Reaktiv-Multischicht-Systeme

Anwendungen

Reaktive Nanometermultischichten: Maßgeschneiderte Wärmequellen für spannungsarmes Fügen

Fügung eines Si-Wafers mit Marcor Glaskeramik unter Anwendung von Reaktivmultischichten
© Fraunhofer IWS Dresden
Fügung eines Si-Wafers mit Marcor Glaskeramik unter Anwendung von Reaktivmultischichten
Reaktiv gefügte Materialkombinationen; oben: Glas-Stahl, unten: Stahl-Titan, Messing-Titan, Messing-Aluminium, Messing-Kupfer, Aluminium-Kupfer (v. l. n. r)
© Fraunhofer IWS Dresden
Reaktiv gefügte Materialkombinationen; oben: Glas-Stahl, unten: Stahl-Titan, Messing-Titan, Messing-Aluminium, Messing-Kupfer, Aluminium-Kupfer (v. l. n. r)
Reaktiv gefügtes Hutprofil aus kohlefaserverstärktem Polyetherimid
© Fraunhofer IWS Dresden
Reaktiv gefügtes Hutprofil aus kohlefaserverstärktem Polyetherimid

Fügen von Metallen und Keramiken

Die Anwendung der Reaktivfolie zum Fügen ist bisher für das Weichlöten folgender Materialkombinationen demonstriert worden: Messing-Messing, Keramik-Silizium, Invar-Silizium, Silizium-Silizium, Keramik-Edelstahl, Aluminium-Kupfer, Aluminium-Stahl, Stahl-Hartmetall. Die notwendigen Lote mit Schmelztemperaturen im Bereich von 200 - 300 °C wurden wahlweise auf die Folie oder auf die Bauteile aufgebracht.

Eine wesentliche Weiterentwicklung der reaktiven Fügetechnik wurde durch die Verdopplung der von den Reaktivfolien bereit gestellten Energiemenge erzielt. Somit können nunmehr auch Lote mit Schmelztemperaturen bis knapp oberhalb von 700 °C (z.B. Incusil ABA (Wesgo), AlSi10) genutzt werden. Dies erlaubt das Fügen von Bauteilen, die im Einsatzfall einer hohen Temperaturbelastung unterliegen. Darüber hinaus lassen sich mit derartigen Loten auch die Festigkeiten der Verbindungen verbessern.


Fügen von Polymeren

Innerhalb kürzester Zeit konnten zudem bemerkenswerte Resultate beim Fügen von Polymeren (Kunststoffe, Plastik) mit Reaktivfolien erzielt werden. Hier dient die von den Folien bereit gestellte Energie dazu, die Oberflächen der Polymere direkt aufzuschmelzen, sodass anschließend ein Verschweißen der Polymerbauteile erfolgt. Dass sich die von den Folien gelieferte Wärmemenge präzise durch deren Nanoschichtaufbau steuern lässt, wirkt sich bei diesem Anwendungsfall besonders vorteilhaft aus. So kann einerseits ein Verbrennen der Polymere vermieden und andererseits eine definierte Flüssigphase erzeugt werden.


Ausblick

Ziel kommender Arbeiten ist es, auch Lote mit Schmelztemperaturen oberhalb von 1000 °C nutzbar zu machen. Damit würde insbesondere für das Fügen von Keramiken ein sehr interessanter Temperaturbereich erreicht.