用于实现金属-陶瓷焊接连接的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种使用金属焊料使热膨胀系数彼此协调的未涂层陶瓷体与金属件 实现材料配合的金属-陶瓷焊接连接的方法;本发明还涉及一种金属-陶瓷焊接连接件，这 种金属-陶瓷焊接连接件在未涂层陶瓷体的表面与金属件的表面之间具有空隙，该空隙至 少部分地填充有焊料;本发明还涉及一种用于在高温条件下将电导线绝缘和绝热地敷设到 室内的连接装置。
【背景技术】
[0002] 在一些技术领域中，需要通过焊接工艺使陶瓷体与金属件连接起来。特别是在小 型化构件的领域中（例如用于各种应用的传感器插接管），这种金属-陶瓷焊接连接是非常 重要的。
[0003] 在图la中示出了根据现有技术的例如在陶瓷体1与金属件(在此为钢件)之间实现 金属-陶瓷焊接连接的必要工作步骤，在此所制造的是高温传感器的陶瓷管6。
[0004] 在第一步骤I中，必须利用钼/锰膏例如通过喷涂或涂抹对所设定的连接点涂覆一 层涂层，然后在还原气体(^(111216代11(1611人1;〗11〇8口11如6)下在大约1400 <€下烘烤该膏，由此 产生金属化的陶瓷。
[0005] 在另一步骤II中，还需要对这种金属化进行电镀镍，以使液态的银铜焊料(AgCu-Lot)能够均匀、良好地湿润陶瓷体1的被镀镍的陶瓷表面，就像待连接的金属件一样。接下 来在针对陶瓷体1的准备步骤中，金属件(在此为凸缘和/或触点座)可以在安装步骤ΠΙ中 被定位在陶瓷体1旁边或之并被施加焊料。在这些部件彼此定位之后，这些部件通过焊接过 程IV在高温条件下在接合点上彼此连接。根据现有技术，必须对陶瓷表面实行涂层，在此这 通过步骤I和步骤II来实现。
[0006] 图lb示出了在执行完步骤I至步骤IV之后根据现有技术的工艺进行焊接连接的剖 视图。在此，利用焊料4使金属件2'、3'与陶瓷体1材料配合地连接。可以清楚地看到：陶瓷体 1的陶瓷表面的涂层11为被镀镍的金属涂层。所使用的简单的商用焊料4使金属件2'、3'与 被涂层的陶瓷表面材料配合地彼此连接。
[0007] 陶瓷体的涂层是必不可少的并且非常复杂。在此在步骤II中还要附加地进行镀 镍，以便提高金属化陶瓷的湿润性。
[0008] 由于涂覆有足够厚的附加金属和/或附加保护层，因此对于较小尺寸的陶瓷体和 金属件进行再处理是很困难的，并且只能在具有较大公差的情况下来执行。
[0009] 为了能够简单地在陶瓷表面与金属件之间建立焊接连接，专利文献DE19734211C2 提出：以活性成分机械地对陶瓷表面进行涂层，并随后与金属件进行焊接。例如，可以通过 在陶瓷表面上摩擦含钛的片或棒进行这种涂层。不清楚在此所述的这种简单的涂层工艺是 否足够良好地起作用。但是，在没有施加保护层的情况下会迅速地开始氧化，因此必须尽可 能地直接在建立涂层之后进行焊接。
[0010]从专利文献EP356678中已知一种借助于焊接过程的连接方法，该连接方法能够提 供良好的连接结果，在此是在涂层、镀镍和随后的安装之后进行焊接过程。
[0011]在专利文献US4591535中提出，在使用具有亲氧元素的活性焊料4'时，无涂层的或 未被金属化的陶瓷体可以与由钢制成的金属件连接。在此，可以摒弃前述的对陶瓷体的金 属化和镀镍，使得因此所获得的方法在如图2所示的情况下通过使用活性焊料4'而仅包括 安装步骤III和焊接过程IV。在此，焊接过程IV是在已知的用于活性焊料4'的温度范围内进 行的。借助活性焊料实现材料配合的连接:亲氧元素(例如钛)已经被混合(legiert)在焊料 中。与使用非活性焊料相比，采用活性焊料的连接需要更高的熔解温度，并且在设计待接合 的构件时需要特别注意，因为活性焊料不会像传统的焊料那样流动并且不可以利用毛细管 效应。借助活性焊料4'实现的陶瓷/金属连接展示出一种结构体，其中，陶瓷体、活性焊料和 金属件构成可明显相互区别开的层。
[0012] 在根据专利文献DE202010016357U1的传感器中，在陶瓷体中设置有传感器元件， 该传感器元件可以通过利用焊接设立的金属触点来联系。所使用的焊料是活性焊料。
[0013] 在根据专利文献DE102010003145A1的压力传感器中，借助活性硬焊料、锆/镍/钛 合金对测量膜进行气密的连接。第二活性硬焊料使测量膜变换器的原始信号线路与测量电 子器件相连接。
[0014] 活性焊料是不容易在市场上买到的，大多数情况下必须从特定的供应商那里以较 高的成本采购。由于活性焊料与非活性焊料相比具有更高的熔点或者说更高的加工温度， 因此会使陶瓷体中的热应力增加，从而造成更大的断裂趋势。这是由于金属和陶瓷的热膨 胀系数不同。如果这两个组件在高温下彼此连接，则在它们再次达到室温后会不可避免地 形成应力。并且为了达到活性焊料的高焊接温度，不可避免地会产生较高的能量消耗。
[0015] 因为在使用活性焊料时没有对陶瓷体进行涂层，因此陶瓷表面与钢制金属件表面 之间的毛细管缝隙没有完全被活性焊料充满，故而这种焊接连接具有角焊的形式，这对于 例如在此所述的处理是不利的。活性焊料不适用于毛细管焊接，因为活性成分在焊料完全 渗透之前可能已经耗尽于毛细管中，并由此使得陶瓷体与金属件之间的缝隙不能完全地实 现材料配合的连接。为了实现根据现有技术的金属-陶瓷焊接连接(其中执行前述的金属化 和镀镍），通常需要使毛细管焊缝宽度达到0.05mm，因为层厚可能会变化。
【发明内容】
[0016] 本发明的目的在于提出一种用于使热膨胀系数彼此协调的未涂层陶瓷体与金属 件实现材料配合的金属-陶瓷焊接连接的方法，在此将摒弃使用难以买到且成本昂贵的活 性焊料以及专门对陶瓷体进行如前所述的涂层。本发明的目的还包括在低成本的情况下以 尽可能少的费用实现金属-陶瓷焊接连接。此外，这种连接能够满足较高的要求并且尤其是 不易碎的或不脆弱的。
[0017] 利用根据本发明的方法，能够如同前述的金属化那样良好地控制毛细管式焊料 流，这可以使所要实现的金属-陶瓷焊接连接具有高机械负荷能力，在此，该金属-陶瓷焊接 连接尤其是还可以经受住更高的剪切负荷。
[0018] 本发明的目的还在于提出一种用于至少一个高温传感器的陶瓷管，其适用于伴随 这种金属-陶瓷连接的高于200°C的工作温度。
[0019] 本发明还涉及一种根据本发明的方法在陶瓷体与金属件之间的建立的金属-陶瓷 焊接连接。
[0020] 本发明的目的通过一种具有独立权利要求所述特征的方法来实现。根据本发明将 实施以下步骤:选择具有至少50%份额的亲氧元素的金属件和至少80%是由氧化铝、氧化 锆、氧化硅或它们的混合物组成的陶瓷体。使用无活性的、低共熔的或近似于低共熔的焊 料。最后形成包括陶瓷体和金属件的结构体，在此，陶瓷体和金属件在它们的表面之间相互 形成间隙。陶瓷体和金属件还可以彼此贴靠在一起，由此产生的间隙完全满足要求。在此， 焊料被带入到间隙中或间隙附近。随后将该结构体置于炉子中，并利用焊料围绕该结构体 形成真空或无氧的保护气层（Schutzgasatmosphiire)。然后，使炉子处于高于焊料的液相 线温度TL的焊接温度T，并优选最高至焊料的液相线温度以上60°C(TL〈TSTL+60°C)。现在， 在焊接持续时间A t中在炉中将保持焊接温度T，直至焊料与一部分熔化的（geldsten)金属 件一起构成混合相区域M，该混合相区域将完全填满并湿润所述间隙。然后将该结构体再次 冷却至环境温度。
[0021] 根据本发明的方法的优点在于，可以设立较低的焊接温度，因为无活性的焊料不 包含钛。较低的焊接温度将导致所制成的部件在其被冷却至环境温度之后具有很小的应 力。
[0022] 此外，已经证实:含钛的焊料通常含有过多的钛，由此使得连接容易裂开。在本发 明的情况下，连接所采用的钛或其他金属性的亲氧元素正好与连接所需要的一样多，并且 不再需要更多。由此使得这种连接具有非常高的品质。
[0023] 此外，利用所述的方法可以实现毛细管焊接，而这在使用含钛焊料时（例如在 US7771838中）是不可能的。
[0024]特别是这种连接是在无氧保护气体或真空条件下进行的，因此不会发生氧化。在 传统的方法中（例如在含铜金属的情况下)会形成氧化层，该氧化层在直接焊接中被作为焊 料使用，如专利文献EP2263820所述。
【附图说明】
[0025] 下面参照附图对本发明的优选实施例进行说明。
[0026] 图la示意性示出了用于建立金属-陶瓷焊接连接的方法，通过该方法使得至少部 分被金属化的陶瓷体能够借助于市场上常见的焊料根据现有技术地固定在金属件上，而 [0027]图lb示出了利用根据图la的方法所建立的金属-陶瓷焊接连接的剖视图的显微照 片。
[0028] 图2示意性示出