Aktivlöten von Diamant

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1 Aktivlöten von Diamant TU Chemnitz AiF B

2 Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. B. Wielage Diamant als universell einsetzbarer Werkstoff Metalle Holz Demant AG, Düdingen LACH Diamant Precision Lens Company Kunststoffe

3 Einsatzgebiete von Diamantwerkzeugen in der Automobilfertigung Abrichten CBN-Schleifscheiben Präzisionsbearbeitung Bearbeiten von NE-Metallen Aluminium-,Titan- und zunehmend Magnesiumlegierungen Felgen-, Motorenfertigung Strukturkeramiken Verbundwerkstoffe (MMC, CMC, GFC) spezielle Anwendungen (Keramikventile)

4 Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. B. Wielage Motorenfertigung Audi TT Effiziente Verbrennung Verringerter Verbrauch Hohe Motordynamik Fünfventilmotor, 1.8 l, 165 kw Hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit und Oberflächengüte PKD-besetzte Werkzeuge Schleifen Polieren IDR, 1 (1999)

5 Überblick über die Lötverfahren Erwärmungsart: Ofenlöten (Vakuum, Schutzgas) Widerstandslöten Induktionslöten SHS-Verfahren Laserlöten Mikrowellen (Gyrotron) Stand der Technik Stand der Wissenschaft Lotwerkstoffe: Konventionelle Lote (NiCrBSiFe) Aktivlote auf AgCu-, CuSn-Basis

6 Induktionslöten Widerstandslöten Anlage zum Löten von MKD Schutzgas Abmessung: 10 x 10 mm 20 Werkzeuge/h Auflöten diamanthaltiger Schneidsegmente Ofenraum 10 KW Generator Aufheizen in sec 3-stufige Aufheizrampe MSI Automation Inc. Verfahrensschema Paffenhoff GmbH

7 Aktivlöten - Überblick Benetzung wird durch aktive Elemente (Titan) ermöglicht einstufiger Lötprozess verringerter Prozessaufwand Keramik Aktivlot Metall Lieferformen von Aktivloten

8 Aufgabenstellungen Löten von monokristallinem Diamant: Grundwerkstoffe: Monokristalliner Diamant, MONODITE Geometrie: 5 mm 3 mm 1.5 mm Hartmetall Lotwerkstoffe: AgCuTi CuSnTi Vakuumlötofen Charakterisieren von lasergelöteten Diamantschleifscheiben Modifikation der CuSn-Matrix Bruchfestigkeit E-Modul Variation der Herstellungsparameter Universalhärte linearer Verschleiß

9 Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. B. Wielage Fräswerkzeug Finishing der MKD-Schneide: Laserschneiden des Freiwinkels von 20 Schleifen der Freifläche Läppen der Freifläche Laborerprobung: Erfolgreicher Einsatz der Fräser auf Hochgeschwindigkeitsdrehstand Gute Haftfestigkeit der gelöteten MKD-Platten

10 Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. B. Wielage Charakterisierung der Reaktionszonen Reaktionszone Diamant-Lot Lot 20 µm Lot: CuSnTi, T Löt : 950 C Hartmetall Lot Reaktionszone Hartmetall-Lot Nachweis von Ti durch EDXS Diamant Ausbildung in Abhängigkeit von der Lage in der Lötnaht Dicke: 0.3 µm µm 0.9 ( ) µm Bedeckung: ca. 50 % ca. 90 % ca. 100 % inselförmig schichtförmig schichtförmig

11 Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. B. Wielage REM-Untersuchungen an Bruchflächen Ti-reiche Reaktionszone zwischen Diamant und Lot FeNi-Ausscheidung auf Diamant umgeben von einer Diffusionszone aus FeNiCu

12 Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. B. Wielage Häckselmesser Einsatz bei der Verbundwerkstoffherstellung C-Langfasern CVD-Beschichten Vorteil: Geringer Verschleiß und hohe Standzeit der Schneidflächen Aktivgelötete PKD Lot: AgCuTi, T Löt : 950 C Häckseln C-Kurzfasern Einsatz: M&T Verbundtechnologie GmbH, Mittweida

13 Entwickeln einer Vakuumlöttechnologie CuSn-Lote sind geeignet für das Löten von Diamant Nachweis der Reaktionszone mit EDXS Härtemessung und Verschleißprüfung Enge Zusammenarbeit mit kmu und Forschungspartnern Praxisnahe Entwicklung der Löttechnologie Sofortige Nutzung der Forschungsergebnisse in kmu Erweiterung der zu untersuchenden Materialpalette CVD-Schichten Präparation für und Charakterisierung mittels TEM Grundlagen für FEM-Berechnung Messen der Festigkeit Systematik der Löteignung von Aktivloten