Fugen einer beheizbaren Metall-Keramik-Struktur mit eutektischem Au-Ge-Lot

摘要

Fur die europaisch-japanische Weltraummission BepiColombo zum Planeten Merkur (Start 2014) wurde eine beheizbare Metall-Keramik-Struktur fur ein Massenspektrometer entwickelt. Diese Konstruktion ermoglicht eine effektivere Ionisation von energetischen Neutralteilchen mittels beschichteten Umwandlungsplatten. Aus Gewichts- und Funktionsgrunden mussten dunne, unterschiedliche Werkstoffe mit hoher Zuverlassigkeit verbunden werden. Die beheizbare Struktur (bestehend aus Titan und Aluminiumoxidkeramik) wurde mit eutektischem Gold-Germanium Lot im Vakuumofen gefugt. Das Lot wurde aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts und seiner relativ hohen mechanischen Festigkeit ausgewahlt. Direktlotung von beschichteten Oberflachen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten wurde zu hohen mechanischen Spannungen fuhren, die wegen den periodisch auftretenden Heizzyklen, den Verbund nachhaltig schwachen konnten. Die Titanhalterung wurde mit Ni/Au beschichtet, wahrend fur die Keramikheizer ein CrNi/TiW/Au Schichtaufbau verwendet wurde. Nebst den Grenzflachenreaktionen wahrend des Lotprozesses wurden die mechanischen Festigkeiten, sowie das Langzeitverhalten des Metall-Keramik Verbundes untersucht. Die Verbunde wiesen Scherfestigkeiten von bis zu 100 MPa auf.