[发明专利]用于制造连接元件的方法以及连接元件

说明书

本发明涉及一种用于制造连接元件的方法，所述连接元件具有尤其包含金属的外框架和尤其包含玻璃的内部构件，该内部构件处于压缩应力下被容纳在外框架中，其中外框架具有至少两个不同的热膨胀系数，即对于第一空间方向的第一热膨胀系数和与之不同的对于第二空间方向的第二热膨胀系数，其中该方法包括以下步骤：(i)加热外框架，使得该外框架各向异性地膨胀，(ii)插入内部构件，(iii)冷却外框架，使得该外框架各向异性地再次收缩，使得外框架在压缩应力下容纳内部构件。

技术领域

本发明涉及一种用于连接元件的制造方法以及一种相应的连接元件，该连接元件具有包含金属的外框架和包含玻璃的内部构件，该内部构件处于压缩应力下被容纳在外框架中。

背景技术

由外部的金属框架和内部的玻璃构件形成的连接元件(也被称为玻璃金属密焊(glass-to-metal seals，GTMS))用在许多应用中，例如用于气密的壳体部件或电气馈通件。在壳体部件的情况下，内部的玻璃构件例如可以用作观察窗，例如从而实现在容器(如生物反应器)内部中进行光谱研究。在电气馈通件的情况下，内部的玻璃构件作用为用作被电导线穿过的绝缘体。

理论上玻璃-金属连接元件可以分为两类。一方面是其中金属壳体和玻璃构件的热膨胀行为彼此匹配的元件，即所谓的匹配型玻璃金属密焊，另一方面是其中金属壳体对玻璃构件施加压缩压力的元件，即所谓的压缩型玻璃金属密焊。匹配型玻璃金属密焊尤其适合于在波动的温度条件下产生均匀的膨胀及收缩行为的应用或者要求尽可能薄的金属壳体使得不能造成足够大压缩压力的应用。相反，如果这些因素并不重要时，一般使用压缩型玻璃金属密焊。压缩型玻璃金属密焊典型地具有高耐腐蚀性和压力耐受性。

压缩型玻璃金属密焊可以通过将金属环收缩到玻璃体上来制造。这导致金属壳体牢固地包围内部的玻璃并且产生气密的密封。另外，由于对玻璃的有时较高的压缩压力，可以实现连接元件的高耐受性。但要注意的是，金属与玻璃的热膨胀之间可实现的差是有限的。在过小的膨胀差下，连接元件或馈通的密封性可能受到不利影响，而在过大的膨胀差下工件可能不稳定。通过收缩过程，产生了金属环对玻璃体的集中压力。这限制了可使用的透明元件以及连接元件设计。

因此，迄今为止人们专注于径向对称且平坦的设计以及具有边缘突起(即具有位置略微较深的玻璃体)的设计。相反，齐平封闭的或从金属环中伸出的玻璃边缘、还有弯曲的玻璃表面是有问题的，因为通过压力的降低在壳体外部可能出现裂缝。另外，迄今为止仅考虑过特定的材料组合。在设计和材料组合方面的这些限制仍有待克服。

发明内容

因此本发明的目的是提供连接元件以及用于连接元件的制造方法，该连接元件具有尤其包含金属的外框架和尤其包含玻璃的、处于压缩应力下被接纳的内部构件，从而能够实现其他的构造形式和使用其他材料，尤其可以实现没有径向对称性、平坦表面和/或边缘突起的设计。

这个目的通过本发明的主题实现。本发明的有利改进方案进一步地限定。

根据本发明提出了一种用于制造具有外框架和内部构件的连接元件的方法，其中该内部构件在压缩应力下被容纳在外框架中并且该外框架具有对于第一空间方向的第一热膨胀系数和与之不同的对于第二空间方向的第二热膨胀系数。

外框架尤其具有金属或由金属形成并且内部构件尤其具有玻璃或由玻璃形成。通过在压缩应力下容纳内部构件，尤其实现了外框架与内部构件之间的气密密封。因此根据该方法可制造或所制造的连接元件尤其为压缩型玻璃金属密焊(GTMS)。

因为外部构件具有对于不同的空间方向的两个不同的热膨胀系数，所以存在外部构件的各向异性的热膨胀或收缩。换言之，热膨胀或收缩不是用单独的标量型膨胀系数来描述，而是一般用膨胀张量来描述。

本发明的方法包括首先加热外框架，使得外框架相对于内部构件膨胀，其中沿着第一空间方向根据第一热膨胀系数发生长度变化并且沿着第二空间方向根据第二热膨胀系数发生长度变化。长度变化一般分别理解为膨胀以及收缩，其中由于加热尤其分别发生膨胀。