Einfluss der Ag-Basislote auf das Alterungsverhalten reaktiv gelöteter Verbunde aus Keramik und Metall

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Stefanie Wiesner

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Triebkraft für die Entwicklung von komplexen Komponenten wie der Hochtemperaturbrennstoffzelle oder Membransystemen zur Separierung von Gasen ist das umweltpolitische Ziel der Begrenzung der Klimaerwärmung durch eine effizientere Energiegewinnung sowie reduzierte Treibhausgasemissionen. Funktionsträger in diesen Anwendungen sind häufig dünne, ionen- und/oder elektronenleitende Keramiken, die mit metallischen Grundstrukturen verbunden sind, um die mechanische Stabilität der Systeme zu gewähren. Bei der Herstellung dieser Keramik-Metall-Verbunde durch Reactive Air Brazing bilden sich an der Grenzfläche zum metallischen Fügepartner Mischoxide, die während des Einsatzes bei hohen Temperaturen wachsen und die Festigkeit des Lötverbundes reduzieren. Zusätzlich weisen die Lötnähte nach dem Reactive Air Brazing teils eine hohe Porosität auf, die die Gasdichtigkeit der Verbunde reduzieren kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Ansätze zur Anpassung der Lotapplikation und des Lötprozesses entwickelt, um die Porenentstehung durch das Verdampfen organischer Bestandteile der Lotpaste zu reduzieren. Alle Lötverbunde zeigten ein deutliches Alterungsverhalten bei den für die adressierten Hochtemperaturanwendungen typischen Einsatzbedingungen. Beobachtet wurden vor allem deutliche Veränderungen von Schichtdicke, -zusammensetzung und -morphologie der Mischoxidschichten. Zusätzlich kam es zur Bildung und teilweise eine starkem Wachstum neuer Phasen. Der Einsatz des Lotes Ag4Cu4Ni erscheint aufgrund von dünneren und chemisch stabileren Mischoxidschichten als günstig für die Hochtemperaturanwendungen. Ein weiterer Ansatz für eine Begrenzung des Wachstums der Mischoxidschichten könnte die Reduktion der Sauerstoffzufuhr durch eine äußere Beschichtung des Verbundes als Diffusionsbarriere sein.