Diffusionsverbindungen

Diffusionsverbindungen, auch Diffusionsbonding genannt, sind eine Fügetechnik, bei der Bauteile durch Diffusion an der Grenzfläche dauerhaft miteinander verbunden werden, ohne dass Material schmilzt.

Die Verbindung entsteht durch die Diffusion von Atomen über die Grenzfläche, unterstützt durch saubere, glatte Oberflächen, Druck und Temperatur. Typischerweise erfolgt das Fügen in Vakuum oder in inertatmosphärischer Umgebung und bei Temperaturen, die sich im Bereich von wenigen Hundert Grad bis nahe dem Schmelzpunkt der beteiligten Materialien bewegen. Üblicherweise wird die Bauteiloberfläche unter Druck zusammengepresst, damit Kontakte heranwachsen und eine abgestimmte Diffusionszone bildet. Oft werden Zwischenlagen (Interlayers) aus Materialien wie Kupfer, Nickel, Gold oder keramischen Verbindungen eingesetzt, um Diffusion zu fördern und Spannungen zu kontrollieren.

Typische Materialsysteme umfassen metallische Paare wie Ni- oder Al-basierte Legierungen, Keramiken (z. B. SiC) und metallisch-keramische Verbundwerkstoffe. Diffusionsverbindungen eignen sich besonders zum Fügen unterschiedlicher Werkstoffe, die sich durch Schmelzschweißen schwer verbinden ließen, und ermöglichen feine Grenzzonen mit guter Hochtemperaturbeständigkeit.

Zu den Vorteilen zählen hohe Festigkeit auch bei hohen Temperaturen, geringe Verzerrungen und die Möglichkeit, komplexe Geometrien bei geringen Verformungen zu realisieren. Nachteile sind lange Prozesszeiten, aufwendige Oberflächenvorbereitung, hoher apparativer Aufwand sowie das Risiko von Porosität, unerwünschten Phasen oder inneren Spannungen in der Grenzzone.

Anwendungen finden sich unter anderem in der Luft- und Raumfahrt, Nukleartechnik, Elektronikverpackungen, Turbinenteilen sowie in keramisch-metallischen Verbundwerkstoffen. Forschung und Industrie arbeiten daran, Zykluszeiten zu verkürzen, Oberflächenvorbereitung zu optimieren und Diffusionszonen besser zu kontrollieren.