Löten von Keramikwerkstoffen an Luft
Final Report Abstract
Durch die partielle Oxidation der Aluminiumschmelze und eine Diffusion über eine lange Lötzeit von mehreren Stunden ist es möglich, Keramiken mit Aluminium als Lotfolie an Luft zu fügen, wobei je nach Zeit und Temperatur eine duktile Al-Matrix des Lötgutes bestehen bleibt. Durch die Zugabe von Silber konnte die Schmelztemperatur des Lotes und damit die notwendige Lötzeit und Löttemperatur reduziert werden. Unterstützend konnte hier zudem die Verwendung von Bismut als Bildner eines niedrigschmelzenden Oxids, das ggf. durch eine Infiltration der Keramik eine erleichterte Anbindung ermöglichen kann, wirken. In Summe konnte so die notwendige Löttemperatur auf 700 °C verringert werden. Die entsprechenden Effekte spiegelten sich zudem im mittels DSC untersuchten Schmelzverhalten als auch in den mittels XRD nachgewiesenen Phasen wieder. Sowohl Al2O3, MgO, Si3N4 als auch AlN konnte erfolgreich mit unterschiedlichen entwickelten Aluminiumbasierten Loten gelötet werden, wobei Festigkeit von über 50 MPa erreicht wurden. Mit dem Lot Al10Ag war es zudem erstmals möglich X5CrNi18-10, der im konventionellen RAB-Prozess mit Ag-Basis-Loten aufgrund der zu starken Verzunderung nicht lötbar ist, an Luft an Al2O3 zu löten. Wenngleich für einen technischen Einsatz hier noch weitere Prozessoptimierungen notwendig sind, zeigt dies deutlich das Potential des Verfahrens, um auch in Hinblick auf Leichtmetalle neue Möglichkeiten zum Fügen von Keramik-Metall-Mischverbunden zu schaffen. Weiterhin stützten die Forschungsergebnisse auch die Kenntnisse zu den Wirkprinzipien des in der Regel sonst mit Silberbasis-Loten ausgeführten RAB- Verfahrens. Einerseits zeigte sich auch in den hier durchgeführten Untersuchungen, der Benetzung, Anbindung und Infiltration der Keramik fördernde Effekt von im Lot entstehenden niedrigschmelzenden Oxiden. Andererseits zeigte sich auch, dass sowohl Aluminium- als auch Silberoxide, die im schmelzflüssigen Lot vorliegen bzw. entstehen, selbst aber eine höhere Schmelztemperatur oberhalb der Löttemperatur aufweisen, u.a. durch Diffusionseffekte eine Anbindung des Lotes an Keramiken ermöglichen können. Dies korreliert damit, dass beim konventionellen RAB Ag0.5Al-Lot trotz eines eher schlechten Benetzungsverhaltens sehr erfolgreich eingesetzt werden kann.
Publications
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Löten von Keramiken mit Metall-Metalloxid-Loten an Luft. In: B. Wielage (Ed.), Tagungsband: 11. Werkstofftechnisches Kolloquium, Chemnitz, 2008
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Reactive Air Brazing as a Joining Technology for Solid Oxide Fuel Cells. Fuel Cells Science & Technology Conference, Kopenhagen, 2008
Bobzin, K.; Schläfer, T.; Schlegel, A.; Kopp, N.
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Reactive Air Brazing – Optimizing parameters and analysing of reaction mechanisms. Proceedings: 4th International Brazing and Soldering Conference, April 26-29, 2009, Orlando, USA
Bobzin, K.; Schläfer, T.; Schlegel, A.; Kopp, N.
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Brazing of ceramic-to-ceramic and ceramic-to-metal joints in air. In: Frontiers of Mechanical Engineering in China 2010,5(2), S.125-129
Bobzin, K.; Schläfer, T.; Zhao, L., Kopp, N.; Schlegel, A.
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Konturtreue Lote zum Fügen von Keramik an Luft. LÖT 2010, Aachen, 15-17.06.2010; Tagungsband: DVS Berichte Band 263, 2010
Bobzin, K.; Schläfer, T.; Kopp, N.
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Brazing of Ceramics with Aluminum Based Filler Metals in Air. Proceedings: 5th International Brazing and Soldering Conference, April 22-25. 2012, Las Vegas, USA
Bobzin, K.; Bagcivan, N.; Kopp N.
