AT220726B

AT220726B -

Info

Publication number: AT220726B
Application number: AT308559A
Authority: AT
Original assignee: Telefunken Gesellschaft Mit Beschraenkter Haftung
Priority date: 1958-07-19
Filing date: 1959-04-23
Publication date: 1962-04-10

Description

Verfahren zur Herstellung von festhaftenden metallischen Überzügen auf Sintertonerdekeramik
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aufzubringen und durch einen anschliessenden Schmelzprozess auf der Keramikoberfläche eine glasartige Übergangsschicht zu schaffen, auf die dann erst das Metallpulver aufgebracht und eingebrannt wird. Es hat sich nämlich gezeigt, dass diese glasartige Zwischenschicht, die für die Festigkeit der Metall-Keramik-Verbindung bestimmend ist, eine erheblich geringere Festigkeit als die Keramik selbst besitzt.

Die Erfindung befasst sich mit der Herstellung festhaftender metallischer Überzüge auf vorzugsweise reinster Sintertonerdekeramik. Es werden auch hier der Metallpaste Zusätze gegeben, doch wird die Reaktionsfähigkeit der Paste mit der Keramik nicht durch Zugabe eines Stoffes, der beim Einbrennvorgang einen Schmelzfluss bildet, hervorgerufen, sondern durch ein hochschmelzendes, sehr feinkörniges keramisches Pulver mit einer grossen Oberfläche.

Die Erfindung besteht demgemäss darin, dass der der Metallpaste zugegebene Zusatz aus einem bei der Einbrenntemperatur nicht schmelzenden, feinkörnigen keramischen Pulver mit grosser Reaktionsoberfläche besteht.

Es ist dabei zu empfehlen, die Korngrössen sowohl des aufzubringenden Metallpulvers als auch des
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;Stickstoff-Atmosphäre vorgenommen werden.

In praktischen Versuchen wurden der Metallpaste keramische Werkstoffe, wie Al2O3, ZrO2, MgO, vorzugsweise reines Al2O3-Pulver, in einer Korngrösse unter 3 u zugegeben. Der Schmelzpunkt dieser Pulver darf keinesfalls niedriger als der der Keramik selbst liegen. Durch Versuche konnte festgestellt werden, dass die grosse Oberfläche des zugesetzten feinkörnigen Pulvers, z.B. in Form des Al2O3, nicht nur eine gesteigerte Sinterfähigkeit der Paste in sich, sondern auch ein festhaltendes Aufsintern der KeramikMetall-Paste auf der Keramik selbst bewirkt, ohne dass eine Schwächung der Festigkeit der Keramik in der Lötzone eintritt.

Die aufgebrachte Schicht kann bis zu 50% keramischen Anteil enthalten. Gute Festigkeiten wurden mit 20-301o Al2O3-Pulver von 1 bis 2 li Korngrösse erzielt. Als metallischer Bestandteil der Paste dient in üblicher Weise Wolfram- oder Molybdänpulver mit Zusätzen von Eisen oder Mangan. Gute Ergebnisse werden auch mit Pasten erzielt, die nur aus Molybdän- und Al2O3 -Pulver bestehen. Es hat sich als zweckmässig erwiesen, auch die Metallpulver in einer Korngrösse nicht über 5 zu verwenden.

Bei den bisher beschriebenen Ausführungen der Erfindung muss das Einbrennen bei Temperaturen von 1550 bis 17000C erfolgen. Das Bestreben in der Metall-Keramik-Technik geht jedoch dahin, derartige Metall-Keramik-Verbindungen bei Temperaturen herstellen zu können, die möglichst niedrig sind, da die benötigten Hochtemperaturschutzgasöfen sehr kostspielig sind. Gelingt es, Keramikmetallisierungen bei Temperaturen herzustellen, die annäherungsweise geringer sind als 1450 C, so lassen sich Öfen verwenden, die in ihrem gesamten Aufbau wesentlich unkomplizierter sind und auch viel leichter in grösseren Abmessungen hergestellt werden können.

Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung Ist dies dann möglich, wenn das Metallpulver und das keramische Pulver eine Korngrösse kleiner 0, 5 J. ! besitzen.

Bei Versuchen hatsich herausgestellt, dass durch diese weitere Reduzierung der Korngrösse der keramik- haltigen Metallpaste sich bereits eine einwandfrei haftende Metallisierung einer Keramik mit einem hohen Al2O3 -Gehalt bei Temperaturen erreichen lässt, die kleiner sind als 1400 C. Es hatsich als zweckmässig erwiesen, die Einbrennzeit dabei auf 1-3 Stunden zu bemessen. Ebenso hat essich als zweckmässig erwiesen. dass der keramische Volumensanteil der Metallpaste zirka 50% beträgt, was etwa 25-30 Gew.-% entspricht.

Als Metallpulver können beispielsweise Molybdänpulver, Manganpulver oder andere übliche Metallpulver verwendet werden. Zweckmässig wird man auf eine solche aufgebrachte Schicht zur besseren Benetzung des Lotes noch eine zweite Metallisierungsschicht ohne Keramikzusatz aufbringen, die in ihrer Zusammensetzung den bisher bekannten Schichten entspricht. Beide Schichten können einzeln aufgetragen und eingebrannt'werden ; es ist aber auch möglich, beide Schichten nacheinander aufzubringen und in einem Einbrennvorgang aufzusintem. Dabei sollte auch die Metallpaste für die zweite Metallisierungsschicht eine Korngrösse besitzen, die kleiner 0. 5 J. l ist. Im allgemeinen sollen sowohl die Pasten für die Grundschicht als auch die Pasten für die zweite Metallisierungsschicht in einer Stärke von etwa 15 bis 20 u aufgetragen werden.

Als Beispiel für eine Metallisierung von reinster Sintertonerdekeramik nach der vorliegenden Erfindung seien die nachstehenden Zusammensetzungen der Pasten angegeben :

Metallisierungspaste 1 55-65 % Mo-Pulver Korngrösse kleiner 0, 5 10-15 % Mn-Pulver Korngrösse kleiner 0, 5
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Metallisierungspaste 2 85-90 lu Mo-Pulver Korngrösse kleiner 0, 5 IL
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trockenem Wasserstoff eingebrannt wird. Die Keramikteile sind hienach fertig vorbereitet zum Verlöten mit Metallteilen in üblicher Weise mittels Silber, Silber-Kupfer, Gold-Kupfer oder andern Hartloten.

Zweckmässigerweise wird man als Keramikzusatz zur Metallpaste die gleiche Keramik verwenden, wie diejenige, die metallisiert werden soll ; es können jedoch auch beispielsweise ZrO und MgO verwendet werden. Dies ist keine Notwendigkeit, jedoch sollte der Schmelzpunkt dieses Keramikpulverzusatzes keinesfalls niedriger liegen als der der Keramik.

Abschliessend sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemässe Verfahren insbesondere beim Bau von Metall-Keramik-Röhren, wie sie in der Hochfrequenztechnik Verwendung finden, mit Vorteil angewandt werden soll.
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:1. Verfahren zur Herstellung von festhaftenden metallischen Überzügen auf vorzugsweise reinster Sintertonerdekeramik unter Verwendung einer mit einem Zusatz versehenen Metallpaste, die in die Keramik eingebrannt wird, insbesondere für Metallkeramikröhren, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz aus einem bei der Einbrenntemperatur nicht schmelzenden, feinkörnigen keramischen Pulver mit grosser Reaktionsoberfläche besteht.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse sowohl des aufzubringenden Metallpulvers als auch des diesem zuzusetzenden keramischen Pulvers kleiner als 5 p gewählt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die erste Metallisierungsschicht noch eine zweite, keinen Keramikzusatz besitzende Metallschicht aufgebracht wird, wobei deren Korngrösse ebenfalls kleiner als 5 ju gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngrösse sowohl des aufzu- bringendenMetallpulvers als auch des diesem zuzusetzenden keramischen Pulvers sowie die Korngrösse der gegebenenfalls auf die erste Metallisierungsschicht aufgebrachten zweiten Metallschicht ohne Keramikzusatz kleiner als 0, 5 gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Schichten nacheinander auf die Keramik aufgebracht, jedoch in einem Einbrennvorgang aufgesintert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einbrennvorgang bei Temperaturen unterhalb 14000C durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schichten in Stärken von je etwa 15 bis 20 aufgetragen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Grundschicht einen keramischen Volumenanteil von 35 bis 65Ufo, vorzugsweise 50%, enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Keramik aufzubringende Grundschicht folgende Zusammensetzung besitzt : zoo Mo-Pulver von etwa 0,5 u Korn- EMI3.4 - 15 Ufogrösse, und dass die gegebenenfalls auf diese Grundschicht aufzubringende Metallschicht folgende Zusammensetzung besitzt : 85-90% Mo-Pulver von etwa 0, 5 u Korngrösse und 10-15% Mn-Pulver von etwa 0,5 Korngrösse.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallisierungspasten in feuchter Wasserstoff-Stickstoff-Atmosphäre eingebrannt werden.