Nickelreaktivlot / Oxidkeramik-Fügungen als elektrisch ... - JuSER

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Weiterentwicklung der Isolationskeramiken derzeit im ZeuS-Projekt primär verfolgt. Bei den
PVD-Beschichtungen stehen dabei die Kombination von Substratbehandlungen mit
lotinfiltrationsstoppenden Mehrfachbeschichtungen sowie die reproduzierbare Herstellung von
Originalbauteilen im Vordergrund. Als Alternative konnte der Funktionsnachweis von
freitragenden MgO-Substraten erbracht werden, welche die Anforderungen der SOFC-APU gut
erfüllen. Potenzial besteht bei ihnen in der Verbesserung des Sinterverhaltens sowie einer
Reduzierung der Porosität der MgO-Keramikfolien. Eine Aussage über das Leistungsvermögen
von SOFC-APU-Stacks mit per Ni102+2TiH 2 gefügten freitragenden MgO-Substraten liefert der
noch ausstehende Stack-Prüfstandsversuch, der aus Kapazitätsgründen während dieser Arbeit
nicht mehr ausgeführt werden konnte.
Zusammenfassend konnte die Einsetzbarkeit von Nickelreaktivloten durch die Zumischung von
TiH 2 oder ZrH 2 zu Ni102 sowie der Doppelllotdruck von CuTi oder CuZr in Kombination mit
Ni102 und der Lötung von Titanmetallisierungen zum Fügen von Oxidkeramiken an
Modellgeometrien und einzelnen Kassetten des aktuell verfolgten Zeus-CSZ-Designs aufgezeigt
werden. Ein weiteres Entwicklungspotenzial besteht bezüglich
der Modifikation der Basis-Legierungszusammensetzung, um die Sensitivität gegenüber dem
Lötprozess zu senken sowie die thermische Wärmeausdehnung noch exakter an die Keramik
anzupassen,
der Optimierung der Fügegeometrie durch die Untersuchung der im Stack auf die
Verbindung einwirkenden mechanischen Kräfte, dem Verständnis der Versagensmechanismen
und anschließender Umsetzung in einem „lötgerechten Design“ sowie
der Entwicklung von Konzepten zur Umsetzung im großtechnischen Produktionsmaßstab.
Das Ziel der Arbeit wurde mit der Entwicklung eines Nickellotsystems mit Reaktivkomponente,
welches unter SOFC-Bedingungen eine hochohmige und korrosionsstabile Abdichtung
zwischen den Interkonnektoren des CSZ-SOFC-APU-Designs sicherstellt, erreicht.
Basierend auf den Versuchen zur Optimierung der Fügung von Crofer 22 APU mit MgO-
Keramiken mittels Nickelreaktivloten sowie der Untersuchung der Eignung dieser Verbindungen
als Dichtungskonzept in SOFC-APU-Stacks, wird die Weiterentwicklung der Kombination
Ni102+2TiH 2 mit EBPVD-MgO-Beschichtungen auf oberflächenbehandelten Crofer 22 APU-
Substraten empfohlen.