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Title:
PRODUCTION METHOD FOR A MULTI-LAYER COMPOSITE AND COMPONENT FOR HIGH-VOLTAGE INSULATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/127478
Kind Code:
A1
Abstract:
A production method (100) for a multi-layer composite (20) comprising the following steps (110, 120, 130, 140): providing (110) a first glass layer element (11g), applying (120) a first metal layer (11m) to a surface (11s) of the first glass layer element (11g), arranging (130) a second glass layer element (12g) on the at least partially metallized surface (11ms2) of the first glass layer element (11g) and applying (140) a pressure (p) to the arrangement of the glass layer elements (11g, 12g) arranged with respect to each other. A component (20) for high-voltage insulation comprises a first glass layer element (11g), a second glass layer element (12g) and a first metal layer (11m) arranged between the first glass layer element (11g) and the second glass layer element (12g), wherein a first side (11s) of the first metal layer (11m) is diffusion-welded to the first glass layer element (11g) and a second side (11ms2) of the first metal layer (11m), which side faces away from the first side (11ms1), is diffusion-welded to the second glass layer element (12g).

Inventors:
HOFFMANN CHRISTIAN (DE)
MUELLER MARKUS (DE)
PHAM GIA KHANH (US)
Application Number:
PCT/EP2012/074328
Publication Date:
September 06, 2013
Filing Date:
December 04, 2012
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
B32B17/10; B32B17/06; C03C27/08; H01B17/00
Foreign References:
US20060162849A12006-07-27
DE19906521A12000-08-24
US20040104460A12004-06-03
Other References:
C. R. LIU ET AL: "Field-assisted diffusion bonding and bond characterization of glass to aluminum", JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE, vol. 43, no. 15, 31 March 2008 (2008-03-31), pages 5076 - 5082, XP055057385, ISSN: 0022-2461, DOI: 10.1007/s10853-008-2583-4
DROZDOWSKA-RUSINOWICZ I: "DIFFUSION BONDING OF GLASS TO METALS WITH REFERENCE TO QUARTZ-ALUMINIUM BONDING", WELDING INTERNATIONAL, TAYLOR & FRANCIS, ABINGDON, GB, vol. 1, no. 6, 1 January 1987 (1987-01-01), pages 544 - 547, XP001221610, ISSN: 0950-7116
KÜCHLER, HOCHSPANNUNGSTECHNIK, pages 100
DAHMS, S. ET AL.: "Substance-to-substance-joining of quartz glass", ESTONIAN JOURN. ENG., vol. 15, no. 2, 2009, pages 131 - 142
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Claims:
Patentansprüche

1. Herstellungsverfahren (100) für einen Vielschichtverbund (20) , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) fol- gende Schritte (110, 120, 130, 140) umfasst:

Bereitstellen (110) eines ersten Glasschichtkörpers (Hg) ;

Aufbringen (120) einer ersten Metallschicht (lim) auf eine Oberfläche (Iis) des ersten Glasschichtkörpers (Hg);

Anordnen (130) eines zweiten Glasschichtkörpers (12g) auf der zumindest bereichsweise metallisierten Oberfläche (llms2) des ersten Glasschichtkörpers (11g) ; und Beaufschlagen (140) eines Drucks (p) auf die Anordnung der zueinander angeordneten Glasschichtkörper (11g,

12g) .

2. Herstellungsverfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (11g) und/oder der zweite (12g) Glasschichtkörper eine Glasfolie ist.

3. Herstellungsverfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (11g) und/oder der zweite (12g) Glasschichtkörper ein Glasschlauch ist.

4. Herstellungsverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (140) des Beaufschlagens des Drucks (p) ein uniaxiales Heißpressen erfolgt .

5. Herstellungsverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (140) des Beaufschlagens des Drucks (p) ein heißisostatatisches Pressen erfolgt .

6. Herstellungsverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen (120) der ersten Metallschicht (lim) mittels Siebdruck, Galvanisieren, Splittern, Aufdampfen und/oder in Sol -Gel -Technik erfolgt.

7 . Herstellungsverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufbringen (120) der ersten Metallschicht (11g) die erste Metallschicht (11g) in einem Randbereich (24) des ersten Glasschichtkörpers (11g) nicht aufgebracht wird, damit in dem Randbereich (24) ein Belagsrand (22) der ersten Metallschicht (lim) nach der Durchführung des Verfahrens (100) vollständig in Glas eingebettet

8. Herstellungsverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet, dass das Beaufschlagen (140) des Drucks (p) bei einer Temperatur nahe einer Transformati- onstemperatur (Tg) des Glases der Glasschichtkörper (11g, 12g) durchgeführt wird.

9. Herstellungsverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt (140) des Beaufschlagens des Drucks (p) auch ein Schritt (150) eines Temperns nahe der Transformationstemperatur (Tg) des Glases der Glasschichtkörper (11g, 12g) durchgeführt.

10. Bauteil (20) für eine Hochspannungsisolierung, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (20) umfasst:

einen ersten Glasschichtkörper (11g) ;

einen zweiten Glasschichtkörper (12g); und

eine zwischen dem ersten (11g) und dem zweiten (12g) Glasschichtkörper angeordnete erste Metallschicht (lim) , wobei eine erste Seite (llmsl) der ersten Metallschicht

(lim) mit dem ersten Glasschichtkörper (11g) diffusions- verschweißt ist und eine von der ersten Seite (llmsl) abgewandte zweite Seite (llms2) der ersten Metallschicht (lim) mit dem zweiten Glasschichtkörper (12g) diffusions- verschweißt ist.

Description:
Beschreibung

Herstellungsverfahren für einen Vielschichtverbund und Bauteil für eine Hochspannungsisolierung

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen Vielschichtverbund und ein Bauteil für eine HochspannungsIsolierung . Aus der Hochspannungstechnik sind gesteuerte Durchführungen bekannt. Hierbei wird mittels einer oder mehrerer leitender Schichten der Verlauf einer oder mehrerer Äquipotentialflächen entlang eines Hochspannungsleiters fixiert, um am Ende der Durchführung eine radiale Potentialdifferenz in Axial- richtung zu verteilen und somit Feldstärkespitzen am Ende der Durchführung zu verringern (vgl. Küchler, Hochspannungstechnik, ISBN 978-3-540-78412-8, Seite 100) .

Dahms, S. et al . , Estonian Journ. Eng., 2009, 15, 2, 131-142: "Substance-to-substance-joining of quartz glass" beschreibt ein Verfahren zum Diffusionsschweißen von Glas, das seit langem zur Fügung von Metall mit Metall genutzt wird. Diffusionsschweißen von Glas ermöglicht eine Fertigung von temperaturbeständigen, mechanisch stark belastbaren, vakuumdichten Verbünden. Mittels Anwendung von Druck und Hitze wird in den in Kontakt gebrachten Oberflächen eine Oberflächendiffusion und Materialreaktion bewirkt, die die in Kontakt gebrachten Teile zu einem Verbund fügt. In der Hochspannungstechnik werden Isolierstoffe mit hoher elektrischer Festigkeit benötigt, um elektrische Durchschläge zu vermeiden. Für viele Anwendungen werden außer einer hohen Durchschlagfestigkeit weitere Anforderungen an den Isolierstoff gestellt. Beispielsweise werden für den Einsatz in Röntgenröhren ausschließlich hochvakuumtaugliche Isolierstoffe verwendet, weil die Stoffe im Vakuum nicht ausgasen und die Qualität des Vakuums verringern dürfen. Außerdem wird von den Isolierstoffen eine thermische Stabilität bis 600 °C ge- fordert, um Schweiß- und Ausheizprozessen unbeeinträchtigt zu widerstehen, die während der Montage auftreten. Diesen Anforderungen werden nur anorganische Isolierstoffe wie Keramiken oder Gläser gerecht. Im Röntgenröhrenbau werden aktuell über- wiegend keramische Isolierstoffe verwendet.

Aktuell werden ungesteuerte Durchführungen aus keramischen Isolierstoffen eingesetzt. Hierbei werden komplexe Strukturen/Geometrien verwendet, um den Kriechweg an der Grenzfläche zu verlängern. In Verbindung mit vergleichsweise großen Abmessungen und komplexen Strukturen zur Kriechwegverlängerung sind elektrische Durchführungen aus diesen technologisch anspruchsvollen Werkstoffen aufwändig in der Herstellung und haben einen großen Raumbedarf.

Zur inneren Feldsteuerung kann eine äußere Besteuerung des elektrischen Feldes vorgesehen werden. Dabei werden metallische Potentialsteuerungen in Durchführungsnähe angebracht, um lokale Feldstärkemaxima zu homogenisieren. Dieses Verfahren dient der Optimierung des Feldverlaufes der Durchführung und benötigt zusätzlichen Bauraum, da die Hochspannungsisolierstrecken angepasst werden müssen und außerdem die Funktionalität der Röhre nicht beeinträchtigt werden darf. Insbesondere sollen elektrische Felder hinsichtlich ihrer Stärke und räumlichen Geometrie nicht verändert werden und die Funktion von Elektronengittern nicht beeinträchtigt werden .

Bei der Herstellung einer gesteuerten Durchführung müssen me- tallische Steuerbeläge mit zueinander definierten Abständen in diese anorganischen Stoffe eingebracht werden. Bisher existierten keine Isolierstoffe oder Prozesse, in denen metallische Steuerbeläge eingebracht werden können, die hochvakuumtauglich sind und den auftretenden Temperaturen und elektrischen Beanspruchungen in der Röntgenröhre standhalten können. Zur Realisierung des Materialverbunds sind Klebeverfahren zumindest aus heutiger Sicht noch ungeeignet, da sie obigen Anforderungen wie beispielsweise thermischer Stabiii- tat bis 600°C nicht gerecht werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Herstellungsverfahren für einen Vielschichtverbund bereitzu- stellen, bei dessen Verwendung Raumbedarf und/oder Herstellungskosten für Hochspannungsdurchführungen niedriger sind als bei Verwendung von bekannten Hochspannungsführungen .

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Herstellungsverfahren folgende Schritte umfasst:

Bereitstellen eines ersten Glasschichtkörpers;

Aufbringen einer ersten Metallschicht auf eine Oberfläche des ersten Glasschichtkörpers;

Anordnen eines zweiten Glasschichtkörpers auf der zumin- dest bereichsweise metallisierten Oberfläche der ersten

Glasschichtkörpers; und

Beaufschlagen eines Drucks auf die Anordnung der zueinander angeordneten Glasschichtkörper. Darüber hinaus umfasst ein erfindungsgemäßes Bauteil für eine Hochspannungsisolierung :

einen ersten Glasschichtkörper;

einen zweiten Glasschichtkörper; und

eine zwischen dem ersten und dem zweiten Glasschichtkör- per angeordnete erste Metallschicht, wobei eine erste

Seite der ersten Metallschicht mit dem ersten Glasschichtkörper diffusionsverschweißt ist und eine von der ersten Seite abgewandte zweite Seite der ersten Metallschicht mit dem zweiten Glasschichtkörper diffusionsver- schweißt ist.

Das Diffusionsschweißen kann beispielsweise in einem Heiß- press-Prozess realisiert werden, um die Diffusion bei erhöhten Temperaturen und Drücken zu verstärken. Zur Herstellung des Glas -Metall -Vielschichtverbunds werden hochisolierende Glasschichtkörper mit einer lokalen Oberflächen-Metallisierung (Metallfolie oder direkt aufgebrachten Metall-Schichten) bei Temperaturbehandlung nahe der Glas-Transformationstempe- ratur und bei entsprechender Druckkraftbeaufschlagung homogen und bündig gefügt. Die Fügung geschieht dabei nicht durch viskoses Fließen des Glases, sondern hauptsächlich durch thermisch intensivierte Diffusion an den Kontaktstellen. Die verwendeten Glaskörper bleiben dabei formstabil. Eine makroskopische Schwindung oder Deformation wird vollständig oder zumindest weitgehend vermieden. Durch diese Technik lassen sich homogen gefügte Glas-Metall-Verbundschichten realisieren. Bevorzugt sind hierfür Glasschichtkörper, die eine Schichtdicke zwischen 100 μιτι und 300 μιτι aufweisen. Die Metallschicht kann nach dem Aufbringen und/oder nach dem Beaufschlagen der Druckkraft eine Schichtdichte von beispielsweise zwischen 90 nm und 1200 nm aufweisen. Der Druck bei dem Beaufschlagen der Druckkraft kann beispielsweise zwischen 5 MPa und 20 MPa betragen. Eine Haltezeit des Beaufschlagens des Drucks kann beispielsweise zwischen 2 und 20 Stunden betragen. Eine oder mehrere der zwischen den Glasschichtkörpern angeordneten Metallschichten können als HochspannungsZuführung (Hochspannungsleiter) genutzt werden.

Um eine hohe Durchschlagsfestigkeit zu erreichen, können Glasschichtkörper aus Glas mit hoher Durchschlagfestigkeit verwendet werden. Vorzugsweise besteht mindestens einer der Glasschichtkörper aus einem Glas, das bei angelegter Wechsel- Spannung eine Durchschlagsfestigkeit von mindesten 10 kV/mm aufweist. Hierzu eignen sich beispielsweise alkalifreie Alu- minoborosilikat-Gläser AF 45 oder AF 32 der Schott AG. Diese Gläser zeigen bei angelegter Wechselspannung eine Durchschlagfestigkeit von bis zu 30 kV/mm bei einer Schichtdicke von 200 μπι.

In einer Ausführungsvariante des Herstellungsverfahrens ist der erste und/oder der zweite Glasschichtkörper eine Glasfolie. Durch Verwendung eines Glasschichtkörpers, der in Fo- lienform sehr flach ist, ist ein besonders raumsparender Aufbau der Hochspannungsisolierung möglich.

Für Hochspannungsdurchführungen kann auch von Vorteil sein, wenn der erste und/oder der zweite Glasschichtkörper ein Glasschlauch ist. Hierdurch ist ein zylindersymmetrischer, raumsparender Aufbau einer Hochspannungsdurchführung mit einer gut vorhersagbaren umfangswinkelunabhangigen Feldstärken- Verteilung möglich.

Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass im Schritt des Beaufschlagens des Drucks ein uniaxiales Heißpressen erfolgt . Durch uniaxiales Heißpressen kann ein planarer Glas -Metall - Vielschichtverbund realisiert werden, der als 'planarer Glas- Metall -Multilayer ' bezeichnet werden kann. Hierbei werden mehrere metallisierte Glasschichtkörper aufeinander gelegt und bei einer Temperatur nahe der Glas-Transformationstemperatur (die typischerweise bei etwa 720 °C liegt) uniaxial mit Druck beaufschlagt. So kann durch Wahl einer optimalen Pressdauer und eines optimalen Pressdrucks ein planerer Glas- Isolierkörper mit mehreren leitfähigen Steuerbelägen hergestellt werden. Eine weitere Ausführungsvariante sieht vor, dass im Schritt des Beaufschlagens des Drucks ein heißisostatatisches Pressen erfolgt. Beim heißisostatischen Pressen (HIP) in Schutzgas- Atmosphäre wird bei Temperaturen nahe der Glas -Transformationstemperatur allseitiger Druck auf das Werkstück aufge- bracht. Zur Fertigung eines konzentrischen Glas-Metall-Viel- schichtverbund-Rings (beispielsweise als gesteuerte Hochspannungsdurchführung für Röntgenröhren) werden mehrere metallisierte Glasschläuche zentrisch ineinander gelegt und mithilfe des heißisostatischen Pressverfahrens zusammengefügt. Die in- einandergesteckten metallisierten Glasschläuche werden also mittels eines thermisch intensivierten Diffusionsprozesses homogen miteinander gefügt. Der konzentrische Glas-Metall- Vielschichtverbund-Ring kann als 'zylindrischer Glas-Metall- Multilayer' bezeichnet werden. So kann durch Auswahl und An- wendung einer optimalen Pressdauer und eines optimalen Pressdrucks ein zylindersymmetrischer Glas - Isolierkörper mit mehreren leitfähigen Steuerbelägen und/oder spannungsführenden Belägen hergestellt werden. Das heißisostatische Pressen kann während des Schritts der Beaufschlagung des Drucks alternativ oder ergänzend auch zur Fertigung eines planaren Vielschicht - körpers angewendet werden. Vorteilhaft ist, wenn das Aufbringen der Metallschicht mittels Siebdruck, Galvanisieren, Sputtern, Aufdampfen und/oder in Sol -Gel -Technik erfolgt. Mit diesen Verfahren kann eine gute Haftung der Metallschicht an dem Glasschichtkörper erreicht werden.

Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass beim Aufbringen der ersten Metallschicht die erste Metallschicht in einem Randbereich des Glasschichtkörpers nicht aufgebracht wird, damit in dem Randbereich ein Belagsrand der ersten Metall - Schicht nach der Durchführung des Verfahrens vollständig in Glas eingebettet ist. So kann ein Belagsrand eines Steuerbelags mittels eines zusätzlichen Glasrands eingeschlossen werden, der nach dem Diffusionsverschweißen und/oder Verschmelzen des Randbereichs den Belagsrand hochspannungsfest und va- kuumdicht umschließt.

Es ist von Vorteil, wenn das Beaufschlagen des Drucks bei einer Temperatur nahe einer Transformationstemperatur des Glases der Glasschichtkörper durchgeführt wird. Bevorzugt ist, wenn eine Temperaturänderungsgeschwindigkeit nach dem Schritt des Anordnens des zweiten Glasschichtkörpers, insbesondere nach einem Beginn des Schritts des Beaufschlagens des Drucks, zwischen 1 K/min und 5 K/min beträgt. Durch langsames Aufheizen und Abkühlen wird ein Entstehen von thermischen Spannun- gen und somit die Gefahr einer Verformung oder eines Bruches verringert .

Besonders bevorzugt ist, wenn das Verfahren nach dem Schritt des Beaufschlagens des Drucks auch einen Schritt eines Tem- perns nahe der Transformationstemperatur des Glases der Glasschichtkörper umfasst. Dadurch können nach dem Schritt des Beaufschlagens des Drucks eventuell noch vorhandene restliche thermische Spannungen (thermische Restspannungen) in dem Vielschichtverbund, insbesondere in dessen Glasschichten, beseitigt werden.

Die Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:

FIG 1 Komponenten eines planaren Vielschichtverbunds in einer Explosionsdarstellung vor dem Schritt des Beaufschlagen eines Drucks auf die Anordnung der zueinan- der angeordneten Glasschichtkörper,

FIG 2 ein Ablaufdiagramm für ein Herstellungsverfahren für einen Vielschichtverbund, FIG 3 einen planaren Vielschichtverbund nach dem Schritt des Beaufschlagens eines Drucks auf die Anordnung der aufeinandergelegten GlasSchichtkörper,

FIG 4 Komponenten eines zylindrischen Vielschichtverbunds in einer Explosionsdarstellung vor dem Schritt des

Beaufschlagens eines Drucks auf die Anordnung der zueinander angeordneten Glasschichtkörper und

FIG 5 einen zylindrischen Vielschichtverbund nach dem

Schritt des Beaufschlagens eines Drucks auf die Anordnung der zueinander angeordneten Glasschichtkörper .

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.

Die Explosionsdarstellung der FIG 1 zeigt vier Glasschicht - körper 11g, 12g, 13g, 14g in Gestalt von Glasfolien. Die Glasfolien 11g, 12g, 13g, 14g bestehen aus Glas mit einer hohen Durchschlagfestigkeit, beispielsweise aus einem alkalifreien Aluminoborosilikat-Glas (beispielsweise aus AF 45 oder AF 32 der Schott AG, Mainz) . Solche Gläser haben bei angeleg- ter Wechselspannung und einer Schichtdicke von 200 μιτι eine Durchschlagfestigkeit von bis zu 30 kV/mm. Außerdem umfasst das Ausführungsbeispiel einen metallischen Leiter 12m und zwei Metallschichten lim, 13m, die als Steuerbeläge vorgese- hen sind.

Die FIG 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens 100 für einen Vielschichtverbund 20 (siehe FIG 3), der die in FIG 1 dargestellten Komponenten umfasst. Zur Vorberei- tung der in FIG 1 dargestellten Anordnung, werden in einem ersten Schritt 110 die Glasfolien 11g, 12g, 13g, 14g bereitgestellt. Als Isolierstoff können kreisrunde, dünne Glasfolien mit einer Dicke von beispielsweise 200 μιτι verwendet werden. Die Glasfolien haben einen Durchmesser d von beispiels- weise 100 mm. Die Glasfolien 11g, 12g, 13g, 14g werden für 15 min in einem Ultraschallbad in einer Reinigungslösung gereinigt. Die Reinigungslösung kann zu gleichen Teilen aus

Isopropanol und Aceton bestehen. In einem zweiten Schritt 120 wird sowohl ein Oberflächenbereich der ersten Glasfolie 11g als auch ein Oberflächenbereich der dritten Glasfolie 13g mit jeweils einem Metall oder einer Metalllegierung beschichtet. Die daraus entstehende Metallschicht lim, 13m ist beispielsweise zwischen 100 nm und 1 μιτι dick. Das Aufbringen der Metallschichten lim, 13m erfolgt vorzugsweise mittels Sputtern. Dabei wird auf die Glasfolien 11g, 13g eine Legierung aus 95 Gewichtsprozenten Wolfram und 5 Gewichtsprozenten Titan aufgetragen. Diese Legierung ist hochschmelzend und dementsprechend für den Einsatz unter er- höhten Temperaturen geeignet. Zum anderen ist die Zusammensetzung der Legierung derart, dass sie einen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist, der sich von einem Temperaturausdehnungskoeffizienten des verwendeten Glases prozentual nur geringfügig unterscheidet. Dadurch werden thermische Spannungen minimiert. Um eine gute Haftung des Metalls auf der Glasfolie zu erzielen, können zum Auftragen des Metalls oder der Metalllegierung auch Verfahren wie Siebdruck, Galvanisieren, Aufdampfen oder Sol-Gel angewendet werden. In einem dritten Schritt 130 werden die Glasfolien 11g, 12g, 13g, 14g in etwa flächenparallel zueinander angeordnet, wobei zwischen der zweiten 12g und der dritten 13g Glasfolie als metallischer Leiter eine Folie 12m aus einem Metall oder einer Metalllegierung eingelegt wird. Danach wird die Anordnung in eine Pressmatrize gleicher Größe gelegt. Um ein Anhaften an das Presswerkzeug zu verhindern, werden zwischen Stempel und Gläsern sowie zwischen Stempel und Matrize, also entlang einer inneren Mantelfläche, Molybdänfolien gelegt (die in den Figuren nicht dargestellt sind) .

In einem vierten Schritt 140 wird diese Anordnung in eine uni-axiale Heißpresse eingesetzt. Langsames Aufheizen und Ab- kühlen mit jeweils 1 K/min bis 5 K/mim minimieren das Auftreten thermischer Spannungen und somit eine Deformationsund/oder Bruchgefahr. Bei Temperaturen nahe der Glas -Trans - formationstemperatur Tg wird ein Druck p (Druckkraft pro Fläche) beaufschlagt. Die Glas -Transformationstemperatur Tg be- trägt beispielsweise zwischen 700 °C bis 750 °C, typischerweise ca. 720 °C. Die Qualität der Fügung hängt stark von Stärke und zeitlichem Verlauf der drei Parameter Temperaturniveau, Haltezeit und Druck p ab. Der Druck p kann beispielsweise zwischen 5 MPa und 20 MPa variieren und die Haltezeit zwischen 2 Stunden und 20 Stunden. Durch das Aufeinanderlegen von mehreren (zumindest teilweise metallisierten) Glasfolien 11g, 12g, 13g, 14g und das uniaxiale Heißpressen bei einer Temperatur nahe der Glas -Transformationstemperatur Tg (von typischerweise 720 °C) entsteht ein planarer Glas-Metall- Vielschichtverbund 20. So kann optimalem zeitlichen Verlauf der Prozessparameter (wie Temperaturniveau, Haltezeit, Druckkraft) ein monolithischer Glas -Metall -Verbund 30 mit mehreren leitfähigen Steuerbelägen lim, 13m und mit oder ohne einem eingebetteten Hochspannungsleiter 12m hergestellt werden. Mittels der Druck- und Temperatureinwirkung werden beispielsweise eine Oberfläche des ersten Glasschichtkörpers 11g mit einer ersten Oberfläche llmsl der ersten Metallschicht lim und eine Oberfläche des zweiten Glasschichtkörpers 12g mit einer zweiten Oberfläche llms2 der ersten Metallschicht lim diffusionsverschweißt . Die anhand der Figuren beschriebenen Schichtenabfolgen sind nur exemplarisch. Abhängig vom Verwendungszweck können in der Abfolge beispielsweise auch mehrere Glasschichten oder mehrere Metallschichten direkt miteinander diffusionsverschweißt werden.

In einem fünften Schritt 150 wird der Glas -Metall -Verbund 20 im Ofen getempert (beispielsweise für 30 Minuten bei 700 °C bis 720 °C) , um nach dem Heißpress - Prozess in dem Glas- Metall -Verbund 20, insbesondere in dessen Glasschichten, eventuell noch vorhandene restliche thermischen Spannungen zu beseitigen . Die FIG 3 zeigt einen Vielschichtverbund 20 nach dem Schritt des Beaufschlagens eines Drucks p auf die Anordnung der aufeinandergelegten Glasfolien 11g, 12g, 13g, 14g. Die Belagsränder 22 sind vollständig in Glas eingebettet, weil vor dem Zusammenpressen ein zusätzlicher Folienrand 24 neben den Me- tallschichten lim, 13m (Metallisierungen) freigelassen wurde. Dies gilt natürlich nicht auf den Stirnseiten von eingelegten Metallisierungen oder Metallfolien 12m, die als Hochspannungszuführung (Hochspannungsleiter) vorgesehen sind. Die FIG 4 zeigt Komponenten eines zylindrischen Vielschicht- verbunds 20 in einer Explosionsdarstellung vor Beaufschlagen 140 eines Drucks p auf die Anordnung der zueinander angeordneten zylindrischen Glasschichtkörper 11g, 12g. Hierbei wird vorzugsweise ein heißisostatisches Pressverfahren angewendet werden. Durch heißisostatisches Pressen (HIP) in Schutzgas- Atmosphäre wird bei Temperaturen nahe der Glas -Transformationstemperatur Tg allseitiger Druck auf das Werkstück aufgebracht. Zur Fertigung eines konzentrischen Glas-Metall-Viel- schichtverbund-Rings 20 (beispielsweise als gesteuerte Hoch- spannungsdurchführung für Röntgenröhren) werden mehrere Glas- ringe 11g, 12g, die zumindest teilweise metallisiert sind, zentrisch ineinander angeordnet und mithilfe des heißisosta- tischen Verfahrens zusammengefügt. Durch einen thermisch in- tensivierten Diffusionsprozess werden die metallisierten Glasringen 11g, 12g homogen miteinander gefügt. Die zylindrischen Glasschichtkörper 11g, 12g können Schlauchabschnitte aus Glas sein.

Die FIG 5 zeigt den zylindrischen Vielschichtverbund 20 nach dem Schritt 140 des Beaufschlagens eines Drucks p auf die Anordnung der zueinander angeordneten zylindrischen Glas- schichtkörper 11g, 12g.

Sowohl der mittels des uni-axialen als auch der mittels des heißisostatischen Pressverfahrens hergestellte Vielschichtverbund 20 kann hochvakuumtauglich sein und Temperaturen bis 600°C standhalten. In dem mittels Diffusionsschweißen zusam- mengeschweißten Glaskörper 20 können kapazitiv gekoppelte Steuerbeläge lim, 13m eingebettelt sein. Eine vollständige Einbettung der Belagsränder 22 der Steuerbeläge lim, 13m kann durch Randbereiche 24 realisiert sein, die von Metallisierung freigelassen bleiben und nach dem Diffusionsverschweißen oder einem Verschmelzen der freigelassenen Randbereiche 24 die Belagsränder 22 hochspannungsfest und vakuumdicht umschließen.

Ein Hochspannungsisolator aus einem Glas -Metall -Vielschicht - verbünd 20 kann sich bei geeigneter Dimensionierung/Auslegung durch folgende Vorteile auszeichnen: hohe Vakuumdichtigkeit, hohe thermische Stabilität bis 600°C, hohe Durchschlagfestigkeit im Inneren und durch gesteuerte elektrische Randfelder.

Die Anwendung des Diffusionsschweißens zur Herstellung von Glas-Metall-Fügungen bringt viele Vorteile mit sich. Die hohe Güte der Fügezone, die thermische Stabilität, die mechanische Festigkeit und die Vakuumfestigkeit machen das Verfahren sehr geeignet, um hohen Anforderungen an Werkstücke zur Hochspannungsisolation gerecht zu werden.

Insbesondere für die Anwendung in den Röntgenröhren ergibt sich aufgrund der kompakten Bauweise folgender weiterer Vorteil. Durch innere Steuerbeschläge lim, 13m kann eine elekt- rische Festigkeit der Durchführung 20 insgesamt erhöht werden. Dadurch sind für die Durchführung deutlich kleinere Durchmesser als bei bekannten Durchführungen realisierbar. Neben einer Einsparung an Bauraum kann infolge eines gleich- förmigeren (vorzugsweise linearen) Potentialabbaus eine Wahrscheinlichkeit von Entladungseffekten an Grenzschichten verringert werden. Somit kann durch die gesteuerte Durchführung ein zuverlässigerer Betrieb auf kleinerem Bauraum realisiert werden .

Entscheidend für die Realisierung dieser Vielschichtverbünde 20 ist der Herstellungsprozess , um metallische Beläge lim, 13m mit Glas zusammenzufügen. Für deren Anwendung als Isolator im Hochspannungsbereich ist die Qualität der Fügung, also die Homogenität und das Auftreten von Blasen, Rissen und anderen Materialfehlern maßgeblich für die Durchschlagfestigkeit. Zur Herstellung hat sich als vorteilhaft erwiesen, die metallisierten Glasscheiben 11g, 12g, 13g, 14g beziehungsweise Ringe 11g, 12g, 13g, 14g in einem Heißpressprozess zusam- menzufügen.

Der Vielschichtverbund 20 wird hergestellt, indem bei entsprechender Temperatur nahe der Glas -Transformationstemperatur Tg ein Druck p beaufschlagt wird. Durch den Druck p (Druckkraft pro Fläche) wird ein Zwangskontakt der angrenzenden Oberflächen erzeugt. Es kommt zu thermisch aktivierter Oberflächendiffusion und Materialwechselwirkung. Zwecks Reduzierung der Oberflächenenergie ist der Prozess der Fügung energetisch bevorzugt. An Keimen bildet sich eine Füge- Schicht, die sich via Inselwachstum ausbreitet. Im Verlauf einer entsprechenden Verweildauer bildet sich durch einen diffusionsgesteuerten Prozess ein homogen gefügter Glas- Metall -Verbund 20. Vorangehend wurde beschrieben, wie Diffusionsschweißen (dif- fusion bonding) zur Herstellung von Glas -Metall -Vielschicht - verbünden als Hochspannungsisolator genutzt werden kann. Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Diffusionsschweißen in einem Heißpress-Prozess angewendet wird, um die Diffusion durch Anwendung von erhöhten Temperaturen und Drücken zu verstärken. Zur Herstellung von Glas -Metall -Vielschichtverbünden werden hochisolierende Glasfolien mit einer lokalen Ober- flächen-Metallisierung (Metallfolie 12m oder direkt aufgebrachte Metall-Schichten lim, 13m) unter Beaufschlagung von Druck p bei Temperaturen nahe der Glas-Transformationstemperatur Tg homogen und bündig gefügt. Die Fügung geschieht dabei nicht primär durch viskoses Fließen des Glases, sondern hauptsächlich durch thermisch intensivierte Diffusion an den Kontaktflächen. Dabei bleiben die eingesetzten Gläser formstabil. Es kommt zu keiner makroskopischen Schwindung oder Deformation. Durch diese Technik lassen sich homogen gefügte Glas -Metall -Verbundschichten realisieren .

Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, dass die Anordnung, die mit dem Druck beaufschlagt wird, mindestens zwei Glasschichtkörper umfasst, auf deren Oberfläche jeweils eine Metallschicht aufgebracht ist. Steuerbeläge können in Gestalt einer dünnen Metallisierung der Glasschichtkörper ausgeführt werden, wobei der einzelne Steuerbelag eine Schichtdicke zwischen beispielsweise 100 nm und 1 μιτι aufweist. Durch die inneren Steuerbeschläge wird die elektrische Festigkeit der Durchführung insgesamt erhöht. Dadurch sind deutlich kleinere Durchmesser realisierbar. Dies ist insbesondere für die Anwendung in Röntgenröhren von Vorteil. Neben der Einsparung an Bauraum kann infolge eines linearen Potentialabbaus eine Verringerung einer Wahrscheinlichkeit von Entladungseffekten an der Grenzschicht zwischen dem Metallleiter und dem isolieren- den Material (hier dem Glas) erreicht werden. Somit kann mittels einer gesteuerten Durchführung auf kleinerem Bauraum ein zuverlässigerer Betrieb als mit bekannten Hochspannungsdurchführungen realisiert werden.