Reaktivlöten

Sauerstoffionenleitende Membranen aus Keramiken mit einer Perowskitstruktur wie Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3-d (BSCF) können zur energieeffizienten Abscheidung von hochreinem Sauerstoff aus der Luft genutzt werden. Für einen zuverlässigen Betrieb der Membranen bei Arbeitstemperaturen um 800°C, wird eine Fügung der Membranen an metallische Komponenten benötigt. Als ein geeignetes Verfahren für diese Werkstoffkombination wurde das Reaktivlöten an Luft identifiziert. Lötverfahren im Vakuum sind aufgrund der thermodynamischen Instabilität des BSCF bisher nicht erfolgreich. Beim Reaktivlöten mit Ag-Cu-Loten an Luft wird die Benetzung der Keramik durch Reaktionen von CuO mit der Keramik ermöglicht. Gleichzeitig können die Reaktionen zu einer Schädigung der Keramik führen, zusätzlich bilden sich Oxidschichten zwischen Lot und Stahl. Versuche belegen, dass sowohl die Diffusionsschicht in der Keramik als auch die Reaktionsschicht zwischen Lot und Stahl eine Festigkeitsverminderung bewirkt. Das primäre Ziel des Vorhabens zusammen mit dem Projektpartner IWM, ist die Entwicklung einer Methodik für die quantitative Vorhersage der Schädigung in den Diffusionsschichten reaktivgelöteter Keramik-Stahl-Verbunde. Der erste Schritt ist eine vereinfachte thermodynamische Modellierung des Systems. Darauf aufbauend soll in einer Gefügesimulation die Mikrostruktur (Kornstruktur, Phasenanteil- und Verteilung) sowohl in der Reaktionsschicht als auch im Lot in ihrer räumlichen und zeitlichen Entwicklung abgebildet werden. Die berechneten Gefüge dienen als Grundlage für die mikromechanische Simulation zur Bewertung der Verbundeigenschaften und der Schädigungsentwicklung im Verbund. Die mikromechanische Simulation wird durch experimentell ermittelten 2D und 3D Gefüge ergänzt. Ziel der Simulation ist die Vorhersage der Schädigungsentwicklung beim Löten, um optimale Lötparameter (Cu-Gehalt, Löttemperatur, Prozessführung) zu ermitteln.