Hartlötpaste und Verfahren zu ihrer Herstellung. Die vorliegende Erfindung bezieht sieh auf eine Hartlötpaste für Aluminium und Aluminiumlegierungen und auf ein Verfah ren zier Herstellung dieser Paste. Als Alu- iuiiiitimlegierung(,n, die sich mittels dieser faste Hartlöten lassen, können solche mit einem Aluminiumgehalt von etwa- 700/o und darüber verwendet werden.
Das Hartlöten von Aluminium wird heute in grossen) Umfang betrieben und nach zahl reichen Verfahren ausgeführt. Bei den mei sten Hartlötverfahren, für welche auch die erfindungsgemässe Hartlötpaste verwendet werden kann, werden die zu vereinigenden Teile in der durch die Lötoperation leerzu- stellenden Anordnung zusammengestellt.. Dann wird eine ein Lötmetall, ein Flussmittel und ein organisches Trägermittel enthaltende Paste an oder in der Nähe der vorgesehenen Verbindungsstelle oder längs der Verbindungs linie aufgetragen und das ('tanze erhitzt, um das Lötmetall zum Schmelzen zu bringen,
so dass es in geschmolzenem Zustand auf der genannten Verbindungsstelle oder längs der Verbindungslinie liegt und, nachdem es er starrt ist, die gewünschte Verbindung zwi schen den vereinigten Teilen bildet. Die zu vereinigenden Teile können insgesamt Alu miniumteile sein oder der eine oder mehrere dieser Teile können Teile aus andern Metal len sein. Sofern Aluminium mit Aluminium oder einem andern Metall vereinigt werden soll, lässt sieh die erfindungsgemässe Hartlöt- paste mit Erfolg anwenden.
Die Löttempera- tur muss natürlich unter dem Schmelzpunkt der zu vereinigenden Metallgegenstände lie- Bei einer derartigen Hartlötoperation sol len die Metallteilchen in der Lötpaste unter Bildung einer oxydfreien blasse aus geschmol zener) Metall zusammenschmelzen, und diese Masse soll während des Lötvorganges mit sauberen Oberflächen des zu vereinigenden Metalls in Berührung kommen. Das Träger mittel der Paste sollte derart beschaffen sein, dass es mit den Teilchen des Lötmetalles und des Flussmittels eine Paste gewünschter Kon sistenz bildet,
und dass die Metall- und Fluss- mittelbestandteile in ihrer Wirkung durch das Vorhandensein dieses Trägermittels oder durch Rückstände des infolge Anwendung von Hitze entweichenden oder zersetzten Trä germittels nicht beeinträchtigt werden. Das Trä--ermittel kann deshalb im weiteren Sinn als Hilfsmittel mit physikalischer Wirkung aufgefasst werden, welches dazu bestimmt ist, dem Lötvorgang die die Vereinigung herbei führenden Bestandteile der Paste zuzufüh ren und diese Bestandteile an der Lötstelle zusammenzuhalten.
Es kann nachträglich, wenn Wärme zugeführt wird, entweichen, ohne schädliche Substanzen, wie z. B. grosse Mengen Kohlenstoff, zurückzulassen. Das Flussmittel der Paste soll nicht nur automatisch reinigend auf die zu vereinigen den Metallflächen und die Oberflächen der Teilchen des Lötmetalles wirken, sondern es soll anfänglich auch das Zusammenfliessen der zahlreichen Teilchen des Lötmetalles in der Paste fördern, wenn diese Teilchen bei An wendung von Hitze schmelzen.
Es soll nun eine verbesserte Hartlötpaste geschaffen werden, die insbesondere den An forderungen für das Hartlöten von Alumi nium angepasst ist. Die erfindungsgemässe Hartlötpaste, die ein Alkalimetallchlorid enthaltendes Fluss mittel, Teilchen eines Lötmetalles und ein organisches Trägermittel enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass das organische Träger mittel ein Glykol ist, das bei 20 C flüssig ist und ohne zu verkohlen verdampft. Die ge nannten Lötmetallteilchen sind bevorzugter weise mit dem genannten Alkalimetallchlorid flussmittel mindestens teilweise überzogen.
Zum Hartlöten von Aluminium wird als Lötmittel gewöhnlich eine Aluminiumlegierung benötigt. Diese Legierung muss bekanntlich bei einer Temperatur schmelzen, die unter der Schmelztemperatur des zu lötenden Alu miniumkörpers liegt, damit während der Hartlötoperation nur das Lötmetall schmilzt und die zu vereinigenden Bestandteile bei dem zwecks Erzielung dieses Resultates benötigten Hitzegrad fest bleiben. Die als Lötmetall ver wendete Aluminiumlegierung kann demnach aus der Gruppe von Legierungen, die einen tieferen Schmelzpunkt als die zu vereinigen den Aluminiumkörper aufweisen, ausgewählt werden.
Die Auswahl ist infolgedessen etwas eingeschränkt, da sie davon abhängt, ob der zu lötende Aluminiumkörper einen hohen Schmelzpunkt (beispielsweise reines Alumi nium) oder einen tieferen Schmelzpunkt, wie ihn z. B. Aluminiumlegierungen aufweisen, besitzt. Als Lötmetalle werden z. B. verwen det: Aluminium-Siliciumlegierungen mit oder ohne geringen Zusätzen anderer Legierungs elemente, die den Schmelzpunkt der Legie rung noch weiter herunterdrücken, wie z. B. Zink, Cadmium oder Zinn usw., Aluminium- Kupferlegierungen, Aluminium-Kupfer-Zink legierungen, Aluminium-Zinklegierungen, alle mit oder ohne Zusatz von andern Elementen, die eine Herabsetzung des Schmelzpunktes be wirken oder andere Wirkungen hervorrufen.
In gewissen Fällen kann es zweckmässig sein, die Bestandteile der vorgesehenen Legierung einfach dem Lötgemisch zuzusetzen und so die Bildung der gewünschten Legierung während der Hartlötoperation eintreten zu lassen. Man kann beispielsweise dem Lötgemisch statt Teil chen einer Aluminium-Zinklegierung Alu miniumteilchen und Zinkteilchen in geeig neten Mengen zusetzen. Die Wahl der Löt- legierung kann auch nach andern Gesichts punkten als demjenigen des Schmelzpunktes, so z. B. auf Grund der Korrodierbarkeit, der Festigkeit, usw. erfolgen. Diese Erwägungen werden alle von der Verwendungsart des ge löteten Gegenstandes bestimmt.
Es ist jedoch zu beachten, dass solche Legierungen, die meistens beträchtliche Mengen, und zwar min destens 50 Gewichtsprozente Aluminium ent halten, dem reinen Aluminium insofern ähn lich sind, als sie an ihrer Oberfläche, im ge schmolzenen wie im festen Zustand, einen hartnäckig haftenden Oxydfilm aufweisen, der, wenn er nicht entfernt wird, eine voll kommene Vereinigung der Oberflächen und ein richtiges Zusammenfliessen der Metallteil chen in der Lötpaste, wenn diese Teilehen bei Anwendung der Löthitze in den geschmol zenen Zustand übergehen, verhindert.
Das Vorhandensein dieses Oxydfilms auf Aluminiumoberflächen ist der Grund, weshalb zur Erzielung befriedigender Resultate beim Hartlöten von Aluminium im allgemeinen solche Flussmittel verwendet werden, die in der Hauptsache Alkalimetallchloride und kleinere Mengen Alkalimetallfluoride enthal ten. Diese Flussmittel können, was oft der Fall ist, kleine Mengen an Erdalkalimetall- Verbindungen und Verbindungen der Schwer metalle enthalten.
Ihr wichtigstes Charakte- ristikum ist jedoch ihr Gehalt von beispiels weise 50 % oder mehr Alkalimetallchlorid. Ein derartiges Flussmittel ist auf dem Gebiet des Aluminiumlötens in Form von zahlreichen spezifischen Gemischen bekannt, von denen die einen sich für Lötoperationen bekanntlich besser eignen als andere. Das Alkalimetall chlorid enthaltende Flussmittel sollte bei der Löttemperatur natürlich geschmolzen sein.
Das für die Lötoperation am besten geeig nete Verhältnis von Alkalimetallchlorid ent haltendem Flussmittel zu Lötmetall schwankt je nach den Erfordernissen und hängt auch von den besonderen Absichten des Verbrau chers ab. Es hat sich gezeigt, dass Gemische mit einem Verhältnis von 3 Gewichtsteilen Flussmittel pro Gewichtsteil Lötmetall die besten Resultate geben. Gemische mit Misch verhältnissen von 5 zu 1 bis 1 zu 1 sind jedoch ebenso verwendbar. Das Flussmittel wird vorzugsweise in Pulverform verwendet, um eine gleichmässige Durchmischung zu er zielen und die Pastenbildung zu erleichtern. Das Lötmetall sollte die Form von kleinen Teilchen aufweisen. Bevorzugt werden Teil chen mit einer Teilchengrösse von mindestens 0,074 mm.
Die besten Resultate werden er zielt, wenn nicht mehr als 10 bis 20 0/o des Metallpulvers durch ein Sieb der Maschen weise von 0,074 mm hindurchgehen. Die maximale Teilchengrösse sollte normalerweise 0.30 mm nicht übersteigen. Zwecks Herstel lung des Lötgemisches können die Flussmittel und Lötmetallteilchen gründlich miteinander vermischt werden.
Das Trägermittel, welches verwendet wird, um dem Alkalimetallchlorid enthaltenden Flussmittel und Lötmetall Pastenform zu ver leihen, sollte zweckmässigerweise wasserfrei sein und sich bei der Löttemperatur ver flüchtigen oder sonstwie aus der Paste ent weichen.
Als Beispiele von Glykolen, die in der erfindungsgemässen Hartlötpaste verwendet werden können, sind zu nennen: Äthylen- glykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, Te- traäthylenglykol, Dimethoxytetraäthylengly- kol, Propylenglykol, Dipropylenglykol und 1,3-Butylenglykol.
Es hat sich jedoch gezeigt, dass, wenn das Flussmittel Lithiumchlorid enthält, bei Verwendung von Äthylenglykol oder von Di-, Tri- oder Tetraäthylenglykol als Trägermittel, nicht völlig befriedigende Resultate erzielt werden können, da beim Erhitzen eine ge wisse Verkohlung einsetzt. Aus diesem Grunde werden diese Trägermittel zweckmässigerweise nicht verwendet, wenn das Flussmittel Li thiumchlorid enthält.
Die dem Gemisch aus Flussmittel und Lötmetall zwecks Herstellung der Paste zu gesetzte Menge an Trägermittel hängt davon ab, welchen genauen physikalischen Zustand, das heisst welchen Viskositätsgrad die Paste aufweisen soll. Gewöhnlich sind Mengen von 10 bis 20 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Paste, die günstigsten.
Während, wie dies oben erwähnt wurde, das Gemisch aus Flussmittel und Lötmetall durch mechanisches Mischen der Bestandteile hergestellt werden kann, wurde anderseits festgestellt, dass eine Paste mit besseren Eigen schaften erhalten wird, wenn die Teilchen der Lötlegierung, die einen Teil der Paste bilden, mit einem Film aus Flussmittel mehr oder weniger umgeben oder überzogen sind. Wenn eine solche Paste beim Hartlötvorgang schmilzt, fliesst das Lötmetall schneller und in wirksamerer Weise zur Vereinigungsstelle als dies der Fall ist, wenn die Teilchen der Lötlegierung, wie bis jetzt, nicht mit einem Film aus Flussmittel überzogen, sondern ein fach mit dem Flussmittel gemischt werden.
Diese Eigenschaft des schnellen Fliessens be wirkt nicht nur eine Beschleunigung der Hart- lötoperation, sondern auch die Bildung einer besseren und fehlerfreieren Lötstelle zwischen den Bestandteilen, die zusammengelötet wer den. Diese Vorteile werden allerdings nur dann erzielt, wenn das verwendete, Alkali metallchlorid enthaltende Flussmittel frei von Schwermetallverbindungen ist.
Es können verschiedene Verfahren zur Herstellung der verbesserten Paste angewen det werden. Das folgende Verfahren, welches entwickelt wurde, wird jedoch bevorzugt. Ein Alkalimetallchlorid enthaltendes Flussmittel, welches von Schwermetallverbindungen frei ist und einen Schmelzpunkt aufweist, der un ter demjenigen des Lötmetalls liegt, wird in geeignet gewählter Menge erhitzt, bis es ge schmolzen ist. Das so erhaltene Flussmittel bad wird hierauf bei einer Temperatur gehal ten, die unter dem Schmelzpunkt des Löt metalls liegt. Eine Menge der Teilchen des Lötmetalls wird in das Bad eingetragen und damit gründlich vermischt.
Das resultierende Gemisch wird hierauf abgekühlt und zum Er starren gebracht und die so gebildete er starrte Masse auf irgendeine geeignete Art, wie z. B. durch Mahlen in einer Kugelmühle, pulverisiert, bis Teilchen der gewünschten Grösse entstanden sind. Die pulverisierte Masse wird hierauf zwecks Überführung der selben in eine Paste mit einem der obgenann- ten Glykole angefeuchtet. Zusätze von Wasser über die normalerweise in den Salzen vor handene Wassermenge hinaus sollten bevor- zugterweise vermieden werden.
Während der Mischoperation muss man natürlich das Schmelzen der Teilchen des Lötmetalls ver hüten. Das für die Hartlötpaste gewählte Flussmittel soll deshalb einen tieferen Schmelz punkt besitzen als das Lötmetall. Der Schmelz punkt der meisten Alkalimetallchlorid-Fluss mittel kann durch Zusatz von Lithiumchlorid herabgesetzt werden, sofern der ursprüngliche Schmelzpunkt dieser Flussmittel zu hoch oder vom Standpunkt der praktischen Anwendung aus betrachtet, zu nah beim Schmelzpunkt des Lötmetalls liegt.
Es folgt ein Beispiel einer nach den Prin zipien der vorliegenden Erfindung hergestell ten Hartlötpaste, die im Gebrauch ausgezeich nete Resultate liefert
EMI0004.0013
22,5 <SEP> Gewichtsprozent <SEP> Aluminiumlegierung <SEP> mit
<tb> 5,0 <SEP> 0/o <SEP> Silicium, <SEP> auf <SEP> eine <SEP> Teilchengrösse
<tb> von <SEP> 0,074 <SEP> mm <SEP> gemahlen,
EMI0004.0014
67,5 <SEP> Gewichtsprozent <SEP> Flussmittel <SEP> der <SEP> folgen den <SEP> Zusammensetzung
<tb> NaCl <SEP> 25 <SEP> Gewichtsprozent
<tb> KCl <SEP> 36 <SEP> "
<tb> Li-Cl <SEP> 20 <SEP> "
<tb> SrCl3 <SEP> 6
<tb> KF <SEP> 1 <SEP> "
<tb> Na2AlF6 <SEP> 7 <SEP> 2
<tb> 10 <SEP> Gewichtsprozent <SEP> Propylenglykol.