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Bei Hartlötprozessen insbesondere oberhalb von etwa 800 °C hingegen gelingt es, über
kontrollierte Prozessatmosphären die Bedingungen derart einzustellen, dass thermisch aktivierte,
physikalisch-chemische Vorgänge auch ohne Flussmittelunterstützung oxidfreie Oberflächen auf
vielen Werkstoffen hervorrufen. Darüber hinaus können bestimmte Bestandteile in den
verwendeten Hartloten einen inhärenten Beitrag zum Oxidschichtabbau leisten. Insbesondere
Additive wie Phosphor, Bor, Silizium und/oder Mangan, die Bestandteile vieler Lotlegierungen auf
Nickel- oder Kupferbasis sind, haben benetzungsfördernde Eigenschaften. Speziell für das
flussmittelfreie Löten von Kupferwerkstoffen werden daher niedrig schmelzende, phosphorhaltige
Kupferbasislote eingesetzt, die je nach Lotlegierung bereits schon ab 700°C Löttemperatur
einsetzbar sind. Beim Löten von Stahlwerkstoffen hingegen können phosphorhaltige Kupferlote
nicht verwendet werden, da die im Lötprozess entstehenden Eisenphosphide mechanisch
belastbaren Lötverbindungen entgegenstehen.
Bauteile aus Stählen werden daher mit phosphorfreien Kupferlot (i.d.R. reines Kupfer mit einem
Schmelzpunkt von 1084°C) gelötet, wenn eine mechanisch belastbare Lötverbindung ohne große
Anforderungen an die Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit benötigt wird. Für viele
Anwendungen werden aber auch Nickelbasislote eingesetzt, die unter den verfügbaren Hartloten
für rost- und säurebeständige Stähle die höchste Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit der
resultierenden Lötverbindungen versprechen.
Die Verarbeitung der beschriebenen Lote erfolgt i.d.R. flussmittelfrei unter inerten resp.
reduzierenden Prozessgasen in einem Schutzgasdurchlaufofen oder in einem Hochvakuumofen
(z.T. mit Gasabkühlung nach dem Lötprozess). Beim Löten in einem Durchlaufofen sind die
Verweilzeiten im Glühkanal typischerweise 10 bis 15 min, wobei hierbei das Bauteil nur für die
etwa letzten 3 min Löttemperatur erreicht. Je nach verwendetem Lot und Grundwerkstoff kann
diese zwischen 700 °C bis 1200 °C liegen, bevor das Bauteil dann den Glühkanal verlässt und in
den Kühlkanal eintritt. Kennzeichnend für Lötprozesse in einem Durchlaufofen sind somit hohe
Aufheiz- und Abkühlraten sowie kurze Verweilzeiten bei Löttemperatur. Dieses T-t-Regime ist
prozessbedingt aber für alle Bauteile, die durch den Ofen geführt werden, nahezu gleich.
Vakuumlötprozesse hingegen werden in Batchöfen durchgeführt, in denen in der Serienfertigung
mitunter eine große Anzahl von Bauteilen gleichzeitig aufgeheizt und abgekühlt werden müssen.
Je nach Chargengröße können einzelne Bauteile (beispielsweise im Randbereich einer Charge)
hierbei über eine Stunde auf Löttemperatur sein. Das Abkühlen erfolgt anschließend zunächst
unter Hochvakuum, bis sichergestellt ist, dass alle Bauteile in der Charge unterhalb der
Solidustemperatur des verwendeten Lotes sind. Hiernach kann der Ofenrezipient mit Schutzgas
geflutet werden (je nach Ofenbauart bis 6 bar Gasdruck) und durch Umwälzen des Gases eine
beschleunigte Abkühlung erzwungen werden. Im Gegensatz zum Durchlaufofen erfahren die
Bauteile je nach Position im Ofen unterschiedliche Abkühlraten. Das T-t-Regime, welchem die
Bauteile in einem Vakuumofen ausgesetzt sind, ist daher stark von der Position der Bauteile
abhängig, sodass Bauteileigenschaften, die empfindlich vom T-t-Regime der Wärmebehandlung
abhängen, auch innerhalb einer Charge stark variieren können.
2.2. Ellipsometrie
Jede Oberfläche tritt in eine physikalische Wechselwirkung mit eingestrahlten Lichtphotonen, die
je nach Eigenschaften des verwendeten Lichtstrahls (Wellenlänge, Polarisierung,
Einstrahlungswinkel) und der Oberflächenbeschaffenheit (Werkstoffart, Rauheit,
Oberflächenbelegung mit anorganischen oder organischen Deckschichten etc.) zu optischen
Erscheinungen wie Reflexion, Absorption, Brechung, Phasenverschiebungen bzw. Drehung der
Polarisationsebene führen.
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