Vacuum Technology Book, Volume II

3.3.1.2 Löten, Verschmelzen und Metallisieren

Neben dem Schweißen setzt man auch das Lötverfahren zum Verbinden von Metallen ein. In der Vakuumtechnik kommen fast ausschließlich Hartlotverbindungen mit Löttemperaturen oberhalb von 600 °C zum Einsatz. Um beim Löten auf stark korrosive Flussmittel mit hohem Dampfdruck verzichten zu können und um oxidfreie Verbindungen mit hoher Festigkeit zu erhalten, wird der Lötprozess im Vakuum oder in einer sauberen Inertgasatmosphäre ausgeführt. Weichlotverbindungen sind für Vakuumanwendungen häufig ungeeignet. Sie sind in der Regel nicht ausheizbar, haben eine geringere mechanische Festigkeit und enthalten häufig neben Zinn, das einen geringen Dampfdruck hat, andere Legierungs-bestandteile mit einem hohen Dampfdruck. Analog zur vakuumgerechten Schweißverbindung ergibt sich eine vakuumgerechte Hartlötverbindung, wenn vor allem folgende Forderungen erfüllt sind: sorgfältig gereinigte Oberflächen, sorgfältige Ausbildung des Lötspaltes, Verwendung eines gasfreien Lotes mit niedrigem Dampfdruck, gute Fließ- und Benetzungseigenschaften des Lotes (Spaltfüllung), möglichst gut definierte Schmelz-zone des Lotes und geringe Reaktion zwischen Lotmaterial und Grundwerkstoff. Die handelsüblichen Hartlote lassen sich in zwei große Gruppen einteilen: Hartlote auf Edelmetallbasis (meist Silber) und Hartlote auf Nickel-basis. Die auf Edelmetallbasis aufgebauten niedriger schmelzenden Hartlote, sind deutlich teurer als die höher schmelzenden auf Nickelbasis. Man bevorzugt daher Nickelbasislote, wenn dies technisch möglich und eine höhere Verarbeitungstemperatur akzeptabel ist. Die Anordnung der Bauteile zueinander und die Lötspalte dazwischen müssen auf das Lötverfahren abgestimmt werden. Je nach Art des verwendeten Lotes, der Löt-temperatur und der Wärmeausdehnung der Bauteile betragen die Lötspalte (bei Zimmertemperatur) typischerweise 0,03 bis 0,1 mm. Die Frage, wann Schweißen und wann Hartlöten anzuwenden ist, lässt sich allgemein und umfassend nur schwer beantworten. Abgesehen von den Fällen, wo Schweißen nicht möglich ist, kann Hart-löten vorteilhaft sein, wenn möglichst viele Verbindungsstellen gleichzeitig in einer Charge hergestellt werden können.

Das Verfahren des Verschmelzens bietet sich vor allem für Glasapparaturen und für Glas-Metall-Verbindungen an. Glas-Metall-Verschmelzungen haben besonders bei der Herstellung von vakuumdichten Stromdurchführungen, bei ausheizbaren Schaugläsern und bei der Herstellung von Vakuummessröhren eine große Bedeutung. Beim Verschmelzen von Glas-Metall-Übergängen müssen die Materialien so ausgewählt werden, dass deren Wärmeausdehnungskoeffizienten über einen weiten Temperaturbereich möglichst gut übereinstimmen. Da dies häufig nicht der Fall ist, wurden für sogenannte nicht angepasste Glas-Metall-Verschmelzungen zahlreiche Speziallegierungen entwickelt. In Form einer Schweißlippe vermittelten sie einen elastischen Kontakt zwischen Glas und Edelstahl bei Schaugläsern. Schwierig auszuführen sind Verschmelzungen mit Quarzglas, da dieses eine sehr niedrige Wärmeausdehnung besitzt, die von keinem Metall und von keiner Metalllegierung auch nur annähernd erreicht wird.

Für hoch ausheizbare und hoch isolierende Stromdurchführungen setzt man Keramik-Metall-Verbindungen ein. Diese dienen unter anderem zur Herstellung von Hochleistungssenderöhren und Keramikvakuumkammern für Teilchenbeschleuniger der physikalischen Großforschung. Bei Verbindungen mit Keramik, z. B. Aluminiumoxid (92 % bis 98 % Al203), werden die mit dem Metall zu verbindenden Stellen vormetallisiert. Dabei muss ganz besonders darauf geachtet werden, dass die dünne Metallschicht (Molybdän oder Titan) mit der darunterliegenden Keramik eine intensive, lunker- und porenfreie Verbindung eingeht. Für die Fertigung von Stromdurchführungen wird anschließend eine Nickelschicht aufgebracht, an die eine Metallkappe hart angelötet wird, in der wiederum der Stromleiter eingelötet wird.

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