DE1287911B

DE1287911B - Gold-Kupfer-Hartlot

Info

Publication number: DE1287911B
Application number: DENDAT1287911D
Authority: DE
Inventors: Roy David High Wycombe Buckinghamshire Berry (Großbritannien)
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1961-08-15
Publication date: 1969-04-30
Also published as: SE304901B; BE621400A; CH412347A; US3136633A; GB936264A

Description

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Hartlote werden vielfach zum Verbinden von Ferner ist es wünschenswert, daß der Temperatur-Teilen verwendet, die nach dem Löten auf Tempe- bereich zwischen der gerade beginnenden Verflüssiraturen oberhalb 850° C erhitzt werden. Beispiels- gung des Lotes und demjenigen Flüssigkeitsgrad, der weise müssen die in Elektronenröhren und ähnlichen einen geringen Kontaktwinkel gewährleistet, so eng Teilen enthaltenen Molybdän- und Wolframmetalle 5 wie möglich ist.

oder deren Legierungen zu Verbundstücken zusam- Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be-

mengelötet und danach erhitzt werden, um un- steht nun darin, ein Hartlot aufzufinden, das eine

erwünschte Verunreinigungen zu entfernen. Die gute Fließfähigkeit sowie einen möglichst engen

hartgelöteten Verbundstücke müssen dabei natur- Temperaturbereich zwischen der gerade beginnenden

gemäß die auftretenden hohen Temperaturen aus- io Verflüssigung und einem Flüssigkeitsgrad mit gerin-

halten. gem Kontaktwinkel besitzt und bei dessen Verwen-

AIs Hartlote für aus Molybdän und/oder Wolfram dung die zuvor geschilderten Nachteile der bekannbestehende Teile wurden bisher binäre Gold-Kupfer- ten Hartlote nicht auftreten.

oder Gold-Nickel-Legierungen verwendet. Einige Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die dieser Hartlote weisen jedoch so niedrige Schmelz- 15 Verwendung eines ternären Gold-Kupfer-Palladiumpunkte auf, daß sie für Arbeitstemperaturen der Hartlotes gelöst, das aus 28 bis 87,5 % Gold, 12 bis Verbundstücke von über 850° C nicht brauchbar 52% Kupfer und 0,5 bis 20% Palladium besteht, sind. Mit zunehmendem Kupfergehalt steigt zwar mit der Maßgabe, daß die Zusammensetzung in dem der Schmelzpunkt des Lotes an, doch nimmt seine Gebiet ABCDA des ternären Systems Gold— Fließfähigkeit und damit die Benetzbarkeit des zu 20 Kupfer—Palladium nach der Zeichnung liegt, wobei lötenden Metalls in unzulässigem Maße ab. die Eckpunkte die Zusammensetzung 0,5 % PaIIa-

Zum Verbinden von Wolframteilen ist aus der dium, 34% Kupfer, 65,5% Gold (A), 20% Palladeutschen Auslegeschrift 1018166 ein ternäres dium, 52% Kupfer, 28% Gold (B), 20% Palladium, Kobalt-Palladium-Gold-Lot bekannt, dessen Schmelz- 30% Kupfer, 50% Gold (C) und 0,5% Palladium, punkt je nach der Zusammensetzung des Lotes 25 12% Kupfer, 87,5% Gold (D) besitzen. Sie lassen zwischen 1050 und 1250° C liegt. Wegen der in die- sich insbesondere zum Verlöten von Teilen aus sem Temperaturbereich liegenden Rekristallisations- Wolfram, Molybdän oder einer Legierung auf der temperatur des technisch reinen Molybdäns ist das Basis eines dieser Metalle mit Teilen aus demselben bekannte Hartlot nicht zum Verbinden von Teilen Werkstoff oder einem der anderen genannten Werkaus Molybdän geeignet, da mit der Rekristallisation, 30 stoffe verwenden. Sie sind jedoch ebenso gut auch wie sich gezeigt hat, eine Versprödung einhergeht. zum Herstellen von hohen Temperaturen stand-Ein weiterer Nachteil der Verwendung des bekann- haltenden Verbundstücken aus anderen Legierungen, ten ternären Kobalt-Palladium-Gold-Lotes ergibt sich beispielsweise aus rostfreiem Stahl, geeignet,
aus den negativen Diffusionseigenschaften des Ko- Es wurde festgestellt, daß durch den Zusatz von baits bei der Verbindung von Teilen aus Molybdän. 35 Palladium zu Gold-Kupfer-Loten die Fließfähigkeit Das Kobalt diffundiert nämlich in das Basismetall derselben erheblich erhöht wird. Demgegenüber hinein und bildet dort eine als sehr spröde bekannte wird eine Verbesserung der Fließfähigkeit nicht intermetallische Kobalt-Molybdän-Verbindung. erreicht, wenn man Palladium Gold-Nickel-Loten

Zum Stand der Technik gehört auch die Verwen- zusetzt.

dung binärer Kupfer-Palladium-Lote, deren Schmelz- 40 Bei den Hartloten nach der Erfindung ist der

punkte zwischen 1150 und 138O⁰C liegen (deutsche zwischen der gerade beginnenden Verflüssigung und

Auslegeschrift 1039 811). Diese Hartlote sind aber einem hohen Flüssigkeitsgrad mit niedrigem Kontakt-

ebenso wie die aus der deutschen Patentschrift winkel liegende Temperaturbereich vom Gold- und

895 557 bekannten ternären Kupfer-Palladium-Gold- Kupfergehalt abhängig. Insbesondere aber wird der

Lote mit bis zu 3% Gold wegen ihrer hohen, im 45 erörterte Temperaturbereich enger, wenn der

Bereich der Rekristallisationstemperatur des tech- Palladiumgehalt gesteigert wird. Bei Palladium-

nisch reinen Molybdäns liegenden Schmelzpunkte gehalten von 5% und mehr weisen die ternären

zum Verbinden von Teilen aus Molybdän wegen Hartlote sowohl einen hohen Schmelzpunkt als auch

der oben bereits genannten Gründe nicht geeignet. eine gute Fließfähigkeit und ferner ein schmales

Aus der deutschen Patentschrift 895 557 ist auch 50 Temperaturintervall der Verflüssigung auf. Vorzugs-

die Verwendung ternärer Kupfer-Palladium-Silber- weise sollen deshalb die Hartlote nach der Erfindung

Lote mit bis zu 3% Gold bekannt, denen jedoch aus 5 bis 20% Palladium, 16 bis 52% Kupfer und

der Nachteil anhaftet, daß sie wegen des verhältnis- 28 bis 79% Gold neben üblichen Verunreinigungen

mäßig hohen Dampfdruckes des Silbers zum Löten bestehen, mit der Maßgabe, daß die Zusammen-

im Vakuum nicht geeignet sind. Dieser Nachteil ist 55 Setzung im Gebiet EBCFE des Gold-Kupfer-

insofern bedeutungsvoll, als ein Löten im Vakuum Palladium-Dreistoffsystems nach der Zeichnung

insbesondere bei Bauteilen der Elektronik häufig liegen, wobei die Eckpunkte die Zusammensetzung

erforderlich ist. 5% Palladium, 38% Kupfer, 57% Gold (E), 20%

Für Hartlote ist demnach ein hoher Schmelzpunkt Palladium, 52% Kupfer, 28% Gold (B), 20% bei gleichzeitig guter Fließfähigkeit zu fordern, wobei 60 Palladium, 30% Kupfer, 50% Gold (C) und 5% im Hinblick auf die Verwendung zum Verbinden Palladium, 16% Kupfer, 79% Gold (F) besitzen,
von Teilen aus technisch reinem Molybdän die Die Hartlote können Verunreinigungen in Mengen Schmelztemperatur unterhalb der Rekristallisations- enthalten, wie sie für gewöhnlich bei binären Goldtemperatur des technisch reinen Molybdäns liegen Kupfer-Legierungen gegeben sind,
muß. Ein Maß für die Fließfähigkeit des Lotes ist 65 Die Erfindung und ihr technischer Fortschritt der zwischen dem flüssigen Hartlot und dem Metall seien nachfolgend an einem Vergleichsbeispiel des gebildete Kontaktwinkel (Randwinkel), der geringer näheren erläutert:
als 5° sein sollte. Das Hartlot P nach der Erfindung besteht aus

78 °/o Gold, 21 °/o Kupfer und 1% Palladium. Das binäre Vergleichslot, das aus 80% Gold und 20% Kupfer besteht, beginnt bei 915⁰C zu schmelzen, während das ternäre Hartlot nach der Erfindung bei einer nur geringfügig höheren Temperatur zu schmelzen anfängt. Bei 960° C hat das binäre Hartlot aber einen hohen Kontaktwinkel von 12°, während das ternäre Hartlot einen Kontaktwinkel von nur 5° besitzt.

Der Vorteil erhöhter Palladiumgehalte sei an Hand ίο eines Vergleiches eines binären Hartlotes aus 56% Gold und 44% Kupfer mit zwei ternären Hartloten nach der Erfindung dargestellt. Das ternäre Hartlot Q besteht aus 70% Gold, 25% Kupfer und 5% Palladium, während das ternäre Hartlot R aus 51% Gold, 34% Kupfer und 15% Palladium besteht. Das binäre Hartlot und das ternäre Hartlot Q beginnen bei 960° C flüssig zu werden. Das binäre Hartlot hat bei 1120° C noch einen Kontaktwinkel von 7°, während das ternäre Hartlot Q mit 5% Palladium schon bei 1000° C einen Kontaktwinkel von nur 3° erreicht. Das ternäre Hartlot R mit 15% Palladium beginnt bei 1035⁰C zu fließen und hat bei 1040° C einen Kontaktwinkel von 3° und bei 1045° C einen Kontaktwinkel von 0°.

Die schnelle Abnahme des Kontaktwinkels und die Zunahme der Fließfähigkeit der Hartlote nach der Erfindung sind besonders dann vorteilhaft, wenn komplizierte Verbundstücke durch Hartlöten hergestellt werden sollen. Dabei muß das Hartlot vielfach erst über erhebliche Entfernungen hinweg bis zu den engen Spalten fließen, in die es unter der Einwirkung von Kapillarkräften eindringen soll. Auch wenn das Hartlot unterschiedliche Entfernungen zwischen den verschiedenen Teilen des Verbund-Stückes überbrücken muß, sind die erwähnten Eigenschaften von großem Nutzen.

Die Hartlote nach der Erfindung können je nach dem besonderen Verwendungszweck ohne Schwierigkeit zu Drähten gezogen oder zu Folien gewalzt werden.

Die erfindungsgemäßen Hartlote besitzen ein gutes Zeitstandverhalten. Für den Vergleich der erreichbaren Festigkeiten wurden Verbundstücke aus Bändern geprüft, die aus rostfreiem Stahl mit 18% Chrom und 8% Nickel bestanden. Das mit einem aus 80% Gold und 20% Kupfer bestehenden, binären Hartlot hergestellte Verbundstück hatte eine Zeitstandfestigkeit von 2,4 kg/mm² nach lOOOstündiger Belastung bei 500° C. Ein entsprechendes Verbundstück, das mit dem erfindungsgemäßen ternären Hartlot R (51% Gold, 34% Kupfer, 15% Palladium) hergestellt wurde, besaß dagegen eine Zeitstandfestigkeit von 4,3 kg/mm² bei gleicher Prüftemperatur und gleicher Standzeit bis zum Bruch.

Claims

Patentansprüche:

1. Gold-Kupfer-Hartlot, insbesondere zum Verlöten von Teilen aus Wolfram, Molybdän oder einer Legierung auf der Basis eines dieser Metalle mit Teilen aus demselben Werkstoff oder einem der anderen genannten Werkstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 0,5 bis 20% Palladium, 12 bis 52% Kupfer und 28 bis 87,5% Gold neben üblichen Verunreinigungen besteht, mit der Maßgabe, daß die Zusammensetzung in dem Bereich des ternären Diagramms Gold— Kupfer—Palladium liegt, der durch die Eckpunkte Λ, B, C und D mit der jeweiligen Zusammensetzung 0,5% Palladium, 34% Kupfer, 65,5% Gold (A), 20% Palladium, 52% Kupfer, 28% Gold (B), 20% Palladium, 30% Kupfer, 50 % Gold (C) und 0,5% Palladium, 12% Kupfer, 87,5% Gold (D) bestimmt ist.

2. Hartlot nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 5 bis 20% Palladium, 16 bis 52% Kupfer und 28 bis 79% Gold neben üblichen Verunreinigungen besteht, mit der Maßgabe, daß die Zusammensetzung in dem Bereich des ternären Diagramms Gold—Kupfer—Palladium liegt, der durch die Eckpunkte E, B, C und F mit der jeweiligen Zusammensetzung 5% Palladium, 38% Kupfer, 57% Gold (E), 20% Palladium, 52% Kupfer, 28% Gold (B), 20% Palladium, 30% Kupfer, 50% Gold (C) und 5% Palladium, 16% Kupfer, 79% God (F) bestimmt ist.