DE1293528B - Lotstab zum Hartloeten von metallischen Werkstoffen - Google Patents

Description

• Beim Hartlöten von Werkstoffen mit verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten entstehen nach der Erstarrung des Lotes im Lauf der weiteren Abkühlung der Lötverbindung durch das gegenseitige Versperren der beiden verlöteten Werkstücke hohe Spannungen. Zur Erzielung guter Lötverbindungen müssen die zu verbindenden Flächen vom flüssigen Lot gut benetzt werden und die in den Lötverbindungen nach der Abkühlung zurückbleibenden Spannungen möglichst gering gehalten werden.
• Während nun das Lot einerseits für die Erzielung geringer Spannungen eine tiefe Erstarrungstemperatur und hierdurch einen möglichst kleinen Temperaturbereich für die Abkühlung nach der Erstarrung haben soll, wird andererseits für ein leichtes Verfließen des Lotes und gutes Benetzen der Lötflächen neben Verwendung eines entsprechenden Flußmittels vor allem eine gewisse Dünnflüssigkeit und eine entsprechend hohe Temperatur der zu verbindenden Werkstücke nötig sein.
• Die Anwendung einer oberhalb der Schmelztemperatur des Lotes liegenden Temperatur ist aber nur dann möglich, wenn ein Ausfließen aus dem Lötspalt vermeidbar ist und wenn außerdem eine Messung der Temperatur erfolgen kann.
• Diese Voraussetzungen treffen jedoch :in der Praxis meist nicht zu und sind insbesondere bei Schlitzlötungen, wie sie z. B. bei hartmetallbestückten Werkzeugen vorkommen, schwierig zu verwirklichen.
• Aus diesen Gründen wäre ein Lotstab wünschenswert, welcher einerseits einen hohen Schmelzpunkt aufweist, wobei andererseits aber das niedergelegte Lot erst bei relativ niedrigen Temperaturen erstarrt.
• Der vorliegenden Erfindung liegt nun die überlegung zugrunde, zur Schaffung eines solchen Lotstabes zwei verschiedene metallische Werkstoffe derart zu verwenden, daß der Werkstoff mit höherem Schmelzpunkt den Werkstoff mit relativ niedrigerem Schmelzpunkt allseitig dicht umschließt und die beiden Werkstoffe in solchen Anteilen zu wählen, daß ,das aus ihnen gebildete Lot eutektisch ist.
• Eine Ausscheidung von Primärkristallen infolge unvermeidlicher kleinerer Konzentrationsschwankungen wird in der Praxis zwar nicht vollkommen zu unterdrücken sein, doch steilt dies kaum eine Beeinträchtigung dar, da die überwiegende Masse der verbleibenden Restschmelze den niedrigen Erstarrungspunkt des Eutektikums aufweist. Es ist zwar schon ein Lotstab bekannt, dessen Kern aus Silber und dessen Mantel aus Kupfer besteht, doch ist es nicht bekannt, das Kernmetall portionenweise im Mantel anzuordnen und allseitig mit diesem dicht zu umschließen und den Anteil an den beiden Metallen so zu bemessen, daß das niedergelegte Lot eutektisch ist.
• Weiters ist bereits ein Lotstab aus einer eutektischen Kupfer-Phosphor-Legierung bekannt, dessen Kern zwecks Verbesserung der Ziehbarkeit von einem möglichst dünnen Rohr aus Kupfer umschlossen wird, wobei der Phosphorgehalt des Kernes so hoch bemessen ist, daß er den fehlenden Phosphoranteil des Mantels deckt.
• Davon abgesehen, daß ein solches Kupfer-Phosphor-Eutektikum eine metallische und eine nichtmetallische Komponente enthält und daher für den Zweck unserer Erfindung nicht in Betracht kommt, fehlt bei diesem Lotstab auch das Merkmal der portionenweisen Unterteilung des Kerns. Zwar sind bereits Lotstäbe bekanntgeworden, in deren Kern das Flußmittel portionenweise angeordnet.. und vom Mantel allseitig umschlossen ist, um es als niedriger schmelzenden Bestandteil am Ausfließen zu hindern, doch wäre diese Maßnahme bei den obenerwähnten Lotstäben wenig sinnvoll, da bei diesen die Vermeidung von Konzentrationsunterschieden des niedergelegten Lotes weder notwendig ist noch angestrebt wird und ihr Verwendungszweck vom Verwendungszweck des anmeldungsgemäßen Lotstabes verschieden ist.
• Mit dem erfindungsgemäßen Lotstab ist sowohl das Erreichen der zum Löten notwendigen Temperatur durch den hohen Schmelzpunkt des Mantelmaterials ohne Temperaturmeßgerät gesichert als auch die Forderung verwirklicht, daß beim Abkühlen ein Versperren der Lötverbindung erst bei möglichst niedriger Temperatur erfolgen soll, weil ein solches erst nach Unterschreiten der eutektischen Erstarrungstemperatur eintreten kann.
• Beim Niederschmelzen solcher Lotstäbe, die zweckmäßig in Stab- oder Streifenform hergestellt werden, bleibt erfahrungsgemäß eine Oxydhaut des Mantelmaterials kurzzeitig stehen, die dann vom Flußmittel aufgelöst wird. Diese Haut erschwert nun z. B. bei Schlitzlötungen das Herauslaufen des dünnflüssigen Mischlotes während der ersten Abkühlungsperiode.
• Gegenstand der Erfindung ist nun ein Lotstab zum Hartlöten von metallischen Werkstoffen mit unterschiedlichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten, bestehend aus zwei verschiedenen Metallen, wobei das bei niedrigerer Temperatur schmelzende Metall, gegebenenfalls zusammen mit Flußmitteln, den Kern bildet, während das bei höherer Temperatur schmelzende Metall den Kern umhüllt, und die Erfindung besteht darin, daß das Kernmetall portionenweise im Mantel angeordnet und allseitig von diesem dicht umschlossen ist und daß die beiden Metalle- in solchen Anteilen vorhanden sind, daß das niedergelegte Lot eutektisch ist.
• Beispielsweise besteht ein solcher Lotstab aus dem bei etwa 1080° C schmelzenden Kupfer und aus dem bei etwa 960° C schmelzenden Silber, das portionenweise allseitig vom Kupfer dicht umschlossen wird und das zusammen mit dem Kupfer ein Eutektikum bildet, welches bei etwa 780° C erstarrt.
• Die Herstellung erfindungsgemäßer Lotstäbe kann so erfolgen, wie dies in der Zeichnung in prinzipieller Form gezeigt wird. Aus einem Hohlzylinder 1 aus dem zur Verwendung kommenden metallischen Werkstoff mit höherem Schmelzpunkt werden mit Hilfe von profilierten Walzen 2 zusammenhängende, gegeneinander abgedichtete Taschen gebildet, wobei vor dem jeweiligen Verschließen einer Tasche in diese ein entsprechend abgelängtes, z. B. Stab- oder streifenförmiges Stück 4 mit entsprechend bemessenem Querschnitt aus dem metallischen Werkstoff mit niedrigem Schmelzpunkt eingeführt wird.
• Von dem Füllmaterial können mit Hilfe einer Schneidvorrichtung 3 fortlaufend entsprechende Längen 4 in jenen Zeitabschnitten abgeschnitten werden, in welchen die aus dem Hohlzylinder 1 von den profilierten Walzen 2 zu bildenden Taschen fortlaufend von unten nach oben verschlossen werden, wobei das derart in Portionen unterteilte Füllmaterial zur Füllung der Taschen in der Reihe nach von oben nach unten in den Hohlzylinder eingebracht wird.
• Das Füllmaterial 4 kann unmittelbar nach Abtrennung durch die Schneidvorrichtung 3 portionsweise zur Füllung der Taschen in den Hohlzylinder 1 hineinfallen.
• Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Lotstäbe werden die taschenförmigen Abteilungen in der erforderlichen Länge an einer Quetschstelle abgetrennt. Eine häufige Unterteilung in Taschen ist notwendig, um örtlich stark verschiedene Konzentrationen zu vermeiden, die bei größeren Lötstellen durch Zusammenrinnen des zuerst schmelzenden Füllmaterials auftreten könnten.
• Es ist selbstverständlich möglich, das Füllmaterial aus dem vergleichsweise niedriger schmelzenden metallischen Werkstoff mit einem geeigneten, an sich bekannten Flußmittel zu versehen, beispielsweise durch Tauchen in eine geeignete Lösung, Aufschlämmung oder in eine geeignete Schmelze und durch anschließendes Trocknen.
• Schließlich ist es auch möglich, falls dies gewünscht wird, die erfindungsgemäßen Lotstäbe zu Streifen oder Folien auszuwalzen.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Lotstab zum Hartlöten von metallischen Werkstoffen mit unterschiedlichem thermischem Ausdehnungskoeffizienten bestehend aus zwei verschiedenen Metallen, wobei das bei niedriger Temperatur schmelzende Metall, gegebenenfalls zusammen mit Flußmitteln, den Kern bildet, während das bei höherer Temperatur schmelzende Metall den Kern umhüllt, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß das Kernmetall portionenweise im Mantel angeordnet und allseitig von diesem dicht umschlossen ist und daß die beiden Metalle in solchen Anteilen vorhanden sind, daß das niedergelegte Lot eutektisch ist.
2. 2. Lotstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bei niedrigerer Temperatur schmelzende metallische Werkstoff Silber und der bei höherer Temperatur schmelzende metallische Werkstoff Kupfer ist.
3. 3. Verfahren zur Herstellung eines Lotstabes nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Hohlzylinder (1) aus dem zur Verwendung kommenden metallischen Werkstoff mit höherem Schmelzpunkt mit Hilfe von profilierten Walzen (2) zusammenhängende, gegeneinander abgedichtete Taschen gebildet werden und daß vor dem jeweiligen Verschließen einer Tasche in diese ein entsprechend abgelängtes, z. B. stab- oder streifenförmiges Stück (4) aus dem metallischen Werkstoff mit niedrigerem Schmelzpunkt eingeführt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Füllen der Taschen eine Schneidvorrichtung (3) von dem z. B. in Stab-oder Streifenform vorliegenden Füllmaterial fortlaufend entsprechende Längen (4) in jenen Zeitabschnitten abschneidet, in welchen die aus dem Hohlzylinder (1) von den profilierten Walzen (2) zu bildenden Taschen fortlaufend von unten nach oben verschlossen werden und daß das derart in Portionen unterteilte Füllmaterial zur Füllung der Taschen der Reihe nach von oben nach unten in den Hohlzylinder (1) eingebracht wird.
5. 5. Verfahren zur Herstellung eines Lotstabes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial mit einem Flußmittel versehen wird, beispielsweise durch Tauchen des vergleichsweise niedriger schmelzenden metallischen Werkstoffes in eine geeignete Lösung, Aufschlämmung oder in eine geeignete Schmelze und durch anschließendes Trocknen.
6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Lotstabes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Hohlzylinder (1) mit Hilfe der profilierten Walzen (2) zusammenhängende, gegeneinander abgetrennte Taschen gebildet und jeweils vor dem Verschließen derselben mit Füllmaterial (4) gefüllt werden und daß der so erhaltene Lotstab anschließend zu Streifen oder Folien ausgewalzt wird.