Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Universität Erlangen-Nürnberg



Grundlagenuntersuchungen zum Laserstrahlfügen von Silizium



Projektstatus: abgeschlossen

Mitarbeiter


Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Erarbeitung der Grundlagen zur Laserstrahlbearbeitung und zum Laserstrahlfügen von einkristallinem Silizium mit Nd:YAG-Laserstrahlung. Ausgehend von FE-simulierten Temperaturverläufen wurde ein Prozessmodell zur Beschreibung der Geometrieänderungen erstellt. Während des Schmelzvorganges nimmt die Dichte beim Phasenübergang sprunghaft zu, d.h. es bildet sich eine wannenförmige Vertiefung aus. Beim anschließenden Erstarren besitzen die Erstarrungslinien einen von den Schmelzlinien unterschiedlichen Verlauf, so dass im Zentrum der Wanne ein Aufwurf entsteht linkes Bild. Den zweiten Schwerpunkt des Projektes stellt das Laserstrahlschweißen von Silizium dar. Da hierbei durch die thermische Belastung Risse im spröden Grundwerkstoff entstehen, wurden mit FEM-Simulationen die Temperatur- und Spannungsfelder während und nach dem Fügeprozess ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass durch ein Vorwärmen des Bauteils auf ca. 900 °C die Spannungen signifikant reduziert werden können. Erste experimentelle Untersuchungen, bei denen durch die Kopplung einer gepulsten und einer cw-Nd:YAG-Laserstrahlquelle eine gezielte Temperaturführung ermöglicht wird, bestätigen die FE-Simulationen. Im rechten Bild ist eine Schliffbild einer rissfreien Schweißverbindung zu sehen.


Letztes Update: 28.04.2010