Modifizierte Nanopasten für prozesstechnisch druckloses Nanofügen im konstruktiven Bereich

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Susann Hausner
• Fachliche Zuordnung: Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496163747

Das Fügen mit Nanopartikel (Nanofügen) stellt eine vielversprechende Alternative zu klassischen Lötverfahren dar. Die gegenüber makroskopischem Massivmaterial abgesenkte Sinter- und Schmelztemperatur der Nanopartikel ermöglicht verringerte Fügetemperaturen, sodass das Nanofügen verschiedene Vorteile mit sich bringt. Jedoch ergeben sich mit diesem Fügeverfahren auch neue Herausforderungen. So müssen hohe Drücke während des Fügeprozesses auf die zu verbindenden Flächen aufgebracht werden, um ausreichende Verbindungsfestigkeiten zu erzielen, was die Flexibilität und Anwendbarkeit des Nanofügens einschränkt. Um den Nachteilen einer Druckaufbringung zu begegnen, wird in diesem Vorhaben das Ziel verfolgt, die gewünschten Eigenschaften einer Nanofügeverbindung gänzlich ohne bzw. zumindest unter deutlich reduziertem Fügedruck zu erreichen. Damit wären mehr Freiheiten in der Gestaltung der Fügegeometrie möglich, Anlagentechnik und Prozessabläufen würden vereinfacht und auch mechanisch empfindliche Bauteilstrukturen könnten gefügt werden.Ausgangspunkt der Untersuchungen sind Ni-Nanopasten, die für Fügeaufgaben im konstruktiven Bereich eingesetzt werden können. Im beantragten Vorhaben wird ein Konzept vorgestellt, in dem der Metallanteil der Nanopasten um eine Komponente erweitert wird, die bei der Fügetemperatur in Flüssigphase vorliegt. Dadurch soll vor allem die Porosität in der Fügenaht verringert sowie die Anbindung der Nanopartikel untereinander und zum Grundwerkstoff verbessert werden. Mithilfe der schmelzflüssigen Phase wird also eine Mikrostruktur angestrebt mit der im Idealfall ohne prozesstechnischen Fügedruck ausreichend hohe Verbindungsfestigkeiten erreicht werden können. Durch eine gezielte Auswahl dieser Komponente nach dem Mischungsverhalten mit Nickel kann durch eine in situ Legierungsbildung eine hohe Wiederaufschmelztemperatur und damit eine hohe Einsatztemperatur der gefügten Baugruppe gewährleistet werden. Die grundsätzliche Realisierbarkeit dieses Konzepts wird anhand eigener Vorarbeiten dargelegt. Darüber hinaus soll durch grundlegende Untersuchungen ein Modell geschaffen werden, welches ein besseres Verständnis zum Einfluss des Fügedruckes auf die Mikrostruktur und die Verbindungsfestigkeit erlaubt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen