T °C - JuSER - Forschungszentrum Jülich

20 Stand des Wissens
zwei entscheidenden Faktoren abhängig, zum einen dem Kontaktmaterial, zum
anderen den Einsatzbedingungen (Atmosphäre, Temperatur). Speziell bei glasigen
Loten ist die Alterung relativ langsam wenn angenommen wird, dass die
Einsatztemperatur deutlich unterhalb der Transformationstemperatur liegt. Hierbei
spielt die Temperaturwechselbeständigkeit eine geringe Rolle.
Glaskeramische Lote
Der Begriff Glaskeramik bezeichnet ein ebenfalls anorganisches Schmelzprodukt,
welches bei der Abkühlung zunächst glasig erstarrt und anschließend durch eine
Wärmebehandlung weitgehend kristallisiert (hohe Keimbildungsgeschwindigkeit im
Transformationsbereich sowie hohe Kristallisationsgeschwindigkeit dicht oberhalb
dieses Bereiches) [Sac 1965]. Ihre Herstellung erfolgt i.a. über die Kristallisation von
Gläsern. Erst nach oder während dem Lötprozess unterscheidet man zwischen
glasigen und glaskeramischen Loten. Glaskeramische Lote werden auch als
kristallisierende Glaslote bezeichnet. Man redet von kristallisierenden Glasloten,
wenn das Glas zumindest zum Teil in einem kristallinen Zustand übergeht. Ein
amorphes thermodynamisch instabiles Glas kristallisiert oberhalb von der
Transformationstemperatur Tg in einen thermodynamisch stabilen Zustand. Dieser
Vorgang verhält sich entsprechend dem aus der Werkstoffkunde bekannten
Verhalten von Zeit, Temperatur und Umwandlung (analog zu ZTU-Diagramm), hier
im speziellen ist er zeit-, temperatur- und keimbildungsabhängig. Dieser Prozess
kann unter speziellen Temperprogrammen entweder durch eine gezielte und
angepasste Zusammensetzung oder durch Verwendung spezifischer Keimbildner
gesteuert werden. Im Wesentlichen soll eine gesteuerte Kristallisationskinetik
hervorgerufen werden. So verursacht z.B. die Zugabe von geeigneten Keimbildnern
wie Metallen, Oxiden, Metall-Halogenide oder Metall-Sulphiden eine Kristallisationszunahme.
Die am häufigsten verwendeten Keimbildner bei silicatischen Systemen
sind TiO2, ZrO2, P2O5 und MoO3 [Don 1993]; [Pin 1991]. Diese bilden entweder einen
kleinen Kristall mit den Glaskomponenten, das bedeutet, sie dienen diesen als
Kristallisationskeim, welcher bei der Erhöhung der Temperatur die kristallisierende
Phase wachsen lässt. Im Gegensatz zu diesen Pulverglas-Keramik-Prozessen,
erfolgt die Kristallisation bei konventionellen Gläsern auf der äußeren Oberfläche und
wächst nach innen. Hier spricht man von Oberflächen Kristallisation (OF-
Kristallisation); dabei steigt die Viskosität im Verlauf der Kristallisation um mehrere
Größenordnungen an, so dass weitere Fließvorgänge unterdrückt werden.
Demzufolge wird das am Anfang amorphe Lotmaterial nach viskoser Sinterung
gezielt kristallisiert. Hierbei wird eine Festigkeitszunahme erreicht. Es bildet sich
dabei eine Spannungskonzentration aufgrund der Bildung einer breiten Anisotropie
der Kristalle. In diesem Zusammenhang kann eine Kontrolle des Kristallisations-