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nitz Aktivlöten von Diamant

Lehrstuhl für Verbundwerkstoffe

TU Chemnitz

AiF 11543 B

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Holz

Kunststoffe

Metalle

Diamant als universell einsetzbarer Werkstoff

Precision Lens CompanyLACH DiamantDemant AG, Düdingen

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nitz 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)

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IDR, 1 (1999)

Audi TT

Motorenfertigung

Schleifen Polieren

Fünfventilmotor, 1.8 l, 165 kW

• Effiziente Verbrennung

• Verringerter Verbrauch

• Hohe Motordynamik

Hohe Anforderungen an

die Maßhaltigkeit und

Oberflächengüte

PKD-besetzte Werkzeuge

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Erwärmungsart:

• Ofenlöten (Vakuum, Schutzgas)• Widerstandslöten• Induktionslöten

• SHS-Verfahren• Laserlöten• Mikrowellen (Gyrotron)

Lotwerkstoffe:

Konventionelle Lote (NiCrBSiFe)Aktivlote auf AgCu-, CuSn-Basis

Überblick über die Lötverfahren

Standder

Technik

Standder

Wissenschaft

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MSI Automation Inc.

• 10 KW Generator

• Aufheizen in 8 ... 9 sec

• 3-stufige Aufheizrampe

Induktionslöten

Auflöten diamanthaltigerSchneidsegmente

Widerstandslöten

Ofenraum

Paffenhoff GmbHVerfahrensschema

Anlage zum Löten von MKD

• Schutzgas

• Abmessung:

10 x 10 mm

• 20 Werkzeuge/h

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• Benetzung wird durch aktiveElemente (Titan) ermöglicht

• einstufiger Lötprozess

• verringerter Prozessaufwand

Metall

Keramik

Aktivlot

Lieferformen von Aktivloten

Aktivlöten - Überblick

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Charakterisieren von lasergelöteten Diamantschleifscheiben

• Modifikation der CuSn-Matrix• Bruchfestigkeit• E-Modul

Aufgabenstellungen

Vakuumlötofen

Löten von monokristallinem Diamant:

Grundwerkstoffe:Monokristalliner Diamant, MONODITEGeometrie: 5 mm · 3 mm · 1.5 mmHartmetall

Lotwerkstoffe:AgCuTiCuSnTi

• Variation der Herstellungsparameter• Universalhärte• linearer Verschleiß

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Fräswerkzeug

Laborerprobung:

• Erfolgreicher Einsatz der Fräser

auf Hochgeschwindigkeitsdrehstand

• Gute Haftfestigkeit der gelöteten

MKD-Platten

Finishing der MKD-Schneide:

• Laserschneiden des Freiwinkels von 20°

• Schleifen der Freifläche

• Läppen der Freifläche

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ReaktionszoneHartmetall-LotLot

Hartmetall

Reaktionszone Diamant-Lot

Dicke: 0.3 µm 0.15 ... 1 µm 0.9 (0.4 ... 1.5) µmBedeckung: ca. 50 % ca. 90 % ca. 100 %

inselförmig schichtförmig schichtförmig

• Nachweis von Tidurch EDXS

• Ausbildung inAbhängigkeitvon der Lagein der LötnahtDiamant

Lot

Lot: CuSnTi,TLöt: 950 °C20 µm

Charakterisierung der Reaktionszonen

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REM-Untersuchungen an Bruchflächen

Ti-reiche Reaktionszonezwischen Diamant und Lot

FeNi-Ausscheidungauf Diamant umgeben von einer Diffusionszone aus FeNiCu

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Häckselmesser

Einsatz: M&T Verbundtechnologie GmbH, Mittweida

Einsatz bei derVerbundwerkstoff-

herstellung

Vorteil: Geringer Verschleiß und hohe Standzeitder Schneidflächen

C-Langfasern

CVD-Beschichten

Häckseln

C-Kurzfasern

Aktivgelötete PKDLot: AgCuTi,TLöt: 950 °C

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nitz • 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