Projektbereich D Lugscheider, Erich 383 Projektbereich D ... - SFB 289
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2.3.2 Aktivlöten<br />
<strong>Projektbereich</strong> D<br />
<strong>Lugscheider</strong>, <strong>Erich</strong><br />
425<br />
Die zentrale Herausforderung bei der Prozessentwicklung ist die Eigenspannungsreduzierung<br />
im keramischen Fügepartner. Dies liegt in den unterschiedlichen thermophysikalischen<br />
Eigenschaften der Fügepartner begründet. Insbesondere die unterschiedlichen<br />
E-Moduli und die verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten<br />
spielen bei der Eigenspannungsinduzierung eine Rolle (s. Tabelle D-7). Besonders kritisch<br />
sind Zugspannungen, die im keramischen Fügepartner induziert werden. Diese<br />
Spannungen können oberhalb der Werkstofffestigkeit liegen und zum Bauteilversagen<br />
führen. Zur Reduktion dieser Eigenspannungen gibt es verschiedene Ansätze. Eine<br />
geeignete Werkstoffauswahl des Lotes, eine konstruktive Anpassung der Fügezonengeometrie,<br />
große Lötspaltbreiten oder eine angepasste Temperaturführung während des<br />
Lötprozesses können zur Eigenspannungsreduzierung führen.<br />
Werkstoff Dichte<br />
[g/cm³]<br />
E-Modul<br />
[GPa]<br />
Al2O3 3,9 380 8,5<br />
Si3N4 3,3 300 3,2<br />
TZM 10,22 320 5,3<br />
1.2343 7,8 210 11<br />
Tabelle D-7: Eigenschaften der untersuchten Grundwerkstoffe<br />
Wärmeausdehnungs-<br />
koeffizient<br />
[10 -6 K -1 ]<br />
Bei geeigneter Aktivlotauswahl kann ein Spannungsabbau durch eine duktile Fügezone<br />
erreicht werden. Dazu werden duktile Grundwerkstoffe wie Cu oder Ag bzw. deren<br />
Legierungen für die Lotentwicklung verwendet. Die höhere Duktilität führt zu einem<br />
Abbau thermisch induzierter Spannungen. Dies hat einen positiven Effekt, der sich in der<br />
Abkühlphase des Lötprozesses bemerkbar macht. Für die durchgeführten Untersuchungen<br />
wurden zwei Aktivlote auf Silber-Kupfer-Basis verwendet (s. Tabelle D-8). Als grenzflächenaktives<br />
Element war den beiden Lotsystemen Titan zugemischt. Um keine<br />
Versprödung der Fügezonen durch zu hohe Titangehalte zu erhalten, wurde ein maximaler<br />
Titangehalt von 3 Gew.% eingesetzt. Ag-Cu-Basislote zeichnen sich durch eine sehr hohe<br />
Duktilität aus. Gleichzeitig weisen diese Lote eine hohe Aktivität der<br />
Aktivlotkomponenten auf. Dadurch konnte eine verbesserte Benetzung der keramischen<br />
Komponente erzielt werden. In Untersuchungen der Fügezonen konnte die gute Anbindung<br />
zwischen keramischer und metallischer Fügekompenente nachgewiesen werden.
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