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

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2.2 Stoffschlüssiges Fügen von Metall und Keramik
Die Entwicklung von Technologien, um Metalle und vormals Steingut, Edelsteine, später
Naturkeramiken und schließlich technische Keramiken fest miteinander verbinden zu können, ist
seit jeher eine elementare Aufgabe bei der Herstellung von Schmuck und funktionsoptimierten
Gebrauchsgütern. Dabei ist diese Verbindung nicht unproblematisch, da die sehr
unterschiedlichen Oberflächenenergien der Materialien einfache stoffschlüssige Fügeverfahren,
wie das Verlöten mit metallischen Schmelzen oder die Verwendung von Klebstoffen, nicht ohne
weiteres zulassen. Folgerichtig stellten form- und kraftschlüssige Verbindungen, wie
beispielsweise an Holzstangen gebundene Steinsplitter oder in Edelmetalllegierungen filigran
eingearbeitete Edelsteine, in der frühen Zivilisationsgeschichte bedeutende Praktiken dar [62].
Neuzeitliche technische Anwendungen, welche beispielsweise in der Turbinen- oder
Reaktortechnik zu finden sind, erfordern jedoch oftmals zusätzlich eine technische Dichtigkeit
gegenüber fluiden und gasförmigen Medien bei hohen Drücken oder hohe Resistenzen
gegenüber mechanischen Belastungen. Da diese mit den herkömmlichen Technologien nicht
erfüllt werden konnten, wurden im 20. Jahrhundert Verfahren entwickelt, um feste
stoffschlüssige Fügungen zu realisieren. Deren Einteilung ergibt dabei folgende anschauliche
Gliederung (in Anlehnung an [63 - 65]), wobei anzumerken ist, dass häufig erst die Kombination
mehrerer Prinzipien zu technisch geeigneten Lösungen führt:
Fügen von
Metall und Keramik
formschlüssig stoffschlüssig kraftschlüssig
Glaslöten
& Kleben
Diffusionsschweißen
Metallisierung der
Keramik & Metalllöten
Direktes Metalllöten
(Reaktivlöten)
Abb. 2-6: Systematische Einordnung der Prinzipien und Technologien zum Fügen von Metall und Keramik mit
Schwerpunkt auf den stoffschlüssigen Verfahren (in Anlehnung an [63 - 65]).
Die Auswahl der zum Anforderungsprofil und der Keramik passenden Verfahren ist in den
meisten Fällen stark eingeschränkt. Im Folgenden werden die wesentlichen Ansätze vorgestellt
und anhand von Beispielen deren Anwendungsgebiete erläutert. Der Schwerpunkt liegt aufgrund
der Relevanz für die vorliegende Arbeit auf dem direkten Metalllöten (Reaktivlöten).
Glaslöten und Kleben
Das Verkleben von Metallen und Keramiken beruht auf der Ausbildung von Adhäsionskräften
zwischen dem Klebstoff und den Substratoberflächen. Aufgrund der differierenden
Oberflächenenergien muss die häufig jedoch unzureichende Benetzbarkeit der metallischen
oder keramischen Oberflächen durch aufwändige Verfahren wie beispielsweise Beizen zuvor
verbessert werden [66]. Überwiegend werden als Klebstoffe Cyanacrylate, Elastomere, Phenol-,
Epoxid- oder Silikonharze eingesetzt, die wegen ihres organischen Aufbaus jedoch nur bis circa
250°C einsetzbar sind [63]. Für Anwendungen mit höheren Einsatztemperaturen wurden zum