Glas-Metall-Verbindungen für hermetische Dichtungen

Glas-Metall-Dichtungen werden in vielen technologischen Bereichen wie der Luft- und Raumfahrttechnik, der Batterietechnik und der Medizintechnik benötigt. Die mechanische Festigkeit und die Qualität der Abdichtung sind die wichtigsten Eigenschaften, die die Leistung einer Glas-Metall-Verbindung bestimmen. Für Anwendungen in der Medizintechnik müssen das Glasmaterial und die Metalllegierung biokompatibel sein.

Implantierbare elektronische Geräte wie z. B. Herzschrittmacher werden eingekapselt, um den menschlichen Körper vor potenziell schädlichen Substanzen zu schützen. Titanlegierungen verbinden mechanische Festigkeit mit Biokompatibilität und sind das Material der Wahl für die meisten medizinischen Implantate mit elektronischen Systemen. Diese können mit einem optischen Fenster für die optische Datenkommunikation mit einem außerhalb des Körpers befindlichen Kontrollsystem ausgestattet sein. Weitere mögliche Anwendungen für optische Fenster sind optische Diagnosesysteme. Gläser auf Siliziumdioxidbasis erfüllen die Anforderungen an mechanische Festigkeit, Biokompatibilität und optische Übertragung. Die hermetische Abdichtung zwischen dem Titangehäuse und dem Glasfenster ist der entscheidende Teil des Verkapselungssystems.

Das Verkleben von Glas und Metall ist eine sehr alte Technologie, die sich bis in die Zeit der alten Ägypter zurückverfolgen lässt, wo dekorative Glasbeschichtungen auf Metalloberflächen hergestellt wurden. Die für diese Beschichtungen angewandte Technologie basiert auf dem Schmelzen von Glas und der Benetzung der Metalloberfläche, ein Prozess, der später als Emaillieren bezeichnet wurde. Diese Art von Herstellungsverfahren, bei dem das Glas bei hohen Temperaturen geschmolzen wird, so dass es die Metalloberfläche benetzen kann, ist für die meisten industriellen Anwendungen wie Glühbirnen oder emailliertes Kochgeschirr üblich.

Im Gegensatz zum klassischen Glasschmelzverfahren wurden andere Klebeverfahren mit niedrigen Prozesstemperaturen eingeführt. Beim anodischen Kleben bleibt das Glas in seinem festen Zustand, und die Glas-Metall-Grenzfläche wird durch statische elektrische Felder erzeugt, eine Technologie, die für mikrofluidische Anwendungen verwendet wird. 

In diesem Projekt wird eine alternative Glas-Metall-Verbindungstechnologie untersucht, deren Prozesstemperaturen zwischen den klassischen Schmelztechnologien und den Niedertemperatur-Verbindungstechnologien liegen. Die bei mittleren Temperaturen entstehende Grenzfläche ermöglicht es, Glas durch Druckkräfte zu formen. Die Bestimmung des Einflusses der relevanten Prozessparameter auf die Qualität der Glas-Metall-Verbindung ist Ziel der Untersuchungen.