Das Wunder des Lötens

Hallo Leute,

Haben Sie Mitleid mit dem Schmelzer aus der Kupfersteinzeit von 3000 v Chr.  Er musste sein Holzfeuer auf 1085°C bringen, um Kupfer zu schmelzen, und manchmal konnte er die Temperatur nicht so hoch bringen.  Selbst wenn er Erfolg hatte, floss sein Kupfer nicht gut und war weich. 

Doch der Wandel der Zeit begann etwa zu dieser Zeit, als Neuigkeiten von Zinn in der Luft lagen.  Wenn Zinn mit etwa 90% Kupfer vermischt wird, sinkt der Schmelzpunkt der daraus entstehenden Bronze auf etwa 850°C. Dieser Temperaturabfall von über 200°C war eine große Sache.  Die niedrigere Temperatur erleichterte nicht nur das Schmelzen der Bronze, sondern die Bronze floss auch besser in die Formen.  Außerdem ist Bronze viel fester und härter als Kupfer.  Aus der Abbildung oben können Sie ablesen, dass das Beifügen von 10% Zinn zu Kupfer, eine Bronzelegierung erzeugt, die eine 3 Mal höhere Dehngrenze besitzt.  Die Bronzezeit war geboren. Können Sie sich die Freude der frühen Metallschmiede vorstellen, als sie von Kupfer zu Bronze übergingen. Bronze war nicht nur härter und stärker, sondern auch viel leichter zu verarbeiten und man benötigte weniger Edelhölzer in den Schmelzöfen.   Der Nachteil war und ist, dass Zinn seltener ist als Kupfer. Deshalb ist Bronze teurer als Kupfer allein.  Die Bronze des armen Mannes ist Messing (Kupfer und Zink).  Messing ist preiswerter, da Zink günstiger als Kupfer ist. Aber aus der Tabelle (links) lässt sich ablesen, dass die Materialeigenschaften für gewöhnlich schwächer sind, als die von Bronze.

Auf Grund seiner höheren Festigkeit und Härte war Bronze ein wichtiges Material für den Krieg.  Wenn Ihre Kampffähigkeiten denen Ihres Gegners ebenbürtig waren, er jedoch ein Schwert und Schild aus Bronze hatte, während Sie nur Waffen aus Kupfer besaßen, hätten Sie jedes Mal verloren.  Das Schmelzen und Herstellen von Bronze war also vermutlich ein frühes Militärgeheimnis.

Ein ebenso wichtiger Vorteil von Zinn ist der, dass wenn Zinn mit Blei legiert wurde, ein Material mit sehr niedrigem Schmelzpunkt erzeugt wurde, das sich mit Bronze und anderen Metallen verbinden konnte.  Das Löten war erfunden.  Diejenigen unter uns, die Lot täglich verwenden, erkennen das Wunder des Lötens häufig nicht.  Wenn wir elektronische Komponenten auf ein PWB löten, verbinden wir letztlich Kupfer mit Kupfer (das bei 1085°C schmilzt) bei einer Temperatur von weniger als 250°C.  Wir führen dieses metallurgische Verbinden direkt neben hitzeempfindlichem Kunststoff durch.  Ohne das Löten hätten wir also nicht die Elektronikindustrie, die heute existiert.

Beim Löten erledigt Zinn die gesamte “Arbeit”.  Es ist Zinn, das die  intermetallischen Verbindungen Cu6Sn5 und Cu3Sn mit Kupfer bildet. Die anderen Lötlegierungselemente wie Blei, Silber und Kupfer spielen wichtige Rollen beim Benetzen, der Ausbreitung und der endgültigen Festigkeit der Verbindung. Aber nur Zinn interagiert metallurgisch mit dem Kupfer.

Denken Sie deshalb daran, wenn Sie ein Handy in die Hand nehmen, an Ihrem Computer tippen oder Fernsehen schauen - ohne das "Wunder des Lötens" könnten Sie das nicht tun!

Bis bald!

Dr. Ron

Das Bild ist aus Askeland's The Science and Engineering of Materials.

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