Nickelreaktivlot / Oxidkeramik-Fügungen als elektrisch ... - JuSER
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90<br />
1000<br />
Schälfestigkeit [N/cm] .<br />
750<br />
500<br />
250<br />
0<br />
Lot<br />
Keramik<br />
Prozess<br />
Ni102<br />
+ 5TiH 2<br />
Ni102<br />
+ 5ZrH 2<br />
Ni102 &<br />
Cu10Ti dünn<br />
Ni102 &<br />
Cu13Zr dünn<br />
Ni102<br />
+ 5TiH 2<br />
Ni102<br />
+ 5ZrH 2<br />
Ni102 &<br />
Cu10Ti dünn<br />
Ni102 &<br />
Cu13Zr dünn<br />
MgO-Beschichtung (EBPVD, 6 μm)<br />
MgO-Substrat (F.-g., 200 μm)<br />
T max 1070°C / 15 min Haltezeit bei Tmax / Hochvakuum 10 -4 mbar (Grafitofen) / ~ 50 kPa Fügepressung<br />
Abb. 6-39: Während die Schälfestigkeit der Fügungen mit MgO-Substrat durch den Ersatz von Titan mit Zirkon<br />
abnimmt, nimmt die Schälfestigkeit in Kombination mit den MgO-Substraten zu {Fügung: Crofer 22 APU / MgO-<br />
Beschichtung / Ni102+5ZrH 2 / Crofer22APU Schälversuch: statistischer Mittelwert ( ), schlechtester Wert ( ) & bester<br />
Wert ( )}.<br />
6.4 Bewertung der titan- und zirkonaktivierten Ni102-Lotsysteme<br />
Alle getesteten Applikationsvarianten führen nach dem Fügeprozess (Lötzyklus 3) reproduzierbar<br />
zu festen Verbindungen von Crofer 22 APU und MgO-Keramikoberflächen. Die Gasleckage von<br />
Gasdichtigkeitsproben (9,26 cm Lotnahtlänge) liegt mit 25 mbar Überdruck in Kombination mit<br />
einer MgO-Beschichtung unter 0,01 ml/min; in Kombination mit MgO-Substraten, vermutlich<br />
bedingt durch die hohe Porosität der Keramiken, zwischen 0,05 und 0,8 ml/min (25 mbar<br />
Innenüberdruck). Mit 10 11 Ω*cm 2 ist die <strong>elektrisch</strong>e Isolation durch die MgO-Substrate dafür<br />
sehr gut. Lokale Beschichtungsfehlstellen führen dagegen bei nahezu allen getesteten<br />
Fügungen mit MgO-Beschichtung zum Kurzschluss (< 48 Ω*cm 2 ) der Fügungen.<br />
Wird <strong>als</strong> Aktivierungselement Titan eingesetzt, kommt es unabhängig von dessen Applikation zur<br />
Ausbildung einer dünnen, zusammenhängenden Ti-Mg-O-haltigen Reaktionszone zwischen der<br />
<strong>Oxidkeramik</strong> und der Nickellotmatrix, welche jedoch lokal durch eine feine „Nanoporosität“<br />
gestört wird. Bei den zirkonhaltigen Reaktivlotvarianten bildet sich dagegen keine klassische<br />
Übergangsschicht aus. Sie weisen dennoch eine lückenlose Benetzung der Keramik durch die<br />
Nickel-Zirkon-Reaktivlote auf. Ihr Phasenbestand besteht in Keramiknähe aus NiZrSi-haltigen<br />
Phasen in einer NiCrFe-Matrix. Bei dem direkten Vergleich der Schälfestigkeiten zeigen die<br />
Varianten mit Titanaktivierung in Kombination mit der MgO-Beschichtung bessere Ergebnisse –<br />
mit dem freitragenden MgO-Substrat besitzen dagegen die zirkonhaltigen Lotsysteme eine<br />
höhere Festigkeit. Erklärbar ist diese starke Substratabhängigkeit durch unterschiedliche<br />
Kraftübertragungsmechanismen, da auf der vergleichsweise glatten MgO-Beschichtung
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