Experimentelle Untersuchungen zur Identifikation einer Lotlegierung auf Cu-Basis zum Hartlöten mit Schmelztemperaturen unter 800°C

Abstract

Die Kombination von unterschiedlichen Materialien mit deutlich voneinander abweichenden physikalischen Eigenschaften, wie Metall-Metall (z. B. Stahl-Aluminium), Metall-Keramik oder Metall-Glas, kann Verbessungen in bestehenden Anwendungen ermöglichen oder sogar vollkommen neue Einsatzgebiete erschließen. Ein wichtiges Verfahren zur Herstellung solcher Verbindungen ist das Hartlöten. Diese Technik ermöglicht stoffschlüssige, widerstandsfähige Fügeverbindungen zwischen verschiedenen Grundmaterialien ohne deren Eigenschaften nennenswert zu beeinträchtigen. Innerhalb des Legierungssystems Ag-Cu-Zn-Sn wurde über die Jahre eine Reihe von Lotlegierungen entwickelt, welche heute kommerziell zum Fügen verschiedenster Materialien verwendet werden und deren Eigenschaften bereits intensiv untersucht worden sind. Wesentliche Verbesserungen hinsichtlich Schmelztemperatur, Benetzung- bzw. Fließverhalten oder mechanischer Eigenschaften dieser Legierungen sind innerhalb des quaternären Ag-Cu-Zn-Sn-Systems nicht mehr möglich. In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Legierungssysteme mit zu herkömmlichen Ag-Cu-Zn-Sn-Legierungen vergleichbaren Eigenschaften hinsichtlich ihrer Phasenbildung untersucht und bewertet, inwieweit sich diese als Alternative zu standardisierten Hartloten eignen. Es werden Cu-Basislegierungen sowohl mit als auch ohne Ag hergestellt und die Auswirkung zusätzlicher Legierungselemente, insbesondere Lithium, auf Gefüge und Eigenschaften wie Schmelztemperatur, Verformbarkeit und Fließverhalten untersucht. Mit dem Ziel, die Entwicklungszeit zu verkürzen, werden für die Untersuchung der Cu-reichen Ecke des Cu-Ga-Sn-Systems Methoden der gerichteten Erstarrung genutzt. So können mit Hilfe von Temperaturgradienten hergestellten Proben in einem großen Zusammensetzungsbereich hinsichtlich des vorliegenden Gefüges, der Härte und des Schmelzbereiches untersucht werden. Zusätzlich werden mit Hilfe der CALPHAD-Methode Solidus- und Liquidusprojektionen optimiert