Braseren (hardsolderen: solderen onder hoge temperaturen) is ideaal om hardmetalen, diamant of keramiek te verbinden. Maar wie schone, oxidevrije hardsoldeerverbindingen en consistente resultaten wil, kan uitsluitend gebruikmaken van braseren onder hoogvacuüm-condities, stellen de Duitse bedrijven iew en Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions. Dergelijke oplossingen worden bijvoorbeeld toegepast bij high-performance diamantgereedschappen, krimpfitten, het gloeien en harden van metalen, evenals in test- en onderzoeksomgevingen.
Het vacuüm-hardsoldeerproces van iew induktive Erwärmungsanlagen GmbH werkt met nauwkeurig afgestemde vacuümtechnologie van Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions, onderdeel van de Busch Group.
Samen maken ze stabiele processen mogelijk met een minimaal energieverbruik en lage onderhoudsinspanningen.
Voor de ontwikkeling van een nieuwe generatie vacuümsoldeersystemen had iew behoefte aan een betrouwbare hoogvacuümoplossing die zowel technisch robuust als economisch efficiënt is.
Voordelen vacuüm-hardsolderen
In samenwerking met Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions werd een systeemconcept ontwikkeld dat bestaat uit een combinatie van een turbo-moleculaire vacuümpomp en een backingpomp.
Dit systeem bereikt een eindvacuüm tot 8×10⁻⁶ hPa (mbar). Hierdoor ontstaan reproduceerbare hardsoldeerverbindingen, zelfs bij temperatuurgevoelige materialen.
Bovendien wordt oxidatie onder deze vrijwel gasvrije omstandigheden voorkomen. Daarnaast wordt de warmteoverdracht nauwkeurig gestuurd en worden componenten gelijkmatig met de hardsoldeerlegering verbonden.
Tegelijkertijd zorgen droge vacuümpompen ervoor dat onderhoud tot een minimum beperkt wordt. En bovendien voorkomen ze contaminatie in de procesruimte, en dat is cruciaal voor het waarborgen van een hoge productkwaliteit.
Iew: Beide technologieën uit één hand
Iew induktive Erwärmungsanlagen GmbH werd in 1996 opgericht als ingenieursbureau Schweikhart. Het kwam voort uit een afstudeeronderzoek op het gebied van inductieverwarming.
Een jaar later werd de naam gewijzigd in iew. Het bedrijf telt inmiddels zo’n 20 medewerkers en levert aan afnemers wereldwijd.
Naast individueel configureerbare inductieverwarmingssystemen vormen vacuümsoldeersystemen een steeds groter aandeel in de omzet.
Iew geeft aan wereldwijd de enige aanbieder te zijn die beide technologieën uit één hand levert. “Dat biedt een belangrijk voordeel voor klanten die beide processen in hun productie nodig hebben.”
Binnen vacuüm-hardsolderen ligt zo’n 80% van de toepassingen in de gereedschapstechnologie. Ook fabrikanten van meetsondes en bedrijven in de medische technologie hebben toenemende interesse.
Het proces van vacuüm-hardsolderen
Het vacuüm-braseerproces start met de voorbereiding van de componenten die verbonden moeten worden. Afhankelijk van de toepassing bestaan ze uit hardmetaal, polykristallijne diamant of keramiek.
Na het aanbrengen van de hardsoldeerpasta komen de werkstukken in een vacuümkamer van kwartsglas. Vervolgens wordt de kamer tot een druk van circa 5×10⁻⁴ hPa (mbar) gebracht.
Zo verdwijnen zuurstof, stikstof en vocht uit de procesruimte. Dit is essentieel om oxidatie en contaminatie van de soldeerverbindingen te voorkomen.
Tijdens het braseerproces worden de componenten nauwkeurig verwarmd met infraroodverwarmers. Eerst vindt een homogene voorverwarming plaats om spanningen in het materiaal te vermijden.
Verdere drukverlaging
Zodra de hardsoldeertemperatuur is bereikt, verlagen de vacuümpompen de druk verder tot circa 5×10⁻⁵ hPa (mbar). Dit hoge vacuümniveau minimaliseert de warmteoverdracht via restgassen.
Ook zorgt het voor het gelijkmatig smelten van de hardsoldeerlegering. Dit gebeurt doorgaans bij temperaturen rond de 700 à 900 °C.
Na voltooiing van het soldeerproces wordt het vacuüm verder verhoogd tot circa 8 à 9×10⁻⁶ hPa (mbar). In deze vrijwel gasvrije omgeving kunnen de werkstukken gecontroleerd afkoelen zonder dat zuurstof of stikstof met het oppervlak reageert.
Pas wanneer de temperatuur is gedaald tot zo’n 150 °C wordt langzaam omgevingslucht toegelaten. Zo ontstaat overal een gelijkmatige druk.
De combinatie van nauwkeurige temperatuurregeling en stabiele hoogvacuüm-condities zorgt voor processen die goed reproduceerbaar zijn. Bovendien ontstaan zo dichte en schone hardsoldeerverbindingen en een consistent hoge productkwaliteit.
De systemen zijn, aldus de fabrikant, robuust en ontworpen voor continu industrieel gebruik. Ze hebben een lange levensduur en minimale onderhoudsbehoefte.
Compacte en grotere uitvoering
Iew startte in 2016 met de ontwikkeling van de eerste prototypes voor vacuümsoldeersystemen.
Ze kwamen later in twee varianten beschikbaar: een compacte uitvoering voor kleinere batchgroottes en een grotere installatie voor industriële serieproductie.
Het doel was een betrouwbaar en grondstofefficiënt alternatief te creëren voor conventionele systemen, die vaak gebruikmaakten van oliediffusie-vacuümpompen.
Bij dergelijke systemen moest de olie eerst op bedrijfstemperatuur worden gebracht en bestond het risico dat oliedampen in de vacuümkamer terechtkwamen en gevoelige oppervlakken vervuilden. Bovendien waren onderhoud en reiniging tijdrovend.
Inbreng Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions
Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions heeft een compacte hoogvacuümoplossing ontwikkeld zonder diffusiepompen, die aanzienlijk efficiënter werkt.
De gezamenlijke systeemarchitectuur combineert turbo-moleculaire vacuümpompen met droge of oliegesmeerde backingpompen, afhankelijk van de procesvereisten.
Deze configuratie garandeert stabiele drukcondities tot in het bereik van 8×10⁻⁶ hPa (mbar). Dit leidt dus tot “schone en reproduceerbare hardsoldeerprocessen met een laag energieverbruik en weinig onderhoud”.
In de compactere systeemvariant wordt een HiPace-turbopomp gecombineerd met een olievrije scroll-vacuümpomp uit de HiScroll-serie, aangevuld met nauwkeurige vacuümmeters, stofafscheiders en robuuste afsluiters.
De grotere installatie, voor hogere doorvoercapaciteiten. maakt gebruik van een HiPace-turbopomp in combinatie met een oliegesmeerde DuoVane draaischuifpomp.
Onderhoudsgemak en lange levensduur
“In 2018 kozen wij voor de vacuümoplossingen van Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions vanwege de combinatie van topkwaliteit en uitstekende service”, stelt Simon Riefling, verantwoordelijk voor de internationale verkoop bij iew.
“Als Duitse fabrikant met een sterke hightech-positie is Pfeiffer marktleider met producten die wij regelmatig terugzien bij universiteiten, hogescholen en gerenommeerde bedrijven.”
Voor ons staat Pfeiffer voor maximale betrouwbaarheid, daarom passen wij hun vacuümpompen toe in onze vacuümsoldeersystemen – om de hoogst mogelijke kwaliteit voor onze klanten te garanderen.”
De toegepaste vacuümoplossingen onderscheiden zich door onderhoudsgemak en een lange levensduur. Zo zijn de turbopompen ontworpen voor een onderhoudsvrije gebruiksduur tot vijf jaar.
Conclusie en aanbevelingen
“Vacuümsolderen onder hoogvacuümcondities ontwikkelt zich tot een sleuteltechnologie voor hoogwaardige verbindingen in veeleisende materialen zoals hardmetaal, diamant en keramiek”, besluit het bedrijf.
“De belangrijkste knelpunten in conventionele processen zijn oxidatie, contaminatie en beperkte reproduceerbaarheid. Deze worden effectief tegengegaan door te werken met gecontroleerde vacuüm- en temperatuurcondities.”
Voor maakbedrijven ligt de strategische meerwaarde in de combinatie van processtabiliteit, productkwaliteit en lagere onderhoudskosten.
“Investeringen in moderne vacuümtechnologie, met name systemen gebaseerd op turbo-moleculaire pompen en droge backingpompen, zijn daarom aan te bevelen”, geeft iew aan.
Daarnaast raadt het bedrijf aan om procesintegratie (zoals een combinatie met inductieverwarming) en schaalbaarheid expliciet mee te nemen in de afweging om te investeren. Zo kan al rekening worden gehouden met toekomstige productie-eisen.
