Die Herstellung von Glas- / Metallverbindungen

Die Herstellung einer Glas- / Metallverbindung wird auch An­gla­sung genannt. Es handelt sich um eine Technik des Fügens, bei wel­cher durch eine lot­ar­tige Auf­brin­gung von Glas auf ein Metall eine dauer­hafte und hoch­vakuum­dichte Glas- / Metall­ver­bindung entsteht.

Derartige Verbindungen werden vor­wiegend in der Vakuum­technik benö­tigt, um die unter­schied­lichen phy­sika­li­schen Eigen­schaf­ten von Gläsern, wie die sehr guten elek­tri­schen Iso­lator­eigen­schaf­ten, aber auch hohe Sprö­dig­keit bei mecha­ni­scher Bean­spru­chung, mit den gegen­sätz­li­chen Eigen­schaften von Metallen, nämlich die sehr gute elek­tri­sche Leit­fähig­keit sowie hohe mecha­nische Elasti­zität zu kombinieren.

Einige Anwendungsgebiete für Glas- / Metall­verbin­dungen sind Strom­durch­führun­gen. Diese werden in Sockeln von Hoch­druck-Leucht­mitteln, Vakuum-Senderöhren, Röntgen­röhren sowie an Strom- oder HF-Durch­führun­gen für Vakuum­anla­gen benötigt. An Hoch-Vakuum-Anlagen werden die Quarz- oder Saphir-Sicht­fenster mit Glas- / Metall­verbin­dun­gen in Flansche einge­passt. Aktoren in Sputter­anlagen werden durch mit Glas- / Metall­verbin­dungen abge­dich­teten Falten­bälgen bewegt.

Glas- / Metallverbindungen kommen auch in der Faser­bündel­technik zur span­nungs­armen Verbin­dung von Quarz­faser­bün­deln mit Steck­verbin­dern aus Metall zur Verwen­dung. An­wendungs­gebiete sind Kalt­licht-Leuchten, wie z.B. für Wechsel­verkehrs­schilder an Auto­bahnen oder faser­optische Temperatur­sen­soren für pyro­metri­sche Mes­sungen an unzu­gäng­lichen Stellen, wie z.B. im Inneren von Gas­tur­binen oder Flug­zeug­trieb­werken.

Zur Herstellung von Glas- / Metall­ver­bin­dungen werden spezielle Gläser und Metalle mit­ein­ander ver­schmol­zen, welche ähn­liche Eigen­schaf­ten in Bezug auf die ther­mische Längen­änderung auf­weisen, um eine Ermü­dung der Verbin­dung bei wechselnden Tempera­turen zu vermeiden. Gängige Kombina­tionen von Werk­stoffen sind z.B. Duran 50 an Vacon 12, Suprax an Wolfram, Fiolax an Molybdän sowie BK7-Glas an Vacon 70. Es sind jedoch auch noch viele andere Werk­stoff­kombi­nati­onen gebräuchlich.

Die Anglasung wird durch die induk­tive Erwär­mung der Metall­teile der Verbin­dung auf 800 . . 1.200°C herge­stellt. Dabei benetzt das indirekt vom Metall erwärmte Glas selb­ständig durch die an der Grenz­schicht Glas / Metall nicht mehr vorhan­dene Ober­flächen­span­nung des Glases die Oberfläche des Metalls. Es entsteht eine Verbindung, welche visuell und mechanisch einer Hart­lötung ähnelt. Es bildet sich ein typischer Lot­meniskus aus.

Für die Anglasung an manuellen oder auto­mati­schen Arbeits­plätzen sind insbesondere die Hoch­frequenz­gene­ratoren der Baureihen S260 und S212 sowie S460 und S412 von STS Systemtechnik Skorna geeignet. Diese Genera­toren zeichnen sich durch eine beson­ders kleine Bau­form aus, weshalb die Geräte auf dem Arbeits­tisch stehen können. Durch induk­tive Erwär­mung werden die Metall­teile der Angla­sung auf die benötigte Arbeits­tempe­ratur gebracht. Eine Rotation der Teile - ähnlich wie bei der Stand­härtung - ist zum Aus­gleich von Feld­inhomo­geni­täten und damit zur Verbesse­rung der Wärme­vertei­lung empfehlens­wert. Eine Teil­automati­sierung ist durch Verwendung einer pyrometer­gesteu­erten Temperatur­regelung leicht möglich.

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