Geschäftsbericht 2012 - DVS

5 Die Fachausschüsse der Forschungsvereinigung | FA 7
Forschungsbilanz Beispiel 2 – Ergebnistransfer und Umsetzung im Vorhaben:
Industrielle Nutzung des Reactive Air Brazings zum Fügen von leckdichten
Keramik-Keramik- und Keramik-Metall-Verbunden
(IGF-Nr. 16.871 N / DVS-Nr. 07.064)
Laufzeit: 1. Januar 2011 bis 31. Dezember 2012
Prof. Dr.-Ing. K. Bobzin, Institut für Oberflächentechnik, Aachen
Um das Reactive Air Brazing (RAB) besser industriell zum Fügen
von leckdichten Keramik-Keramik- bzw. Keramik-Metall-Verbunden
nutzen zu können, wurde einerseits die Porosität
mittels in-situ-Beobachtungen (Bild 40) erforscht und
optimiert. Andererseits wurden verschiedene Werkstoffe sowie
Prozesse auf ihre Eignung für das RAB hin untersucht sowie die
Eigenschaften der RAB-Verbindungen charakterisiert.
Der Großteil der in den RAB-Lötnähten von Al 2
O 3
-Verbunden
auftretenden Porosität entsteht bei niedrigen Temperaturen
durch den verdampfenden Binder. Beim Aufschmelzen und Erstarren
verändert sich die Porosität kaum. Eine Reduktion des
Binderanteils bzw. das Trocknen der Paste vor dem Lötprozess
verhindert die Entstehung der Poren. Bei Loten mit höherem
Cu-Anteil schließen sich die binderbedingten Poren zum Teil
vollständig durch das flüssige Lot, wenn auf eine Haltezeit beim
Aufheizen verzichtet wird. Grund dafür ist der niedrige Benetzungswinkel
in Kombination mit Binderresten auf dem Grundwerkstoff.
Beim Stahl X1CrTiLa22 kommt es zudem bei Temperaturen
um 1.000 °C zur Entstehung weiterer Poren durch die
Reaktion des Cu-Mischoxids, das sich auf dem Stahl gebildet
hat. Unter Berücksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse
konnten mit ausgewählten Loten leckdichte Verbindungen erstellt
werden.
Das RAB eignet sich als Fügeverfahren für ein weites Feld an
keramischen und metallischen Werkstoffen. RAB-Verbunde
wurden auch mittels Induktion hergestellt. Die Festigkeiten
bzw. das Verhalten bei der Alterung hängt stark von den verwendeten
Lot- und Grundwerkstoffen ab. Die hierzu bereitgestellten
Daten können ein wichtiges Hilfsmittel für den qualifizierten
Einsatz des RAB in der Industrie bilden.
Bild 40: In-situ-Beobachtung der
Porositätsentwicklung; Saphir-Al 2
O 3
-
Verbund gelötet mit Ag8Cu-Lotpaste;
Löttemperatur: 1050 °C;
Lötzeit: 20 Minuten, Heizrate: 10 K/min,
keine Haltezeit
Stimmen aus der Anwendung
Dr.-Ing. Harald Krappitz, Geschäftsführung,
Innobraze GmbH, Esslingen:
„Die Ergebnisse der durchgeführten Arbeiten im Rahmen des
oben genannten IGF-Projektes haben wesentlich dazu beigetragen,
ein tieferes Verständnis des RAB-Prozesses zu erlangen
und haben uns ermöglicht, gezielt Maßnahmen gegen Benetzungsfehler
und Porositäten in den Lötverbindungen zu
ergreifen. Wir sind somit in der Lage, einen Beitrag zur Lösung
dieser anspruchsvollen fügetechnischen Aufgabe zu leisten
und damit die Elektromobilität zu fördern. Mit unserem
Knowhow-Vorsprung sind wir ein gefragter Entwicklungspartner
der Automobil-Zulieferindustrie geworden.“
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