Integration von Membranen

Mit dem Laser können mehrlagige Aufbauten zur Integration dünner Membranen einfach verbunden werden (Abb. 26). In der oberen Blechlage müssen Vertiefungen vorgesehen werden um den Nahtaufwurf zu kaschieren und Nachbearbeitung vor Auflegen einer weiteren Blechlage zu vermeiden.
   

Abb. 26:    Integration von Palladiummembranen zur Wasserstoffabtrennung mittels Laserschweißen.

Wichtig sind vorherige Untersuchungen zur Rissbildung. Je nach Zusammensetzung des Schmelzbades können z.B. durch die Kombination kubisch-flächenzentrierter und kubisch raumzentrierter Werkstoffen Risse entstehen (Abb. 27).
   

Abb. 27:    Links: Stack aus mikrostrukturiertem Blech (1.4876, austenitisch, 1 mm dick) – geätztem Mikrosieb (1.4767, ferritisch, 50 µm dick) – 12 µm Pd-Membran – Mikrosieb (1.4767, 50 µm dick)- mikrostrukturiertes Blech (1.4876, 1 mm). Rechts: Ersatz von ferritischem Mikrosieb aus 1.4767 durch Mikrosieb aus austenitischem 1.4301, keine Risse, gutes Einlegieren der Pd-Membran.

Oft sind für dünne Membranen zusätzliche Stützstrukturen erforderlich, um Druck und Temperatur zu widerstehen.
Verwendet werden neben Mikrosieben auch Sintermetalle mit angepasster Porosität und Porengröße. Je nach Einsatztemperatur sind Diffusionssperrschichten erforderlich, um Alterung bzw. Zerstörung der Membran zu verhindern. Abb. 28 zeigt ein mittels atmosphärischem Plasmaspritzen mit Zirkonoxid beschichtetes und anschließend zur Integration durchgeschweißtes poröses Sintermetall. Die dünne keramische Schicht wird im Schmelzbad dispergiert und erlaubt eine vakuumdichte Verbindungen.

Abb. 28:    Integration von ZrO2-beschichtetem porösen Sintermetall mittels Laserschweißen.

Für sehr plane Aufbauten sind flache Schweißnähte mit einer gewissen Spaltüberbrückung erforderlich. Durch starke Defokussierung des Laserstrahls können flache breite Nähte erzeugt werden. Die Porosität des Sintermetalls hilft, Nahtaufwürfe zu minmieren (Abb. 29).

Abb. 29:    Links: In Rahmen integrierter Sintermetallsupport, 1mm dick. Rechts: Detail der Laserschweißnaht.