Das Wunder des Lötens

Leute,

Schade um den kupferzeitlichen Schmelzer von 3000 v. Chr. Er musste sein Holzfeuer auf 1085 °C erhitzen, um Kupfer zu schmelzen, und manchmal gelang es ihm nicht, eine so hohe Temperatur zu erreichen. Selbst wenn er erfolgreich war, floss sein Kupfer nicht gut und war weich.

Aber zu dieser Zeit herrschte Aufbruchstimmung, Zinn war in aller Munde. Wenn Zinn mit etwa 90 % Kupfer gemischt wird, sinkt die Schmelztemperatur der entstehenden Bronzeauf 850 °C. Dieser Temperaturabfall von über 200 °C ist eine große Sache. Durch die niedrigere Temperatur lässt sich die Bronze nicht nur leichter schmelzen, sondern sie lässt sich auch besser in Formen gießen. Darüber hinaus ist die Festigkeit und Härte von Bronze um ein Vielfaches höher als die von Kupfer. Aus der obigen Abbildung geht hervor, dass ein 10%iger Zusatz von Zinn zu Kupfer eine Bronze mit der dreifachen Streckgrenze ergibt. Das Bronzezeitalter hattebegonnen. Stellen Sie sich die Freude der frühen Metallschmiede vor, als sie von Kupfer zu Bronze übergingen. Bronze war nicht nur härter und stärker, sondern auch viel einfacher zu verarbeiten und erforderte weniger kostbares Holz in den Öfen. Die Kehrseite der Medaille ist, dass Zinn damals und auch heute noch seltener ist als Kupfer, so dass die Kosten für Bronze höher sind als für Kupfer allein. Die Bronze des armen Mannes ist Messing (Kupfer und Zink). Da Zink billiger ist als Kupfer, ist Messing billiger, aber aus der Tabelle (links) geht hervor, dass die Materialeigenschaften in der Regel schwächer sind als bei Bronze.

Wegen ihrer größeren Stärke und Härte war Bronze ein wichtiges Kriegsmaterial. Wenn man die gleichen Kampffähigkeiten wie der Feind hatte und er ein Bronzeschwert und einen Schild besaß wie die Kupferwaffen, würde man jedes Mal verlieren. Die Bronzeverhüttung und -herstellung war also wahrscheinlich ein frühes militärisches Geheimnis.

Ein ebenso wichtiger Vorteil von Zinn ist, dass durch die Legierung von Zinn mit Blei ein sehr niedrig schmelzendes Material entstand, das sich mit Bronze und anderen Metallen verbinden ließ. Das Löten war erfunden. Diejenigen von uns, die täglich mit Lötzinn arbeiten, sind sich des Wunders des Lötens oft nicht bewusst. Wenn wir elektronische Bauteile an eine Leiterplatte löten, verbinden wir im Wesentlichen Kupfer mit Kupfer (das bei 1085 °C schmilzt) bei einer Temperatur von weniger als 250 °C. Diese metallurgische Verbindung wird in Gegenwart von thermisch empfindlichem Kunststoff hergestellt. Ohne Lötzinn gäbe es also die Elektronikindustrie in ihrer heutigen Form nicht.

Zinn erledigt die gesamte "Arbeit" beim Löten. Es ist Zinn, das mit Kupfer die intermetallischen Verbindungen _Cu6Sn5 und _Cu3Snbildet. Die anderen Lotlegierungselemente wie Blei, Silber und Kupfer spielen eine wichtige Rolle bei der Benetzung, der Ausbreitung und der endgültigen Festigkeit der Verbindung, aber nur Zinn interagiert metallurgisch mit dem Kupfer.

Wenn Sie also heute Ihr Mobiltelefon in die Hand nehmen, auf Ihrem Computer tippen oder fernsehen, denken Sie daran: Ohne das "Wunder des Lötens" wäre das nicht möglich!

Zum Wohl,

Dr. Ron

Das Bild stammt aus Askeland's Die Wissenschaft und Technik der Materialien.