DE2109902C3 - Verfahren zum Verschweißen eines Glasteils mit einem Metallteil unter Anwendung von Druck - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US-PS 28 76 596 ist es bekannt, zum ™ Verschweißen einer ebenen gläsernen Frontplatte mit der zylindrischen Glaswandung einer Fernsehaufnahmeröhre, wie z. B. eines Vidikons, einen dünnen Ring aus Aluminium zwischen beide Teile zu legen. Im allgemeinen geht man dabei so vor, daß man den dünnen ^v"> Aluminiumring auf das eine Ende der Röhrenwandung setzt und die Frontplatte mit einer hydraulischen Presse auf dem Aluminiumring in Stellung bringt. Damit: die Teile in ihrer Stellung gehalten werden, wird ein leichter Druck ausgeübt. Der nächste Schritt besteht im Erhitzen ^b0 der Wandung, des Aluminiums und der Frontplatte mittels einer um den Bereich der Frontplatte herurngelegten Widerstandsheizspirale auf eine Temperatur, die unterhalb der Erweichungstemperatur des Glases liegt, jedoch der Schmelztemperatur des Metallringes ent- ^h' spricht oder ihr nahe kommt. Nachdem die Teile der Röhre und der Ring diese sogenannte Verschweißtemperatur erreicht haben, wird durch Betätigung der hydraulischen Presse ein Druck von mehreren 100 kg/cm² auf die Verbindungsfläche ausgeübt, indem die Frontplatte und die Röhrenwandung aneinandergedrückt werden. Durch den Druck verformt sich der zwischenliegende Aluminiumring schnell und wird an die gläserne Frontplatte und an die Röhrenwandung gebunden. Die Verbindung scheint durch eine Diffusion des Aluminiums in das Glas bewirkt zu werden, wobei die Aluminiumatome Siliciumatome in der Glasstruktur ersetzen (»Glastechn. Berichte« 33 (I960), Heft 4, S. 26).

Bei dem bekannten Verfahren ergeben sich jedoch Schwierigkeiten dadurch, daß der Aluminiumring zur Bildung einer starken Oxidschicht neigt, nachdem die miteinander zu verschweißenden Teile zusammengesetzt und auf die Verschweißtemperatur erhitzt worden sind. Da das Oxid nicht annähernd so gut am Glas haftet wie nicht oxidiertes Metall, sind viele nach dem derzeitigen Verfahren hergestellte Verbindungen ungeeignet, zumindest weil sie nicht vakuumdicht sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren dahingehend zu verbessern, daß eine bessere Verbindung zwischen den beiden Teilen erreicht und insbesondere eine Beeinträchtigung durch ein Oxidieren des Metallteils vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 das Arbeitsschema des Verfahrens und

F i g. 2 in einer Schnittansicht den Röhrenkolben einer Fernsehkamera und eine Einrichtung zum Verschweißen des Kolbens gemäß der Erfindung.

Das Schema des Ablaufs einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist in F i g. 1 dargestellt. Nach dem dort veranschaulichten Verfahren wird, wie in Fi g. 2 gezeigt, eine Frontplatte 10 auf die Röhrenwandung 12 des Glaskolbens 14 einer Vidikonröhre dicht abschließend aufgebracht.

Zwischen die gläserne Frontplatte 10 des Kolbens 14 und seine zylindrische Glaswandung 12 wird ein von Oxid befreiter Aluminiumring 16 gelegt. Anschließend werden die Frontplatte 10 und die Röhrenwandung 12 gemeinsam gegen den Aluminiumring 16 gedrückt Die Röhrenwandung 12 ist ein Hohlzylinder aus hartem Borsilikatglas mit einer Länge von 25,4 cm, einem Außendurchmesser von 2,9845 cm und einem Innendurchmesser von 2,7305 cm. Die Frontplatte 10 ist eine 0,127 cm dicke Glasscheibe, deren Durchmesser dem Außendurchmesser der Röhrenwandung 12 gleich ist Der Aluminiumring 16 überlappt die Außenfläche der Röhrenwandung 12 leicht und besteht aus reinem Aluminium (mindestens 99,0% Aluminium). Der Aluminiumring 16 ist sehr weich und kalt verformbar. Zur Herstellung der Verbindung wird die Röhrenwandung 12 in einen stählernen Haltezylinder 18 angeordnet, um sie während des Zusammenschließens mit der Frontplatte sehr genau in ihrer Stellung zu halten und auszurichten. Der Aluminiumring 16 wird in koaxialer Anordnung zwischen das obere Ende des Zylinders 12 und die Frontplatte 10 gebracht. Ein aus keramischem Material bestehender Preßstempel 20 berührt die Außenfläche der Frontplatte 10 nahe ihrem Rand. Das untere Ende der Röhrenwandung 12 ruht auf einer Druckscheibe 22 aus Kunststoff- oder Plastikmaterial, die ihrerseits auf einer stählernen Endplatte 24 des Haltezylinders 18 aufliegt. Eine (nicht gezeigte) pneumatische Presse ist derart angeordnet, daß sie eine längs der Achse der Röhrenwandung 12 gerichtete

Gegenkraft auf den Stempel 20 und die Endplatte 24 ausüben kann.

Während sich die Anordnung noch auf Zimmertemperatur befindet, wird mit Hilfe der pneumatischen Presse ein Verschweißdruck angelegt, der in der Größenordnung von einigen hundert kg/cm² liegt Bei der in Rede stehenden Röhre liegt der Druck speziell bei annähernd 200 kg/cm². Zur Herstellung dieses Drucks übt die pneumatische Presse eine Gegenkraft von etwa 227 kg aur.

Unter Beibehaltung des besagten Drucks wird als nächstes der Röhrenaufbau mittels der Widerstandsheizung 26 für eine Zeit von etwa 10 Minuten auf eine Temperatur von etwa 500⁰C geheizt Diese Temperatur liegt unterhalb des Erweichungspunktes sowohl der gläsernen Röhrenwandung 20 als auch der Frontplatte 10, sie ist jedoch hoch genug, um den Aluminiumring 16 mit den beiden anliegenden Glasteilen 10, 20 durch chemische Bindung dichtend zusammenzuschließen. Diese Temperatur wird für etwa 10 Minuten aufrechterhalten, um eine ausreichende Diffusion von Aluminiumatomen in die Glasoberlläche zu erlauben. Nach Herstellung der Bindung wird der Druck langsam abgebaut, und der Röhrenaufbau wird über eine Zeitspanne von etwa 10 Minuten langsam abgekühlt, um Spannungen auszugleichen.

Im Zusammenhang mit dem Anbringen von Frontplatten an Bildaufnahmeröhren durch Zusammenfügen von Glas- und Metallteilen ist es zwar bekannt daß durch eine Kombination von Hitze und Druck eine Bindung entstehen kann, es ist jedoch nicht erkannt worden, daß dabei die Reihenfolge in der Zuführung der Wärme und des Druckes von Bedeutung ist Beim Zusammenschließen der Frontplatte einer Bildaufnahmeröhre mit Aluminium ist die Geschwindigkeit, mit der sich das Oxid auf dem Aluminium bildet, abhängig von der Temperatur und der Menge des an die Aluminiumoberfläche gelangenden Sauerstoffs.

Je geringer die Luftzirkulation in der Umgebung des Aluminiumstreifens während der Erwärmung des Aufbaus ist, desto weniger dick kann sich die Oxidschicht ausbilden. Bei dem bisher ausgeübten Verfahren, bei welchem man die Röhrenteile zusammensetzt und einen leichten Druck in der Größenordnung von nur einigen Zehntel kg/cm² ausübt, hält der leichte Druck die Einzelteile in ihrer Stellung fest, so daß die Luftzirkulation und die nachträgliche Oxidation vermindert wird. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß Aluminium trotzdem unter normalen atmosphärischen Bedingungen so leicht oxidiert, daß noch genug Oxid gebildet wird, um die Abdichtungswirkung wesentlich herabzusetzen. Durch das erfindungsgemäße Anlegen des vollen Verschweißdruckes von einigen hundert kg/cm² vor dem Aufheizen des Aufbaus bildet sich im Bereich der Dichtung beträchtlich weniger Oxid. Beim Anlegen des Drucks erfährt der Aluminiumring eine starke Quetschung, und während der Erwärmung der Verbindungszone bis auf die tatsächliche Verschweißtemperatur verformt er sich zunehmend. Es wird angenommen, daß durch die fortschreitende Verformung während des Erwärmens die Menge des sich auf dem Aluminiumring bildenden Oxids sehr gering gehalten wird, da durch die Verformung fortwährend eine frische Metalloberfläche an das Glas gebracht wird, während die oxidbedeckte Metalloberfläche nach außen befördert wird. Hiermit wird die Menge des an die Dichtungsfläche des Glases gelangenden reinen Metalls vergrößert, so daß die Dichtung verbessert wird.

Als Material für den Ring kann auch ein anderes Metall als Aluminium verwendet werden. Der angelegte Druck und die Verschweißtemperatur muß jedoch geändert werden, um sich dem speziell für den Ring verwendeten Metall und dem für die Frontplatte und die Röhrenwandung verwendeten Glas anzupassen. Aluminiumlegierungen sind besonders geeignet. Das für den Dichtungsring verwendete Metall muß in erster Linie sehr weich und kaltverformbar sein, so daß es sich bei den Drücken, die für das spezielle dicht zu verschweißende Werkstück noch zugelassen werden können, leicht verformt. Das Metall sollte auch mit Glas derart reagieren, daß unter Erwärmen beim Fehlen von Sauerstoff eine Bindung eingegangen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verschweißen eines Glasteils mit einem Metallteil, das kalt verformbar ist und eine niedrigere Erweichungstemperatur hat als das Glasteil, wobei die Teile an ihrer Berührungsfläche auf eine Verschweißtemperatur erwärmt werden, die unter der Erweichungstemperatur des Glasteils liegt, jedoch zur Verformung des Metallteils und zu seiner Verbindung mit dem Glasteil ausreicht, und ι ο die Teile unter Ausübung von Druck im wesentlichen senkrecht zu der Berührungsfläche zwischen den beiden Teilen miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Erwärmen der Teile ein Druck ausgeübt wird, der '5 zur Verformung des Metallteils bei unter dessen Erweichungstemperatur liegender Temperatur ausreicht, und daß die Teile unter Beibehaltung dieses Drucks unter weiterer Verformung des Metallteils auf die Verschweißtemperatur erwärmt und für eine vorbestimmte Zeit auf dieser Temperatur gehalten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es vor dem Erwärmen mit einem Druck zwischen 140 und 490 kg/cm² und mit einer Verschweißtemperatur zwischen 450 und 650⁰C durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Druck von ungefähr 200 kg/cm² und mit einer Verschweißtemperatur )< > von annähernd 500° C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißtemperatur mindestens 1 Minute lang aufrechterhalten wird. «

5. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 4 zum Verschweißen von zwei Glasteilen mit einem Metallteil, dadurch gekennzeichnet, daß auf die eine Seite eines Aluminiumringes koaxial ein Hohlzylinder aus Glas und auf die andere Seite des *·' Aluminiumringes eine Glasscheibe, deren Durchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser des Hohlzylinders gewählt wird, gebracht werden.