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Theoretische Grundlagen, Konzepte und Entwicklungsstrategien 33

Für gemischte Komponenten wie z.B. Glaskomposite, bei denen die jeweiligen

Phasen einen bekannten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, kann man

die thermische Ausdehnung des Komposites ebenfalls aus der Addition aller

individuellen Phasen [Don 1993]; [Kin 1991] entsprechend Gleichung 3-2 berechnen.

Gl. 3-2.

Glaskeramik =

Hier bezeichnet i den Ausdehnungskoeffizient der einzelnen Phasen i in der

Glaskeramik, Ki entsprechend einem Modulusfaktor, Wi der Gewichtfraktion und i

die Dichte der jeweiligen Phase.

(i

KiWi

/i

)

(K W / )

i

Eine größere Prozesssicherheit und eine wesentlich größere Variationsbreite der

Entwicklung lassen sich durch Zumischen einer festen Phase in das pulverisierte

Glaslot erzielen. Dabei ist es entscheidend, dass die Identität dieser Phase beim

Erweichen des Glaslotes erhalten bleibt und nicht etwa durch eine chemische

Reaktion umgewandelt wird. Ein bewährtes Konzept basiert auf dem Zumischen

eines Metallpulvers zum Glaslot. Abbildung 3-1 demonstriert, wie durch die Variation

des Massenverhältnisses von Glaslot zu Metallpulver (auxilliary Metall) eine optimale

Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an ein vorgegebenes

Substrat (Stahl) erzielt wird [Ver 2004]. Hierbei ist der so hergestellte Schicht oder

Füge auch elektrisch isolierend.

Ein anderes Konzept, welches in dieser Arbeit entwickelt und dargestellt wird,

besteht darin, aus der Literatur eine geeignete Phase mit großer Ausdehnung

auszuwählen, diese im kristallinen Zustand zu präparieren und dann analog zum

obigen Beispiel einem Glaspulver, bezeichnet als Glasmatrix, zuzumischen. Um den

Bestand dieser Phase während des Fügevorganges zu garantieren, kann man einen

thermodynamischen Bestand gewährleisten, indem das Glaspulver aus eben diesem

Zusammensetzungsbereich ausgewählt wird, in dem die oben erwähnte kristalline

Phase koexistiert. Dabei kann diese kristalline Phase, als Füllstoff bezeichnet, im

beliebigen Massenverhältnissen zugesetzt werden, was eine zugeschnittene

Einstellung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten sehr erleichtert.

i

i