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Reaktives Diffusionslöten von Keramik an Stahl mittels Zr–Cu–Zr‐ und Zr–Ni–Cu–Zr‐Schichten für Anwendungen im Hochtemperaturbereich
Author(s) -
Tillmann W.,
Pfeiffer J.,
Wojarski L.,
Indacochea J.E.
Publication year - 2014
Publication title -
materialwissenschaft und werkstofftechnik
Language(s) - German
Resource type - Journals
SCImago Journal Rank - 0.285
H-Index - 38
eISSN - 1521-4052
pISSN - 0933-5137
DOI - 10.1002/mawe.201400267
Subject(s) - chemistry , metallurgy , materials science , nuclear chemistry
Das Diffusionslöten stellt ein Verfahren dar, bei welchem im Vergleich zum Diffusionsschweißen erheblich niedrigere Temperaturen und Drücke zu ähnlich hochwertigen Verbunden führen können. Eine Bildung der als Lot verwendeten Flüssigphase beruht auf chemischen Prozessen bei konstanter Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur der eigentlichen Fügepartner. Erreicht wird dieses dadurch, dass durch eine Interdiffusion der zu fügenden Werkstoffe an der Grenzfläche Legierungen entstehen, deren Schmelzpunkte unterhalb der Fügetemperatur liegen. Voraussetzung hierfür ist jedoch die Bildung einer niedrigschmelzenden Legierung und zudem eine gute Löslichkeit des Lot‐Werkstoffes im Substrat. Im Rahmen der in diesem Beitrag vorgestellten Untersuchung wird ein Ansatz verfolgt, bei dem die temporär bestehende Schmelze Anteile eines reaktiven Elements enthält und somit den keramischen Fügepartner benetzt. Die Möglichkeiten dieses Vorgehens werden am Beispiel von Yttrium stabilisiertem Zirkonoxid und den Hochtemperaturbeständigen Stahl Crofer ® 22 APU (1.4760) analysiert. Das Fügen dieser Werkstoffpaarung stellt in der Anwendung in Festoxidbrennstoffzellen, aufgrund z. B. der hohen Betriebstemperaturen sowie der oxidierenden und reduzierenden Atmosphäre, immer noch eine Herausforderung dar. Die in dieser Untersuchung vorgestellten Lotsysteme basieren auf dem Aktivelement Zirkon, welches zusammen mit Kupfer und/oder Nickel das Reaktionslot bildet. Hierzu werden in allen Systemen vorliegende niedrigschmelzende eutektische Bereiche genutzt. Die verwendeten Lotwerkstoffe wurden einerseits mit physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) auf die Substrate appliziert. Andererseits sind bei der Verwendung von Nickel auch 75 µm dicke Folien zum Einsatz gekommen. Die Verbunde wurden im Vakuum bei verschiedenen Haltezeiten und Temperaturen hergestellt. Als weiterer Parameter wurde auch das Verhältnis der Dicke der einzelnen Schichten betrachtet. Neben mikrostrukturellen Untersuchungen mittels Licht‐ und Rasterelektronenmikroskopie werden die Härteverläufe in der Fügezone sowie erste Scherversuche mit anschließender Fraktographie präsentiert.