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DFG TI 343/147-1 - In situ Untersuchung der Porenentwicklung beim reaktiven Löten von Aluminiumoxidkeramik an Luft

Ziel des Forschungsvorhabens ist die fundamentale Aufklärung der Vorgänge, die bei RAB-Lötverbunden zu porösen Defekten innerhalb der Lötnähte führen. Durch die gewonnenen Erkenntnisse wird eine Reduktion der Porosität beim RAB-Löten angestrebt. Diesbezüglich wird erstmalig die Hochgeschwindigkeits-Röntgendurchstrahlungstechnik als Untersuchungsmethode für in situ-Analysen des Materialflusses in Hochtemperatur-Lötanwendungen eingesetzt. Dazu wird zu Beginn die vorhandene Röntgendurchstrahlungsanlage an die Erfordernisse des Hochtemperaturlötens angepasst. Mit dieser neuen Untersuchungsmethode werden die jeweils stattfindenden temperaturabhängigen Vorgänge durch zerstörungsfreie in situ-Beobachtungen der Fließbewegungen im Lötspalt identifiziert, ohne den Einschränkungen lichtoptischer Untersuchungsmethoden zu unterliegen. Durch die Hochgeschwindigkeits-Röntgendurchstrahlung können zudem Grenzflächen analysiert werden, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten während des Lötvorgangs benetzt wurden. Die so identifizierten unterschiedlichen Bereiche werden selektiv für metallographische Analysen und Festigkeitsuntersuchungen entnommen, wodurch die Zusammenhänge zwischen lokal unterschiedlichen Porenstrukturen, Reaktionsschichten, Gefügestrukturen und resultierenden Festigkeiten mit der Materialdynamik während des Lötvorgangs korreliert werden können. Neben der in situ-Untersuchung der Materialbewegung im Lötspalt, bietet die Hochgeschwindigkeits-Röntgendurchstrahlung auch Möglichkeiten Benetzungsversuche in bisher nicht da gewesener Qualität zu analysieren. Die zeitlich hoch aufgelöste Beobachtung offener Benetzungsproben in Seitenansicht lässt eine genaue Bestimmung des Benetzungswinkels bei beliebigen Temperaturen und Haltezeiten zu. Probleme der Tiefenschärfe, wie sie aus der optischen Hot-Stage-Mikroskopie entstehen, treten hier nicht auf. Durch die Kombination aus Untersuchungen der Ausbreitungsgeschwindigkeiten in offenen Benetzungsversuchen, in Lötspalten unterschiedlicher Breite und bei unterschiedlichen Temperaturen, wird der Einfluss der Benetzbarkeit, der Löttemperatur und der Spaltbreite auf die Ausbreitungsgeschwindigkeit, Porengröße und Porendichte ermittelt. Diese Erkenntnisse führen zu einem verbesserten Verständnis der Entwicklung poröser Defekte in RAB-gelöteten Keramikverbunden. Durch die in situ Beobachtung der Porenbildung sind grundlegend neue Erkenntnisse über deren Verhalten in Abhängigkeit der Einflussgrößen zu erwarten, die aufgrund einer fehlenden Anlagentechnologie bislang nicht in situ beim Hartlöten analysiert werden konnte. Eine Überführung der gewonnenen Erfahrungen auch auf andere Lötprozesse und Werkstoffgruppen kann zur einer Erhöhung der Dichtigkeit und Lebensdauer RAB gelöteter Bauteile beitragen.