DE1179789B - Verfahren zum Herstellen von Loetverbindungen zwischen einem poroesen hochschmelzenden Metallkoerper und einem metallischen Stuetzkoerper - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen von Lötverbindungen zwischen einem porösen hochschmelzenden Metallkörper und einem metallischen Stützkörper Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Lötverbindungen zwischen einem porösen hochschmelzenden Metallkörper und einem metallischen Stützkörper, bei dem die Porosität des Körpers erhalten bleibt.
• Das Problem der Herstellung einer Lötverbindung an einem porösen Körper, ohne daß die Porosität verlorengeht, tritt insbesondere bei der Herstellung imprägnierter Kathoden auf. Solche Kathoden bestehen aus einem porösen Metallkörper, meist aus Wolfram mit einer Dichte von etwa 80 °/o derjenigen kompakten Wolfram, dessen Poren durch Imprägnieren mit einem Erdalkalialuminat gefüllt sind. Bei den bisher üblichen Montagetechniken wurde dieser poröse Körper in der Kathodenunterstützung festgebördelt. Eine solche Kathode ist aber gegen starke Vibrationen oder große Beschleunigungen nicht beständig, so daß deren Anwendung insbesondere in militärischen Flugzeugen und in Geschossen oder Raketen Schwierigkeiten bietet, da die gebördelten Verbindungen locker werden.
• Obwohl es möglich ist, den imprägnierten Körper, z. B. mit Hilfe von Nickel, festzulöten, sind damit doch zu große Nachteile verbunden. Durch das Vorhandensein von Nickel wird die höchstzulässige Temperatur einer solchen Kathode auf etwa 900° C beschränkt, was zu niedrig ist, da die normalen Anwendungen solcher Kathoden Temperaturen von etwa 1050° C und in gewissen Fällen sogar von 1150° C erfordern. Außerdem kann sich zwischen Nickel und Wolfram eine spröde intermetallische Verbindung bilden.
• Die Anwendung eines Lotes mit höherem Schmelzpunkt als dem von Nickel zum Löten des mit dem für den Betrieb erforderlichen Material, z. B. mit Erdalkalialuminat bereits imprägnierten Körpers hat den Nachteil, daß aus dem imprägnierten Metallkörper beim Löten zu viel Material verdampft, wodurch die Qualität des Erzeugnisses, z. B. einer Kathode, wesentlich beeinträchtigt wird.
• Dieses Verdampfen kann man vermeiden, wenn das Löten vor dem endgültigen Imprägnieren erfolgt; dann ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die Poren sich mit dem Lötmetall vollsaugen, so daß die Imprägnierung nicht mehr möglich ist. Außerdem darf das Lot die Wirkung des Imprägniermaterials nicht beeinträchtigen, z. B. nicht die Emissionseigenschaften der Kathode vergiften. Auch aus diesem Grunde wird somit die Auswahl der benutzten Materialien beschränkt.
• Bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art wird eine mechanisch widerstandsfähige Verbindung ohne Beeinträchtigung des Endproduktes erhalten, wenn gemäß der Erfindung der poröse Metallkörper zunächst mit einem Metall imprägniert wird, das sich mit dem Metallkörper nichtlegiert und das bei der späteren Löttemperatur einen verhältnismäßig niedrigen Dampfdruck aufweist, anschließend in neutraler oder reduzierender Atmosphäre bei mindestens atmosphärischem Druck am Stützkörper festgelötet und schließlich das Imprägniermetall entfernt, insbesondere im Vakuum verdampft wird.
• Das Verfahren nach der Erfindung ist bei Wolfram oder Wolfram-Molybdän-Legierungen und gegebenenfalls Rhenium, Hafnium oder Niob verwendbar.
• Als Imprägniermetall kann, im Falle von Wolfram, Kupfer, Silber oder Gold verwendet werden, was auch bereits dazu angewendet wird, Wolfram schneidend bearbeitbar zu machen. Dies bietet dann gleichzeitig den Vorteil, daß nach dem Löten und vor dem Austreiben des Imprägniermetalles eine einfache mechanische Bearbeitung, beispielsweise durch Schleifen und Polieren, oder beim Aufbau einer Elektronenstrahlquelle eine besondere Formgebung durch Drehen, Hobeln oder Fräsen usw. durchgeführt werden kann.
• Wenn die Vorimprägnierung mit Kupfer erfolgt und das Löten unter atmosphärischem Druck durchgeführt wird, kann die Löttemperatur maximal etwa 2000° C betragen, ohne daß das Kupfer in der kurzen Lötzeit stark verdampft. Die Kapillarwirkung hält dabei das Kupfer in hinreichendem Maße in den Poren fest. Das Ausdampfen des Kupfers im Vakuum kann danach gegebenenfalls in wesentlich längerer Zeit unbedenklich bei einer Temperatur von 1500 bis l700° C erfolgen.
• Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß ein Verfahren zum Auflöten von Hartmetallformkörpern auf Stahlunterlagen bekannt ist, bei dem vor dem Löten die Flächen der Hartmetallformkörper mit einer Schicht des Lötmetalles, z. B. Kupfer, überzogen werden. Eine vorübergehende Ausfüllung von Poren erfolgt dabei nicht.
• Eine wesentliche andere Anwendung als für Kathoden ist die bei einer Caesiumionenquelle, bei der eine Vorratskammer mit Caesium durch einen porösen Wolframkörper verschlossen ist, der mit dieser Kammer verlötet ist.
• Als Lot eignen sich besonders Molybdänlegierungen, wie Molybdän-Borid, welches einen Schmelzpunkt von etwa 2000° C aufweist, oder Molybdän-Ruthenium in einem Volumenverhältnis von 4:1, gleichfalls mit einem Schmelzpunkt von etwa 2000° C.
• Das Lot kann mit Hilfe von Flüssigkeit in Pulverform oder in Form eines kompakten Ringes aufgebracht werden.
• Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der eine gemäß dem Verfahren nach der Erfindung erzielte Kathode dargestellt ist.
• In der Abbildung bezeichnet 1 ein zylinderförmiges Tantalröhrchen, das am oberen Ende einen einspringenden Rand besitzt, auf dem der poröse Wolframkörper 4 ruht. Dieser Wolframkörper ergibt sich durch Sinterung von Pulver bei 2400° C bis zu einer Dichte, die zwischen 60 und 90 1/o der maximalen Dichte liegt und in diesem Falle 8311/o beträgt. In den Raum zwischen dem porösen Körper 4 und dem Zylinder 1 ist entweder durch Aufbringen auf den Zylinder 1 oder auf den Körper 4 Lot eingebracht. Das Lot ist in Pulverform, mit in Amylacetat gelöstem Colofonium gemischt aufgebracht. Der poröse Wolframkörper wurde vorher in einer Wasserstoffatmosphäre mit Kupfer imprägniert und dann auf Maß gedreht. Das aus dem porösen imprägnierten Wolframkörper 4, dem Körper 1 und dem zwischengebrachten Lot 5 bestehende Gebilde wird dann in einer Atmosphäre von Stickstoff, Helium oder Wasserstoff, oder einem Gemisch dieser Stoffe, bei atmosphärischem Druck auf eine Temperatur von etwa 2000° C erhitzt, bis das Lot schmilzt, worauf die Verbindung abkühlen kann. Auf diese Weise ist eine stoß- und vibrationsfreie Verbindung entstanden. Nötigenfalls kann die obere Kathodenfläche auf Maß geschliffen werden.
• Anschließend wird das Kupfer im Vakuum bei einer Temperatur von 1750° C ausgetrieben, worauf in einer im wesentlichen aus Wasserstoff bestehenden Atmosphäre der Körper 4 mit Aluminat imprägniert wird.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen von Lötverbindungen zwischen einem porösen hochschmelzenden Metallkörper und einem metallischen Stützkörper, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Metallkörper (4) mit einem Metall imprägniert wird, das sich mit dem Metallkörper (4) nicht legiert und das bei der späteren Löttemperatur einen verhältnismäßig niedrigen Dampfdruck aufweist, anschließend in neutraler oder reduzierender Atmosphäre bei mindestens atmosphärischem Druck am Stützkörper (1) festgelötet und schließlich das Imprägniermetall entfernt, insbesondere im Vakuum verdampft wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lot (5) Molybdänlegierungen, insbesondere Molybdän-Borid oder Molybdän-Ruthenium, verwendet werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, zum Herstellen von Lötverbindungen an porösen Metallkörpern aus Wolfram oder einer Wolfram-Molybdän-Legierung bzw. Rhenium, Hafnium oder Niob, dadurch gekennzeichnet, daß als Imprägniermetall Silber, Kupfer oder Gold verwendet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 900 291.