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Glas-Metallverbindung
Gegenstand der Erfindung ist eine Glas-Metallverbindung, bei welcher der Metallkörper einen Glaskörper umfasst und auf diesen einen Druck ausübt, wobei dieser Glaskörper seinerseits einen zentralen metallischen Durchführungsleiter umfasst. Glas-Metallverbindungen dieser Art werden insbesondere auf verschiedensten Gebieten der Elektrotechnik in weitem Masse benötigt, um elektrische Zuleitungen vakuumdicht und elektrisch isoliert durch die Wände von Metallgefässen hindurchführen zu können.
Gegenwärtig sind für diese und ähnliche Zwecke sogenannte Sinterglasverschmelzungen und Druckglaseinschmelzungen in zahlreichen Varianten bekannt. Bei Sinterglasverschmelzungen besteht der Glasteil im Ausgangszustand aus einem aus Glaspulver gepressten Formkörper, etwa in Pastillenform, und der diese Pastille umgebende Metallteil aus einer Legierung, deren Ausdehnungskoeffizient jenem des Sinterglases angepasst ist. Je nach den verwendeten Gläsern eignen sich für diese Verschmelzungen NickelEisenlegierungen oder Nickel-Kobalt-Eisenlegierungen, die beide verhältnismässig teuer sind. Ein weiterer Nachteil dieser Verschmelzungsarten besteht darin, dass ihre Temperaturwechselbeständigkeit von der Sorgfalt, mit der Glas und Metall aufeinander Åabgestimmt wurden, und von der angewendeten Temperung sehr stark abhängt.
Bei den Druckglasverschmelzungen verwendet man gewöhnliches Eisen als Verschmelzungsmetall, d. h. ein Eisen, das frei ist von teuren Legierungsmetallen wie Ni oder Co, das aber demgemäss einen beträchtlich grösseren Ausdehnungskoeffizienten als Glas besitzt. Letzteres wird in diesem Falle auch nicht in Form von Sinterglas, sondern als homogenes Glas verwendet. Der Eisenteil erhält in diesem Falle Rohrform und umschliesst den Glasring dadurch druckdicht, dass sich das Rohr beim Abkühlen mehr zusammenzieht als der Glaskörper, wodurch letzterer dauernd unter einem allseitig gegen sein Zentrum gerichteten Druck steht. Da gewöhnliches Eisen gegenwärtig nur ungefähr ein Zwanzigstel der genannten Legierungen kostet, sind diese sogenannten Druckglaseinschmelzungen billiger als dilathermisch ab-
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Zum besseren Verständnis des Gesagten sei auf die Zeichnung verwiesen, in der in Fig. l ein Beispiel einer Sinterglasversèhmelzung und in Fig. 2 ein Beispiel einer Druckglasverschmelzung dargestellt ist.
Fig. 3 zeigt ein Beispiel für die erfindungsgemässe Verschmelzung.
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1besser-aus Ni-Co-Fe-Legierung der bereits genannten Art. Der Rohrteil l'übt auf den Glaskörper 2' einen nach innen gerichteten Druck aus.
Es ist bereits erkannt worden, dass es vorteilhaft ist, wenn bei mehreren konzentrischen Ringeinschmelzungen der Ausdehnungskoeffizient der Bestandteile von aussen nach innen zu abnimmt, wenn an jeder Grenzfläche Metall-Glas radiale Druckspannungen vorhanden sein sollen.
Die Erfindung befasst sich nun mit einer Glas-Metallverbindung, bei welcher ein äusserer Metall-
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infolge seines um mindestens 30%, vorzugsweise 50je, grösseren linearen Ausdehnungskoeffizienten einen Druck ausübt, welcher Glaskörper seinerseits einen zentralen, metallischen Durchfahrungsleiter umfasst.
Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, dass auch der zentrale Leiter einen um mindestens 30%, vorzugsweise 50go, kleineren linearen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als der diesen Darchführungsleiter umschliessende Sinterglaskörper.
Ein Beispiel für eine solche Verschmelzung zeigt Fig. 3, in der man den aus gewöhnlichem Eisen bestehenden Teil 1", beispielsweise als Teil irgendeines Gehäuses oder Gef oder als selbständiger
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auf den Sinterglaskörper ausübt. Der Teil 3"kann aus einer Ni-Co-Fe-Legieruag bestehen, wie dies an sich bekannt ist.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Glas-Metallverbindung sind verschiederer Art. Es ergibt sich eine gute Temperaturwechselbeständigkeit, bei einer gegenüber dem Bekannten waitgehenden Abkürzung der Temperung. Dies vereinfacht die Herstellung solcher Verschmelzungen und es ergibt sich eine weitere Verbilligung daraus, dass nunmehr auch bei Verwendung von gewöhaichssi Eisen zur Herstellung des Teiles l" (für welchen der grösste Metallverbrauch entsteht) eine Glas-Metallverbindung mit sehr guter Temperaturwechselbeständigkeit erhalten wird. Insgesamt können dadurch solche Verschmelzungen in einem viel weiteren Umfange angewendet werden als-bisher.
Ferner hat sich gezaigt, dass die erfin- dungsgemässe Glas-Metallverbindung auch bei Verwendung von billigen Weichglassinterkörpern (α = 90 bis 100. 10-1) bessere Stossunempfindlichkeit und Temperaturwechselbeständigkeit : ergibt als die bisher bekannten Sinterglasverschmelzungen, von denen die Erfindung ausgeht und die meist die Verwendung von teurem Hartglas erforderlich machen, um die erforderliche Angleichung der Ausdehnungskoeffizienten möglichst weit zu treiben.
Diese verbesserte Temperaturwechselbeständigkeit kann damit erklärt werden, dass auch der Innenleiter auf das umgebende Glas einen richtig bemessenen Druck ausübt, so dass auch bei wechselnder Temperaturbeanspruchung trotz Verwendung billiger Ausgangsstoffe noch immer eine Druck-Komponente erhalten bleibt, wogegen bei früheren Ausführungen der Nachteil bestand, dass, weil bei schroffem Temperaturwechsel der zentrale Metallteil beim Abkühlen die Temparatur rascher annimmt als das umgebende Glas, die Möglichkeit besteht, dass er sich vom Glas ablöst. Man kann auch mit verschiedenen Emaillen innerhalb des Verfahrens nach der Erfindung günstige Ergebnisse erzielen, weshalb der Begriff "Sinterglas" im erfindungsgemässen Zusammenhang in einem weiten Sinne zu verstehen ist.
Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn dem Sinterglas Haftoxyde, beispielsweise Chromoder Kobaltoxyd, beigemengt werden, um die Haftfestigkeit zu erhöhen. Es ist bsreits vorgeschlagen worden, bei reinen Glaskörpern Haftoxyde anzuwenden, wie es auch bekannt ist, für Sinterkörper, welche nachträglich niedergeschmolzen werden, die Haftung verbessernde Emailzwischsniagen zwischen dem Sinterkörper und dem Metallteil anzuordnen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Glas-Metallverbindung, bei welcher ein äusserer Metallkörper einen Gkskörper aus Sinterglas oder glasähnlichem Sintermaterial, welches einen linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen. 90 und 100. 10-7 Grad' aufweist, allseitig umfasst und auf diesen infolge seines um mindestens 30%, vorzugs-
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einen zentralen, metallischen Durchführungsleiter umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass auch der zentrale Leiter einen um mindestens 30%, vorzugsweise 50%, kleineren linearen Ausdehnungekoeffizienten aufweist als der diesen Durchführungsleiter umschliessende Sinterglaskörper.
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Glass-metal connection
The subject matter of the invention is a glass-metal connection in which the metal body comprises a glass body and exerts a pressure on it, this glass body in turn comprising a central metal lead-through conductor. Glass-metal connections of this type are required to a large extent, in particular in a wide variety of fields of electrical engineering, in order to be able to pass electrical leads vacuum-tight and electrically insulated through the walls of metal vessels.
At present, so-called sintered glass fusions and pressure glass fusions are known in numerous variants for this and similar purposes. In the case of sintered glass fusions, the glass part consists in the initial state of a molded body pressed from glass powder, for example in pellet form, and the metal part surrounding this pellet is made of an alloy whose coefficient of expansion is matched to that of the sintered glass. Depending on the glasses used, nickel-iron alloys or nickel-cobalt-iron alloys are suitable for these fusions, both of which are relatively expensive. Another disadvantage of these types of fusion is that their resistance to temperature changes depends very much on the care with which the glass and metal have been coordinated with one another and on the tempering used.
In pressure glass fusions, common iron is used as the fusing metal; H. an iron that is free of expensive alloy metals such as Ni or Co, but which accordingly has a considerably larger coefficient of expansion than glass. In this case, the latter is not used in the form of sintered glass, but as homogeneous glass. In this case, the iron part takes on the shape of a tube and encloses the glass ring in a pressure-tight manner, in that the tube contracts more than the glass body when it cools, whereby the latter is constantly under pressure on all sides against its center. Since ordinary iron currently costs only about a twentieth of the alloys mentioned, these so-called pressure glass meltings are cheaper than dilathermally
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For a better understanding of what has been said, reference is made to the drawing in which FIG. 1 shows an example of a sintered glass fusion and FIG. 2 shows an example of a pressure glass fusion.
3 shows an example of the fusion according to the invention.
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1 better made of Ni-Co-Fe alloy of the type already mentioned. The tube part 1 'exerts an inward pressure on the glass body 2'.
It has already been recognized that it is advantageous if, in the case of several concentric ring seals, the coefficient of expansion of the components decreases from the outside to the inside, if radial compressive stresses are to be present at each metal-glass interface.
The invention is now concerned with a glass-metal connection in which an external metal
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as a result of its linear expansion coefficient, which is at least 30%, preferably 50%, greater, exerts a pressure, which glass body in turn comprises a central, metallic passage conductor.
According to the invention, it is proposed that the central conductor also have a linear expansion coefficient which is at least 30%, preferably 50%, smaller than the sintered glass body surrounding this ducting conductor.
An example of such a fusion is shown in FIG. 3, in which part 1 ″ consisting of ordinary iron, for example as part of any housing or vessel or as an independent one
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exerts on the sintered glass body. The part 3 ″ can consist of a Ni-Co-Fe alloy, as is known per se.
The advantages of the glass-metal connection according to the invention are of various kinds. The result is good thermal shock resistance, with a shortening of the tempering that is less than what is known. This simplifies the production of such fusions and there is a further reduction in price from the fact that a glass-metal connection with very good thermal shock resistance is now obtained even when using usual iron to produce part 1 ″ (for which the greatest metal consumption arises) as a result, such fusions can be used to a much wider extent than before.
Furthermore, it has been shown that the glass-metal connection according to the invention, even when using cheap soft glass sintered bodies (α = 90 to 100.10-1), results in better shock resistance and thermal shock resistance than the previously known sintered glass fusions from which the invention is based and which usually require the use of expensive hard glass in order to drive the necessary adjustment of the expansion coefficients as far as possible.
This improved resistance to temperature changes can be explained by the fact that the inner conductor also exerts a correctly measured pressure on the surrounding glass, so that a pressure component is still retained even with changing temperature loads despite the use of cheap raw materials, whereas with earlier versions there was the disadvantage that Because the central metal part adopts the temperature faster than the surrounding glass when there is a sharp change in temperature, there is a possibility that it will become detached from the glass. Favorable results can also be achieved with different enamels within the method according to the invention, which is why the term “sintered glass” in the context of the invention is to be understood in a broad sense.
It has been shown that it is advantageous if adhesive oxides, for example chromium or cobalt oxide, are added to the sintered glass in order to increase the adhesive strength. It has already been proposed to use adhesive oxides in pure glass bodies, as is also known, for sintered bodies which are subsequently melted down, to arrange the adhesion-improving intermediate enamel between the sintered body and the metal part.
PATENT CLAIMS:
1. Glass-metal connection, in which an outer metal body is a Gkskörper made of sintered glass or glass-like sintered material, which has a linear expansion coefficient between. 90 and 100. 10-7 degrees', encompassed on all sides and on these by at least 30%, preferably
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comprises a central, metallic leadthrough conductor, characterized in that the central conductor also has a linear expansion coefficient which is at least 30%, preferably 50%, smaller than the sintered glass body surrounding this leadthrough conductor.