-
Einschmelzen von Eisen-Nickel-Legierungen in Glas Glas-Metall-Verbindungen
wurden früher zwischen Metallen, beispielsweise Platin; und geeigneten Gläsern derart
hergestellt, daß die Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen Teile so ausgewählt
wurden, daß die Beanspruchungen, die durch Wärmeausdehnung oder -zusammenziehung
der Bestandteile hervorgerufen würden, nicht die Festigkeit- des Glases überschritten.
Es wurde im wesentlichen darauf geachtet, dä,ß das Glas und das Metall möglichst
dadurch in Übereinstimmung gebracht wurden, daß der Durchschnittsausdehnungskoeffizient
des Metalls nahezu mit dem des Glases bei Temperaturen unter dem Erweichungspunkt
des Glases übereinstimmte: Es wurde unlängst festgestellt, daß die Wärmeausdehnüngskurve
der Gläser nicht linear für alle Temperaturen verläuft, sondern im Gegenteil Transformationszonen
besitzt, die wesentlich unter dem Erweichungspunkt liegen, bei denen die Ausdehnungkoeffizienten
stark zunehmen. Um eine im wesentlichen spannungsfreie Glaslfetall-Verbindung bei
allen Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Glases zu erhalten, ist es daher erforderlich,
als Metall eine Legierung zu verwenden, deren Ausdehnungskurve im wesentlichen mit
der des Glases
oberhalb und unterhalb der Transformationszone übereinstimmt.
Eine genaue Übereinstimmung auf dem ganzen Gebiet ist unwahrscheinlich, aber nicht
unmöglich. Jedoch können hinreichend feste Verbindungen so lange erzielt werden,
wie der größte Unterschied zwischen den Wärmeausdehnungskurven des Glases und des
Metalls bei jeder Temperatur derart ist, daß die Spannungen, die während des Abkühlens
im Glase auftreten, nicht die Festigkeit des Glases überschreiten.
-
Bestimmte Legierungen aus Eisen, Kobalt und Nickel sind zur Herstellung
derartiger Verbindungen-bereits bekannt, da diese Legierungen Ausdehnungskurven
haben, die ähnlich denen der Gläser sind, die solche Transformationszonen aufweisen.
Diese Legierungen sind aber wegen ihres Gehalts an Kobalt verhältnismäßig teuer.
Die bekannten Nickel-Eisen-Legierungen sind billiger. Doch weisen deren Ausdehnungskurven
Knickpunkte auf, die bei einer bedeutend geringeren Temperatur liegen als die Transformationspunkte
der meisten üblichen Gläser. Zwar läßt sich zu den meisten der üblichen Gläser eine
Eisen-Nickel-Legierung finden, die in ihrer Ausdehnungskurve unterhalb des Knickpunktes
weitgehend mit der Ausdehnungskurve des Glases übereinstimmt, doch fallen der Knickpunkt
und der Transformationspunkt nicht zusammen. Diese Glassorten eignen sich daher
insbesondere nicht zur Herstellung von derartigen Glas-Metall-Verbindungen, bei
der die Metallteile in bestimmter Lage in einer Gußform angeordnet werden und das
.geschmolzene Glas in die Form um die Metallteile gegossen wird, da es bei der Herstellung
derartiger Glasverbindungen erforderlich ist, mit einer relativ großen Glasmasse
zu arbeiten, die leicht die Metallteile umfließt und daher bei der Arbeitstemperatur
von iooo bis i-oo° C möglichst leichtflüssig wie Wasser sein soll.
-
Ferner ist es bei der Massenherstellung von Glas-lletall-Verltindungen
nicht nur wünschenswert, daß billige und leicht zu bearbeitende -Materialien verwendet
werden, sondern es ist auch erforderlich, daß das Glas, wenn es für elektrische
Anordnungen geeignet sein soll, nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist
und daß es widerstandsfä hi- -egen Einflüsse aus der 'Natur ist, d. h. cs ,oll Nvetterbeständig,
chemisch widerstandsfähig und gegen starke Temperaturänderungen unempfindlich sein.
Zudem muli das flüssige Glas das Metall bei hohen Temperaturen benetzen und bei
der Abkühlung fest an dem -Metall haften.
-
Erfitidungsc,etn<iß werden zum Einschinelzen von Eisen-Nickel-Legierungen
mit annähernd 42 0/0 \Tickelgehalt, deren Verwendung für Glas-Metall-Verschmelzungen
bereits bekannt ist, Gläser aus etwa 340/0 Siliciumoxyd, 28% Boroxyd, 7% Aluminiumoxyd,
29% Bleioxyd und 2% Natrumoxyd verwendet.
-
Gläser mit der gleichen chemischen Zusammensetzung sind an und für
sich vorzugsweise in der optischen Industrie bekannt, doch nicht zum Einschmelzen
von Metall verwendet worden.
-
Um zu vermeiden, daß die gewöhnlich auftretenden Änderungen in der
Zusammensetzung hei der fabrikatorischen Herstellung die Güte der endgültigen Verbindung
verschlechtern, ist es: vorteilhaft, die Zusammensetzung der Legierung und des Glases
in den vorgenannten Grenzen zu halten. Die Legierung soll daher in der Praxis im
wesentlichen aus 42% Nickel und 58% Eisen bestehen, jedenfalls soll sie--nicht mehr
als i % Verunreinigungen, z. B. Kobalt, Mangan, Silicium und Kohlenstoff enthalten,
die gewöhn-Mich in: diesen Metallen vorhanden sind.
-
Diese Legierung hat einen Ausdehnungskoeffizienten von etwa 5,2 #
io--6 bei Temperaturen zwischen 25 und 300°C und wird vorteilhaft durch Sintern.
hergestellt. Es werden dann 42 Gewichtsprozent feingepulvertes Nickel mit 58 Gewichtsprozent
feingepulvertem Eisen vermischt, diese Pulvermischung; durch Pressen gefestigt und
auf Sintertemperaturen unter dem Schmelzpunkt der Legierungen (1.40o bis 1440'C)
8 oder mehr Stunden lang erhitzt. Die Zusammensetzung des Glases ist ebenfalls .
kritisch, obgleich kleine Änderungen an dem Gehalt an Boroxvd, Bleioxyd und Natriumoxyd
zulässig sind, was wohl auf eine Verdampfung dieser Stoffe während der Herstellung
zurückzuführen ist. Eine zu starke Verdampfung dieser Bestandteile ergibt jedoch
ein härteres Glas und ändert die Transformationszone auf eine etwas höher liegende
Temperatur. Es ist zu empfehlen. die Zusammensetzungsverhältnisse innerhalb von
1/=% der angegebenen Prozentsätze für die Bestandteile zu wählen, außer bei \ atriumoxyd,
das stets 2% betragen soll. Jedoch können geringe Zusätze von Farboxyden, z. B.
Kupferoxyd, Nickeloxyd oder Jlan",anoxvd. beigefügt werden, denn derartige Oxvde
erhöhen die Haftfestigkeit des Glases an einer Eisen-Nickel-Legierung.
-
Folgende Beobachtungen zeigen die Berechtigung der Forderung, die
Glaszusaminensetzung in den angegebenen Grenzen zu halten. Wird beispielsweise Kalitttnoxyd
an Stelle von \ atriiiiiioxvd in dem Glas verwenl t, um einenhöherenelektrischenWiderstand
zu le erhalten. so wird die lineare Ausdehnung zu klciit. Bei der Erhöhung des Prozentsatzes
an
Kaliumoxyd auf 3 °/ö erhält das Glas zwar die zur Legierung passende Ausdehnungskürve
und den geeigneten Schmelzpunkt, hat aber nur ;geringe Wetterfestigkeit. Bei einem
Versuch; die Wetterbeständigkeit durch Erhöhen des Siliciumoxyds bis auf 420/0 und
Verminderung des Boroxyds auf zo% zti verbessern, wird z«-ar ein Glas mit hohem
Schmelzpunkt, mit geeigneter Ausdehnung und zufriedenstellender Wetterbeständigkeit
erhalten, doch hat ein solches Glas eine derartige große Zähflüssigkeit bei den
gewöhnlichen Arbeitstemperaturen, daß die Herstellung von Glas-1iletall-Verhindungen
1>e1 dem üblichen Gußverfahren praktisch große Schwierigkeiten bereitet.
-
Das angegebene Glas dagegen ist sehr wetterbeständig und verhältnismäßig
leicht flüssig, fast wie Wasser, wenn es geschmolzen ist. Seine geringe Zähflüssigkeit
hat sich gerade beim Gießen von Glas-Metall-Verbindungen als vorteilhaft erwiesen,
da es bei diesem Verfahren in der Lage sein muß, in sehr kleine Spalten innerhalb
der Form und rings um die Metallteile zu fließen. Die- große Änderung der Neigung
der Ausdehnungskurve, die die Transformationszone kennzeichnet, stimmt mit einer
ähnlichen Änderung in der Neigung der Legierungsausdehnungskurve überein, die in
der Nähe von 400'C auftritt. .
-
Fig. i zeigt die Ausdehnungskurve einer Glaszusammensetzung und Metallegierung
entsprechendderErfindung. DieAusdehnungskoeffizienten sowohl der Legierung als auch
des Glases sind-verhältnismäßigklein, wodurch die Massenherstellung von vakuumdichten
Verbindungen erleichtert wird, da der bei sämtlichen Temperaturen vorhandene geringe
Ausdehnungskoeffizient die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Sprüngen und anderen
Schäden während der Abkühlung verringert. Das Glas weist einen Ausdehnungskoeffizienten
von etwa 5,2 - io-s/cm zwischen 25 und 300°C auf. Die erfindungsgemäßen.
Verbindungen werden gewöhnlich um 3° C pro Minute abgekühlt. _ Die Fig.2 und 3 zeigen
als Beispiel für den Erfindungsgegenstand Stromeinführun-g Fig.2 zeigt eine
Stromeinführung in einem Kondensator in Ansicht und Fig. 3 im Schnitt. Die Stromeinführung
i besteht aus einem gegossenen Isolator aus Glas, mit dem die \letallkappe 3 und
der Metallring 4. vakuumdicht verschmolzen sind. Sowohl die Kappe als auch der Ring
bestehen aus einer ickel-Eisen-Legierung mit 42 % hTickel. Der Ring .4 ist mit einem
Flansch 5 versehen, mit dem die Stromeinführung auf dem Deckel 6 verlötet, verschweißt
oder auf andere Weise befestigt ist.
-
Bei der Anordnung nach Fig. 3 ist in der Mitte des Glasgusses ein
hohlzylindrischer Metallteil 7 vorgesehen, durch den ein elektrischer Leiter geführt
werden kann, der mit dem mit einem Gewinde versehenen Stab 8, beispielsweise durch
Löten, verbunden ist. Die Metallzwischenstücke g bzw. io verhindern ein Haften des
Glases an dem Stab 8 bzw. an dem senkrechten Teil des Ringes 4 während des Gießvorgangs.
Diese Zwischenstücke und io werden vorteilhaft ebenfalls aus der beschriebenen Eisen-Nickel-Legierung
hergestellt.