Fügen auf Knopfdruck mit Reaktivfolien

Foto: Elektrische Zündung einer Reaktivfolie

Metalle, Keramiken, Halbleiter, Diamant und neuerdings sogar Polymere lassen sich mit dieser Methode wirkungsvoll verbinden.

Bei der entwickelten Methode wird zwischen die beiden zu fügenden Bauteile eine Reaktivfolie eingelegt und durch einen elektrischen Impuls aktiviert. Vor der Aktivierung liegen in der Folie viele Einzellagen aus mindestens zwei verschiedenen Materialien vor. Durch die Aktivierung der Folie wird eine chemische Reaktion in Gang gesetzt, bei der kurzzeitig und lokal begrenzt Energie in Form von Wärme freigesetzt wird. Diese Energie wird genutzt, um innerhalb von Millisekunden eine Verbindung der Bauteile herzustellen ohne dass diese sich signifikant erwärmen. Wie die nachfolgenden Beispiele zeigen, könnte das Fügen auf Knopfdruck damit in naher Zukunft Realität werden.

Die Anwendung der Reaktivfolie zum Fügen ist bisher für das Weichlöten folgender Materialkombinationen demonstriert worden: Messing-Messing, Keramik-Silizium, Invar-Silizium, Silizium-Silizium, Keramik-Edelstahl. Die notwendigen Lote mit Schmelztemperaturen im Bereich von 200 - 300 Grad Celsius wurden wahlweise auf die Folie oder auf die Bauteile aufgebracht.

Eine wesentliche Weiterentwicklung der reaktiven Fügetechnik wurde durch die Verdopplung der von den Reaktivfolien bereit gestellten Energiemenge erzielt. Somit können nunmehr auch Lote mit Schmelztemperaturen bis knapp oberhalb von 700 Grad Celsius genutzt werden. Dies erlaubt das Fügen von Bauteilen, die im Einsatzfall einer hohen Temperaturbelastung unterliegen. Darüber hinaus lassen sich mit derartigen Loten auch die Festigkeiten der Verbindungen verbessern.

Innerhalb kürzester Zeit konnten zudem bemerkenswerte Resultate beim Fügen von Polymeren (Kunststoffe, Plastik) mit Reaktivfolien erzielt werden. Hier dient die von den Folien bereit gestellte Energie dazu, die Oberflächen der Polymere direkt aufzuschmelzen, sodass anschließend ein Verschweißen der Polymerbauteile erfolgt. Dass sich die von den Folien gelieferte Wärmemenge präzise durch deren Nanoschichtaufbau steuern lässt, wirkt sich bei diesem Anwendungsfall besonders vorteilhaft aus. So kann einerseits ein Verbrennen der Polymere vermieden und andererseits eine definierte Flüssigphase erzeugt werden.

Ziel kommender Arbeiten ist es, auch Lote mit Schmelztemperaturen oberhalb von 1000 Grad Celsius nutzbar zu machen. Damit würde insbesondere für das Fügen von Keramiken ein sehr interessanter Temperaturbereich erreicht.

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS)