert

In den beschriebenen Beispielen sind die zu verbindenden Teile rohrförmig. Das erfindungsgemäße Verfahren ist natürlich auch auf die Verbindung mittels der gleichen Lotung von Teilen aus Keramik und Aluminium jeder beliebigen Form anwendbar, wobei die für den jeweiligen Fall geeigneten Mittel der Methode zur Vakuumverbindung Anwendung finden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur vakuumdichten Verbindung findet Anwendung auf die Herstellung von Vakuumkolben aller Art und insbesondere auf die Kolben von Vakuumröhren.

Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Röntgenröhren mit Aluminiumfiltern, welche die weichsten Strahlen abtrennen sollen. Diese Filter sind derzeit außerhalb der Röhren angeordnet Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, sie zum Bestandteil des Kolbens dieser Röhren zu machen.

Da^c Verfahren wurde andererseits auch bereits mit Erfolg zur Herstellung von Höchstfrequenzröhren angewendet deren Kolben aus aufeinanderfolgenden Teilen aus Keramik und Metall bestehen.

Die Erfindung ermöglichte die Wahl vcn Alunvnium zur Herstellung bestimmter dieser Teile und infolgedessen eine Gewichtseinsparung der Röhren; das ist in all den Fällen erwünscht, wo die Röhren per Schiff oder per Luftfracht versendet werden sollen, wobei Höchstgewicht eine Rolle spielt

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung vakuumdichter Verbindungen zwischen einem Keramikteil und einem Aluminiumteil, wobei die Verbindungsstellen der miteinander zu verbindenden Teile zusammengebracht und unter Verwendung eines Lots durch Erhitzen der Anordnung miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Keramikteil auf mindestens einem Teil der Kontaktzone dieses Teils mit dem damit zu verbindenden Aluminiumteil in an sich bekannter Weise metallisiert wird, daß das Aluminiumteil auf dem Keramikteil angeordnet wird, daß an der Verbindungsstelle der beiden Teile ein aus dem eutektischen Gemisch Al-Si mit 89% Aluminium und 11% Silicium bestehendes Lötmittel angeordnet wird, daß die Lötmasse gegebenenfalls mit Flußmittel überdeckt wird und gegebenenfalls eine Zwinge an die Verbindungsstelle gelegt wird und daß unter geregelter reduzierender oder neytraier Atmosphäre die Anordnung auf 580° C erhitzt und gegebenenfalls anschließend restliches Flußmittel entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß ein 97% Aluminiumoxid (Al₂O₃) enthaltendes Keramikteil verwendet wird.

3. Vakuumkolben, der aus mindestens einem Keramikteil und einem Aluminiumteil besteht, hergestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprücher. 1 und Z

4. Vakuun-...olben für eine Vakuumröhre, die im Innern eine Elektronenquelle -jr Aussendung eines Elektronenbündels, eine Fangelektrode zum Auffangen des Bündels und zwischer der Quelle und der Fangelektrode Elektroden und eine Verbindung zwischen der Elektronenquelle, der Fangelektrode und den Elektroden mit äußeren Spannungsquellen gewährleistende Anschlüsse enthält, hergestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3.

5. Vakuumkolben für eine Röntgenröhre, hergestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3.

6. Vakuumkolben für eine elektronische Höchstfrequenzröhre, hergestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3.