View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich
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Ergebnisse und Diskussion<br />
60<br />
M Schicht<br />
M Träger<br />
F Schicht<br />
F Träger<br />
F Schicht<br />
F Träger<br />
MSchicht<br />
M Träger<br />
Abb. 3.25 Auftretende Kräfte und Momente zwischen Träger und Membranschicht nach<br />
dem gemeinsamen Sintern (co-firing).<br />
Während der Sinterung und beim Abkühlen kommt es infolge der auftretenden Kräfte zur<br />
Krümmung der Membran. Die Krümmung ist dabei eine Funktion der verschiedenen Dehnungs-<br />
bzw. Schwindungssanteile. Hierbei kommt es neben Sinterschwindung � Sinter , zu einer<br />
elastischen Dehnung � el , einer Kriechdehnung � Kriech , sowie der thermischen Dehnung<br />
� � �[VASS98]. Die thermische Dehnung ist für die Krümmung dieser Verbunde unbedeutend,<br />
da Träger und Membranschicht aus dem gleichen Material bestehen. Besonders bei Temperaturen<br />
oberhalb von 800°C zeigt BSCF eine hohe Kriechrate [RUTK11]. Geht man davon<br />
aus, dass Druckspannungen in die Membranschicht durch die höhere Sinterschwindung des<br />
Trägers eingebracht werden, so ist die Druckspannung umso höher, je dünner die Membranschicht<br />
ist. Durch die hohe Kriechrate werden diese Spannungen teilweise wieder abgebaut,<br />
weshalb Krümmungen mit der Schichtdicke abnehmen.<br />
3.4.3 Aktivierungsschicht<br />
Der Sauerstofftransport durch die Membranschicht kann durch eine Verringerung der Membranschichtdicke<br />
nach Gleichung ( 2.8 ) gesteigert werden. Erfolgt der Sauerstofftransport<br />
durch die Membranschicht schneller als der Ablauf der Oberflächenaustauschvorgänge an<br />
der Membranoberfläche, so werden diese für den Sauerstofftransport limitierend (Vergleich<br />
Kapitel 2.3.2). Um eine Limitation durch die Oberflächenaustauschvorgänge zu minimieren,<br />
wurde die geometrische Oberfläche der Membran erhöht. Hierzu dient eine poröse siebgedruckte<br />
Schicht aus BSCF. Für die Herstellung der Schicht wurde die in Kapitel 2.5.2 beschriebene<br />
Siebdruckpaste verwendet. Um die geometrische Oberfläche während der Wärmebehandlung<br />
zu erhalten, erfolgte der Siebdruck der Aktivierungsschicht auf vollständig<br />
gesinterten Membranen. Hierdurch wird eine zusätzliche Verdichtung durch die Schwindung<br />
der Membran vermieden.
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