Fügen einer beheizbaren Metall-Keramik-Struktur mit eutektischem Au-Ge Lot

Elsener, H. R.; Leinenbach, C.; Neuenschwander, J.; Piazza, D.; Wurz, P. (2010). Fügen einer beheizbaren Metall-Keramik-Struktur mit eutektischem Au-Ge Lot. In: 9th international conference on brazing, high temperature brazing and diffusion bonding 2010. DVS-Berichte: Vol. 263 (pp. 93-97). DVS Media

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Für die europäisch-japanische Weltraummission BepiColombo zum Planeten Merkur (Start 2014) wurde eine beheizbare Metall-Keramik-Struktur für ein Massenspektrometer entwickelt. Diese Konstruktion ermöglicht eine effektivere Ionisation von energetischen Neutralteilchen mittels beschichteten Umwandlungsplatten. Aus Gewichts- und Funktionsgründen mussten dünne, unterschiedliche Werkstoffe mit hoher Zuverlässigkeit verbunden werden. Die beheizbare Struktur (bestehend aus Titan und Aluminiumoxidkeramik) wurde mit eutektischem Gold-Germanium Lot im Vakuumofen gefügt. Das Lot wurde aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts und seiner relativ hohen mechanischen Festigkeit ausgewählt. Direktlötung von beschichteten Oberflächen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten würde zu hohen mechanischen Spannungen führen, die wegen den periodisch auftretenden Heizzyklen, den Verbund nachhaltig schwächen könnten. Die Titanhalterung wurde mit Ni/Au beschichtet, während für die Keramikheizer ein CrNi/TiW/Au Schichtaufbau verwendet wurde. Nebst den Grenzflächenreaktionen während des Lötprozesses wurden die mechanischen Festigkeiten, sowie das Langzeitverhalten des Metall-Keramik Verbundes untersucht. Die Verbunde wiesen Scherfestigkeiten von bis zu 100 MPa auf.

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