INSTITUT OBERFLÄCHENTECHNIK

CuO

Ag

Mischsilikat

(Cu,Al)O

Al2O3 mit Lot in�ltriert

3YSZ

Ag

Ag

(Fe,Cr,Cu)O

Crofer(Fe,Cr)O

Löten von Keramikwerkstoffen an Luft DFG LU 232/98-1, „RAB“, 01.01.2008-31.12.2009

Prof. Dr.-Ing. K. Bobzin, T. Schläfer, A. Schlegel, N. KoppInstitut für Oberflächentechnik im Maschinenbau, RWTH Aachen University

Kontakt• Dipl.-Ing. Arne Schlegel schlegel@iot.rwth-aachen.de

ZielsetzungSteigende Anforderungen an neu entwickelte Bauteilkomponenten setzen in vielen Fällen einen hybriden Aufbau voraus. Daraus

ergibt sich ein steigender Bedarf an innovativen Fügetechnologien, um keramische Werkstoffe untereinander oder mit metallischen

Werkstoffen zu verbinden. Eine neue, sehr vielversprechende Technik zum Fügen von Keramiken ist das sogenannte Reaktiv Air

Brazing (RAB). Gegenüber bisherigen Verfahren ergeben sich durch die einfachere Prozesstechnik wirtschaftliche und durch eine

gute Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit auch technologische Vorteile. Bislang werden hierbei AgCuO-Lote bei einer Löttem-

peratur von ca. 1000 °C genutzt und noch besteht großer Forschungs- und Optimierungsbedarf. Im Rahmen dieses Projektes soll das

Konzept des RAB detailliert untersucht werden, um grundlegende Kenntnisse über die Reaktions- und Benetzungsmechanismen zu

erwerben und darauf aufbauend neue Lotsysteme zu entwickeln und zu charakterisieren.

Methoden• Benetzungsversuche und Fügeversuche• Lote als Pasten aus Elementen (Pulver) hergestellt • Ausgangslot: AgCu(Ti) • In-situ Oxidation des Lotes: AgCuAgCuO • Systematische Variation des Cu- und Ti-Gehaltes • Nutzung weiterer Metalloxide • Grundwerkstoffe: Al

2O

3 (96%), 3YSZ, 8YSZ, Crofer22APU

• Löttemperaturen: 1.150 °C, 1.050 °C und 970 °C• Lötzeit: 20 min• Naberthermofen HT 16/17, Luftatmosphäre• Bestimmung der Benetzungswinkel • Elektronenmikroskopische Analyse des Gefüges der Lötverbindungen

Ergebnisse• Analyse des Bentzungsverhaltens von AgCu-Loten auf Al

2O

3

• Verbesserung durch höhere Cu-Gehalte und niedrigere Löttemperaturen • Erreichen guter Benetzung• Nachweis der Infiltrationsmechanismen von AgCuTi-Loten bei Al

2O

3 Keramiken:

Auflösung von Silikaten der Keramik an den Korngrenzen durch das Lot• Erfolgreiches Fügen von YSZ an Crofer22APU• Untersuchung der Reaktion CuO-Crofer22APU• Entwicklung und Untersuchung neuer Lotsysteme: AgCuNi, AgCuMn, AgNi, AgAl

Bildbeschreibung/Picture

CuO

CuO

(Cu,Ni,Al)O

Ag8Cu8Ti - Al2O

3

TLöt

=1.050 °CAg68Cu1Ti - Al

2O

3

TLöt

=1.050 °CAg4Cu4Ni - Al

2O

3

TLöt

=1.150 °CAg8Cu - 3YSZ/Crofer

TLöt

=1.150 °C

(Cu,Al,Ti)O

30 µm30 µm

Al2O3 mit Lot in�ltriert

Ag

Al2O3

Al2O3Al2O3

30 µm 50 µm

50 µmAg8Cu8 - Al

2O

3

TLöt

=1.050 °C

2025303540455055

020406080100CuO-Anteil [mol-%]

Bene

tzun

gsw

inke

l [°]

970 °C1.050 °C1.150 °C

Abhängigkeit des Benetzungswinkels von der Löt-temperatur und dem CuO-Anteil: AgCu-Lot auf Al

2O

3