Ceramaseal® Verbindungsstücke
Ceramaseal® Verbindungsstücke aus Aluminiumoxid-Keramik werden dazu verwendet, elektrische Leiter durch das Gehäuse oder die Umfassung eines elektrischen Geräts zu den Anschlüssen externer Kabel oder Leitungen zu führen.
Zu den Anwendungen gehören Transformatoren, Kondensatoren, Filter, Energieversorgungs- und Kabelanschlüsse. Die Ceramaseal® Anschlüsse isolieren die Leiter vom Gehäuse und sorgen damit für eine vakuumdichte Abdichtung zwischen Geräteinnerem – üblicherweise oft mit Öl oder Gas gefüllt – und der Umgebungsluft außerhalb des Geräts. Die Isolierung innerhalb des Anschlusses besteht aus Aluminiumoxid-Keramik, die normalerweise röhren- oder scheibenförmig ausgeführt ist. Der Keramikkörper enthält den Anschluss mit überlegenen isolierenden Eigenschaften.
Verbunden mit dem Oberteil des Keramikkörpers (oder dem Innendurchmesser bei scheibenförmigen Körpern) ist eine Metallkappe mit Bolzen oder Kabelschuh, womit der Anschluss an ein externes Kabel oder einen externen Leiter realisiert wird. Ein Metallflansch ist auf gleiche Weise am Boden des Isolatorkörpers (oder dem Außendurchmesser bei scheibenförmigen Isolatorkörpern) mit der Keramik verbunden und gewährleistet die Montage am Gerätegehäuse.
Bei einigen Anschlussversionen ist die Anschlussbaugruppe Metallkappe mit Bolzen/Kabelschuh bereits im Inneren des Isolatorkörpers integriert, einschließlich eines Leiters, der durch den Isolatorhohlraum im Inneren verläuft. Dieser Leiter wird für den internen Anschluss im Gerät selber verwendet. Bei anderen Ausführungen wird dieser Anschluss kundenseitig eingesetzt und mit der Metallkappe bei Installierung des Anschlusses verbunden. Die Montageflansche der Ceramaseal® Verbindungsstücke werden mit dem Gerätegehäuse über unterschiedliche Schweiß- sowie Hart- und Weichlötverfahren verbunden.
Ceramaseal® Verbindungsverfahren für Vakuumdichte, Festigkeit und Temperaturbeständigkeit
CeramTec stellt die vakkumdichten, hochfesten und temperaturbeständigen Ceramaseal® Keramik-Metall-Verbindungsstücke mit dem eigenen patentierten Dichtprozess her, einer Variation des Aktivlegierungsverfahrens. Die Verbindung zwischen Metall und Keramik ist dabei eher chemischer als mechanischer Natur. Ceramaseal® Verbindungsstücke und Anschluss-Baugruppen behalten auch unter anspruchsvollsten Umgebungsbedingungen ihre Vakuumdichtigkeit. Manche Ausführungen widerstehen sogar Ausheizungen bei Hochtemperaturen sowie dem Dauerbetrieb bei 350ºC (luftseitig). Darüber hinaus weisen sie eine exzellente Schockbeständigkeit auf, manche Ceramaseal® Verbindungensstücke sind sogar noch nach unmittelbarer Verbringung aus flüssigem Stickstoff (-196ºC) in geschmolzenes Lötgut (+240ºC) vakuumdicht.
Ceramaseal® Anschlusskörper aus Aluminiumoxid-Keramik (Al2O3)
Die Isolatorkörper für die meisten angebotenen Ceramaseal® Anschlusslösungen und Baugruppen bestehen aus hochfester Aluminiumoxid-Keramik (Al2O3). Der Aluminiumoxid-Gehalt beläuft sich dabei auf 85 bis 99,5%, abhängig von der jeweiligen Komponente und ihrem Anwendungsbereich. Einige Eigenschaften der Aluminiumoxid-Keramik machen dieses Material zur idealen Wahl für die isolierende Ceramaseal® Anschlüsse:
- Hohe Durschlagfestigkeit, selbst bei hohen Temperaturen Hohe thermische Leitfähigkeit sowie eine hohe mechanische Festigkeit machen Al2O3 thermischen Schocks gegenüber sehr unempfindlich
- Extrem dichtes Material, es ist gasdicht im Stärkebereich von bereits 0,0127 cm (0,005") und darüber und absorbiert kein Wasser. Aufgrund dieser Merkmale erlaubt Al2O3 zuverlässig die Isolierung auch bei Vorhandensein von Kontaminationen und bei extremer Feuchtigkeit
- Vorformlinge für Ceramaseal® Anschlusskörper aus Aluminiumoxid-Keramik können auf unterschiedliche Art und Weise gefertigt werden, darunter durch Strangpressen, isostatisches Pressen und Gesenkpressen. Nach dem Formen werden die Keramikkörper in Hochtemperatur-Brennöfen gebrannt und dann mit einer Hochtemperaturglasur beschichtet, die dem keramischen Ausdehnungskoeffizienten entspricht. Die Beschichtung sorgt im Einsatz dafür, dass der Isolatorkörper sauber bleibt, so dass stets die Höchstspannung fließen kann, bevor Korona-Entladung oder Überschlag stattfinden. Darüber hinaus erleichtert die Beschichtung eine Reinigung, wenn diese einmal erforderlich wird.
Kappen- und Flanschmaterial der Ceramaseal® Verbindungsstücke
Kappen und Flansche der Ceramaseal® Anschlüsse und Verbindungsstücke bestehen aus Kovar® oder einer Nickel-Eisen-Legierung mit einem Koeffizienten, welcher dem der Aluminiumoxid-Keramik entspricht. Es werden aber auch Baugruppen mit Kupfer-Kappen und Flanschen hergstellt und die Aluminiumoxid-Keramik kann auch mit weiteren Metallen wie Nickel, Platin sowie mit kaltgewalztem Stahl und Edelstahl verbunden werden. Die Kappen und Flansche werden mit oder ohne Schmelztauchlötstelle, je nach Kundenwunsch, bereitgestellt. Das Tauchlöten erfolgt gemäß Spezifikation MIL-F-14072, Finish-Nr. M-258 Typ II.
Zusammensetzung und Lineare Ausdehnungskoeffizienten von Kovar® und der Ceramaseal® Nickel-Eisen-Legierung
| Material | Zusammensetzung % | Linearer Ausdehnungskoeffizient IN./IN.°C | ||
|---|---|---|---|---|
| 42% Nickel-Eisen | 93°C bis 2,4°C | 316°C bis 427°C | ||
| Eisen | 57,15 | 5,35 x 10-6 | 9,90 x 10-6 | |
| Nickel | 42,00 | |||
| Mangan | 0,50 | |||
| Silizium | 0,25 | |||
| Kohlenstoff | 0,10 (max) | |||
| Kovar® | 30°C to 200°C | 30°C to 450°C | ||
| Eisen | 53,7 | 4,33 x 10-6 bis 5,30 x 10-6 | 5,03 x 10-6 bis 5,37 x 10-6 | |
| Nickel | 29,0 | |||
| Kobalt | 17,0 | |||
| Mangan | 0,3 | |||
Für Vakuumröhren geeignete Verbindungslegierungen
Bei Ceramaseal® Produkten finden nur für Vakuumröhren geeignete Hartlöt-Legierungen Verwendung. Ein typisches Ceramaseal® Verbindungsstück wird mit Silber-Kupfer-Lot mit eutektischer Zusammensetzung und einem Schmelzpunkt von 780°C realisiert. Auch andere Metalle und Legierungen werden mit viel Erfolg von eingesetzt, darunter Reinsilber (Schmelzpunkt 961°C) und eine Gold-Nickel-Legierung (Schmelzpunkt 950°C).
