T °C - JuSER - Forschungszentrum Jülich
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Theoretische Grundlagen, Konzepte und Entwicklungsstrategien 31<br />
3.2. Konzepte zur Steuerung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten von<br />
Lotmaterialien<br />
Der thermische Ausdehnungskoeffizient ist eine der wichtigsten thermomechanischen<br />
Eigenschaften die bei jedem Fügeprozess abzugleichen ist. Wie oben<br />
in Kapitel 2, Abschnitt 2.1.3 erwähnt, kann bereits ein geringerer Unterschied<br />
zwischen Fügematerial und Fügepartner zum Bruch und letztendlich zur<br />
Undichtigkeit der gefügten Komponenten führen.<br />
Allgemein ist der thermische Ausdehnungskoeffizient definiert als Längenänderung<br />
eines Substanzs in Abhängigkeit von der Temperatur. Zur Quantifizierung des<br />
thermischen Ausdehnungskoeffizients wird zum einen der linear thermische<br />
Ausdehnungskoeffizient, zum anderen der Volumen Ausdehnungskoeffizient<br />
verwandt. Diese werden detaillierter im Kapitel 4., Abschnitt 4.1.3 beschrieben.<br />
Zur Berechnung bzw. Steuerung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten werden<br />
mögliche Ansätze vorgeschlagen. In diesem Abschnitt werden verschiedene<br />
Strategien zur Berechnung bzw. Steuerung der Ausdehnungskoeffizienten dargestellt.<br />
3.2.1. Steuerung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten durch rechnergestützte<br />
Werkzeuge<br />
Zahlreiche rechnergestützte Werkzeuge zur Steuerung des thermischen<br />
Ausdehnungskoeffizienten haben in den letzten Jahren einen erheblichen Forschritt<br />
zu verzeichnen. Darunter hat sich das Programm SCIGLASS ® etabliert, welches in<br />
vielen Fällen die thermischen Ausdehnungskoeffizienten semi-empirisch berechnet.<br />
Dabei wird mithilfe eine Datenbank, welche mit experimentellen Daten gefüllt wird,<br />
approximative Werte bezüglich thermomechanischen Eigenschaften berechnet.<br />
Diese Berechnungen werden mit Modellen von Winkelmann & Schott, Lakatus, A.<br />
Fluegel und Appen durchgeführt [Win & ScH 1894]. Die daraus resultierenden<br />
Ergebnisse dienen nur der Orientierung und werden dementsprechend nicht als<br />
absolute Werte angenommen.<br />
3.2.2. Steuerung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten durch gezielte<br />
Kristallisation geeigneter Phasen<br />
Der Ausdehnungskoeffizient lässt sich in Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung<br />
abschätzen, indem für jedes zugefügte Oxid ein Faktor j festgelegt wird,<br />
der mit dem Anteil xj in mol.-% des Oxides multipliziert wird (siehe Gleichung 3-1).<br />
Gl. 3-1.<br />
<br />
20−300 = <br />
j<br />
xj·j
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