Published on 4/14/2017
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Vakuumlöten: der Leitfaden zur perfekt gelöteten Verbindungen

Vakuumlöten: der Leitfaden zur perfekt gelöteten Verbindungen

Wir wissen, dass sich selbst eine fachgerecht angelegte Verbindung als mangelhaft herausstellen kann, wenn das Löten nicht korrekt ausgeführt wurde. Erfolgreiches Vakuumlöten hängt von der richtigen Technik, den richtigen Materialien und von der Fähigkeit des Ofens ab, den Lötzyklus ständig zu steuern.

In diesem Artikel möchte ich die grundlegenden Schritte besprechen, die beim fachgerechten Löten zu beachten sind. Dabei werde ich auf ziemlich viele Details eingehen, um möglichst viele nützliche Informationen bereitzustellen. Damit Sie gut nachvollziehen können, wie man eine perfekte Lötung erzielt, möchte ich Ihnen genau erklären, wie das Vakuumlöten funktioniert, welche Vorteile das Löten in einem Vakuumofen hat und welche wichtigen Funktionen Vakuumlötöfen bieten.

Wie das Vakuumlöten funktioniert

Das Hartlöten ist eine Methode zum Verbinden von zwei oder mehr Metallen durch das Schmelzen eines Füllermetalls oder des Hartlots.

Wenn bei Verfahren in einem Vakuumofen Legierungen statt Reinmetalle verwendet werden, gibt es keine Lötpaste. Daher braucht die Schlacke nicht durch mechanische Methoden entfernt werden, und wir erhalten eine saubere Lötnaht. Die Legierung darf keine Elemente enthalten, die sublimieren oder verdampfen können, da sonst die gewünschten Verbindungseigenschaften nicht erzielt werden können, und der Ofen könnte kontaminiert werden.

Im Allgemeinen verschmelzen Legierungen bei einer genau bestimmten Temperatur nicht zusammen, so wie es bei Reinmetallen der Fall ist, sondern innerhalb eines Bereiches. Wenn möglich, sollten daher eutektische Legierungen verwendet werden. Diese haben ein den Reinmetallen vergleichbares Verhalten, wobei die festen und flüssigen Elemente nur bei der eutektischen Temperatur nebeneinander existieren.

Es steht eine bedeutende Anzahl von Füllermetallen zum Vakuumlöten zur Verfügung. Bei einigen Legierungen, im Allgemeinen mit hoher Temperaturanwendbarkeit, besteht in vielen Fällen die Situation des Vorhandenseins der festen und flüssigen Phase bei derselben Temperatur, bestehend aus mehr als zwei Metallformen. Andere Legierungen, die üblicherweise in Vakuumöfen verwendet werden, zeigen jedoch eine breite mittlere „fest-flüssige“ Phase bei einem Temperaturanstieg zwischen den zwei wichtigen Phasen. In diesem Fall steigt die Dauer für eine vollständige Verschmelzung, weil diese bei einer höheren Temperatur stattfindet, welches die Temperatur für das Lötverfahren sein wird.

Welche Vorteile das Löten in einem Vakuumofen bietet

Der Vakuumofen kann sicherstellen, dass die Schmelztemperatur mit extremer Präzision erreicht wird, ohne darüber hinauszuschießen. Zudem können in Vakuumöfen die Probleme der Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit des Lots selbst vernachlässigt werden.

Damit die Lötung erfolgreich ist, muss der Füller bei seiner eigenen spezifischen Schmelztemperatur schmelzen (ob in Form einer Paste oder als Metalldraht bzw. -band), und nicht bei einer höheren Temperatur. Damit wird hauptsächlich vermieden, dass die Flüssigkeit eine Temperatur erreicht, bei der die Oberflächenspannung geringer sein würde. Denn dadurch würde eine größere Oberfläche benetzt, was zu einer nicht korrekten Füllung der daraus entstehenden Verbindung führen würde. Die Flüssigkeit muss präzise innerhalb der Verbindungsvertiefung zwischen den Metallen verteilt werden, um eine Zwischenschicht zu bilden.

Der Kapillareffekt stellt sicher, dass das Lot in seinem flüssigen Zustand in die Verbindungsflächen eindringt. Diese werden durch eine mechanische Bearbeitung gebildet, genau an den Stellen, wo die Verbindung erforderlich ist. Die mechanische Bearbeitung ist notwendig, um die richtigen Toleranzen in den Elementen der Verbindung zu erzielen, wobei die genauen Bettmaße für die Verbindung bestimmt werden müssen. Die Lücke muss angelegt werden, um zu restriktive Toleranzen zu vermeiden, denn in diesem Fall könnte es schwierig werden, die Verbindung zu befüllen. Und am anderen Ende des Spektrums würde eine schwache Verbindung zu einer zu großen Toleranz führen, möglicherweise mit Lücken und/oder Porosität. Das Lot wird bei Benetzbarkeitstemperatur in die zusammenzufügenden Oberflächen eingezogen, entgegen der Schwerkraft.

Es wird ein Lot mit einer Schmelztemperatur weit über der Schmelztemperatur der zu verbindenden Metalle benötigt, gleichzeitig jedoch mit geeigneten mechanischen Eigenschaften für die Verbindung. Um eine perfekt gelötete Verbindung zu erzielen, müssen die Verbindungsflächen sauber sein, ohne Spuren von Verarbeitungsölen oder Schmiermitteln, um eine gute Benetzbarkeit zu haben.

In einem Vakuumofen ist das Löten ganz einfach. Aufgrund der Natur des Vakuums wird die Hitze gleichmäßig verteilt, was eine ebenfalls gleichmäßige und einheitliche Teileproduktion ermöglicht. Schauen wir uns nun die spezifischen Funktionen von Vakuumöfen zum Löten genauer an.

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Vakuumlötöfen: die wichtigsten Funktionen

Der Vakuumofen ist wegen seiner hohen Gleichmäßigkeit im Glühraum der gesamten Temperaturkurve das ideale System zum Ausführen identischer Heizzyklen für eine hohe Anzahl an Beladungen sowie für das kontinuierliche Löten von größeren Werkstücken. Darüber hinaus kann man mit Vakuumöfen den gleichen Zyklus präzise wiederholen. Die Werkstücke können erkannt werden, da sie über einen Barcode, der mit dem Zyklusprogramm verbunden ist, geladen werden. Jedes Werkstück kann daher mit seinem eigenen Heizzyklus verbunden werden.

Die Schmelztemperatur des Füllers, bei der der Vakuumofen arbeitet, ist im Allgemeinen eine höhere Temperatur als die Temperatur, bei der die Form oxidiert. Demzufolge verlieren selbst oxidierte Werkstücke im Vakuum die Oxidschicht, bevor der Füller die Schmelztemperatur erreicht.

Der Vakuumofen muss gereinigt worden sein. Das bedeutet, es dürfen keine Kontaminanten auf der Ladung verbleiben.

Vakuumöfen für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Partikelphysik und metallurgischem Forschung im Allgemeinen, sind ein komplexes und kompliziertes System, hergestellt aus einer metallischen Thermokammer, Trockenpumpen und den Behälterkonstruktionskriterien, die für einen Ultrahochvakuumofen charakteristisch sind. Der Ofen entspricht den NADCAP-Anforderungen, während die Software zum Zyklusprogrammieren automatische Zyklen mit hoher Präzision ermöglicht.

  • Die Metallkammer, in der sich der Glühraum befindet, ist aus mehreren Metallschichten hergestellt, reflektierende Schilder aus Molybdän/Lanthan für die Innenschilder, die Zwischenschilder aus Molybdän und die Außenschilder in NiRo. Der Grad der Reinigung im Vakuumumfeld, die von der Spezifikation erfordert wird, wird erzielt, indem bei der Konstruktion der Thermokammer der Gebrauch von Paneelen aus isolierendem Material vermieden wird, wie zum Beispiel Aluminiumfaser oder Graphitschwamm, Materialien, die in der Lage sind, Feuchtigkeit und schlechtere Öldämpfe einzuspeichern.
  • Der Vakuumbehälter, vollständig aus rostfreiem Stahl hergestellt, wird vor der Montage innen ultraschallgereinigt und anschließend einem Dichtigkeitstest mit einem Helium-Leckanzeiger unterzogen. Die Komponenten sind alle Ultrahochvakuum-Metall- oder Vitondichtungen.
  • Das Pumpensystem sieht nicht den Gebrauch von geschmierten Pumpen vor. Stattdessen kommt eine primäre Trockenpumpe zum Einsatz. Die Roots-Pumpe (Nocken-Boosterpumpe) ist eine herkömmliche Pumpe, bei der die Dichtung gemäß den Toleranzen zwischen den Nocken und dem Stator angebracht ist. Die Ultrahochvakuumpumpe kann eine Turbomolekularpumpe oder eine Kryopumpe sein. Öldampfdiffusionspumpen können jedoch auch verwendet werden, falls eine Kryofalle mit flüssigem Sauerstoff oder ein zweiphasiges Polycold-System installiert ist. Beide Systeme sind in der Lage, die kondensierbaren Dämpfe abzuziehen und die Rückstreuung von Öldämpfen zu verhindern.

Wie wir gesehen haben, ist das Löten im Vakuumofen ganz einfach. Man kann perfekt gelötete Verbindungen erzielen, ohne dass eine zweite Bearbeitung oder eine Endbearbeitung notwendig wären. Möchten Sie mehr über das Lösen Ihrer Probleme beim Löten erfahren? Für Fragen stehe ich Ihnen sehr gerne zur Verfügung, damit auch Sie bald perfekte Lötergebnisse erzielen können.

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