Das Diffusionsbonden ist ein Prozess, der eine präzise Steuerung von Temperatur und Druck erfordert, um die effektive Durchdringung von Atomen zwischen zwei metallischen Oberflächen zu gewährleisten.
Bei welcher Temperatur findet die Diffusionsbindung statt? (6 Schlüsselpunkte werden erklärt)
1. Temperaturbereich für Diffusionsbindungen
Der Prozess der Diffusionsbindung erfordert, dass sich die Atome der beiden metallischen Oberflächen durchdringen, was hohe Temperaturen voraussetzt.
Diese Temperaturen werden in der Regel auf 50-70 % der absoluten Schmelztemperatur der zu verbindenden Werkstoffe festgelegt.
Dieser Bereich stellt sicher, dass die Werkstoffe formbar genug sind, um die atomare Diffusion zu ermöglichen, aber nicht so heiß, dass sie schmelzen.
2. Heizmethoden
Die Oberflächen werden entweder mit einem Ofen oder mit elektrischen Widerstandsmethoden erhitzt.
Ziel ist es, die erforderliche Temperatur zu erreichen, die bei bestimmten Materialien bis zu 1400°C (2552°F) betragen kann.
Diese hohe Temperatur ist entscheidend für die Aktivierung des Diffusionsprozesses, bei dem sich Atome von Bereichen mit hoher Konzentration zu Bereichen mit niedriger Konzentration bewegen, was schließlich zu einer festen Verbindung führt.
3. Anwendung von Druck
Neben der Hitze wird mit Hilfe einer hydraulischen Presse oder mit Eigengewichten Druck auf die Bauteile ausgeübt.
Dieser Druck sorgt dafür, dass die Oberflächen in engem Kontakt stehen, was für eine effektive Atomdiffusion unerlässlich ist.
Häufig werden Vorrichtungen verwendet, um diesen engen Kontakt während des gesamten Klebevorgangs aufrechtzuerhalten.
4. Diffusionsglühen
Das Diffusionsglühen ist ein spezielles Verfahren zur Beseitigung von Inhomogenitäten oder Konzentrationsunterschieden innerhalb des Materials.
Dieses Verfahren wird bei sehr hohen Temperaturen (1050 bis 1250 °C) und über längere Zeiträume (bis zu 50 Stunden) durchgeführt.
So werden z. B. Lötverbindungen auf Nickelbasis häufig bei etwa 1000 °C diffusionsgeglüht, um die Konzentration der Metalloide im Lötmaterial in Richtung des Grundmaterials zu verschieben und so die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Verbindung zu erhöhen.
5. Umweltaspekte
Um eine Oxidation zu verhindern, die sich negativ auf den Verbindungsprozess auswirken kann, arbeiten Wärmebehandlungsöfen häufig unter Hochvakuum.
Diese kontrollierte Umgebung gewährleistet, dass die Oberflächen sauber und frei von Verunreinigungen bleiben, die den Diffusionsprozess behindern könnten.
6. Sintern und Diffusion
Beim Sintern, das häufig mit einer umfangreichen Diffusion einhergeht, ist die erforderliche Temperatur in der Regel hoch und liegt oft bei über 60 % der Schmelztemperatur (0,6 Tm).
Diese hohe Temperatur treibt den Diffusionsprozess an, der darauf abzielt, die Oberfläche und die lokale Krümmung zu verringern und dadurch die Bindung zu verstärken.
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