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42 Jahresbericht 2017/18 Dipl.-Ing. Sven Roszeitis, Dr. Hans-Peter Martin Kontakt Hans-Peter Martin • Telefon +49 351 2553-7744 • [email protected] Keramische Werkstoffe eignen sich aufgrund ihrer extremen Be- ständigkeit für den Einsatz bei sehr hohen Temperaturen und in chemisch aggressiven Umgebungen. Im Vergleich zu anderen Werkstoffen sind daher signifikant längere Einsatzzeiten möglich. Prozessoptimierte Keramiken können zudem die energetische und stoffliche Bilanz des Gesamtprozesses steigern, wenn höhere Pro- zesstemperaturen oder eine verbesserte Wärmeisolation bzw. Wärmeleitung realisierbar sind. Der erfolgreiche Einsatz kerami- scher Bauteile ist von einer optimalen Integrationslösung ins Ge- samtsystem abhängig. Hieraus erwächst ein steigender Bedarf an keramikspezifischen, zuverlässigen Fügeverbindungen und damit die Notwendigkeit, neue Verfahren und Fügewerkstoffe für sehr hohe Anwendungstemperaturen zu entwickeln. Am Fraunhofer IKTS wurden hochtemperaturstabile Lotsysteme für Keramiken hergestellt und in diversen Anwendungen erprobt. Angepasste Nickel-Tantal-Lote (NiTa) zeigten selbst bei hohen Temperaturen ein für metallische Lote hohes Festigkeitsniveau. Unter Verwen- dung dieser Lote konnten SiC-Verbunde mit einer Biegebruchfes- tigkeit von 275 MPa bei 800 °C realisiert werden. Über die An- passung des Ausdehnungskoeffizienten im System NiTa wurde eine weitere Optimierung des Materialverbunds erreicht. Das Dia- gramm zeigt den weiten Bereich des Ausdehnungskoeffizienten im System NiTa von 12·10 -6 K -1 bis 6·10 -6 K -1 . Das Fügen von Alu- miniumoxid, Siliciumcarbid und Zirkoniumoxid gelang mit ent- wickelten Titan-Aluminium-Loten (TiAl). Diese kostengünstigen Hochtemperaturlote besitzen eine Oxidationsstabilität bis 1000 °C sowie eine hohe Duktilität und eignen sich somit für Keramik- Keramik- und Keramik-Metall-Verbunde. Weitere Arbeiten unter- suchen derzeit, ob ein kombiniertes Verfahren aus Hochtem- peraturlöten und 3D-Druck die Effizienz additiver Fertigungs- methoden für Keramikwerkstoffe deutlich verbessern kann. Leistungs- und Kooperationsangebot - Entwicklung hochtemperaturstabiler Verbunde auf Basis der Lotsysteme NiTa und TiAl - Entwicklung kundenspezifischer metallischer Lote, Lötprozesse - Experimentelle Bereitstellung von Keramik-Keramik- und Keramik-Metall-Testverbunden mit metallischen Loten Wir danken der EU, dem Freistaat Sachsen und der Sächsischen Aufbaubank für die Förderung von »SuperHi« (FKZ: 100231806). 1 EBSD-Bandkontrast einer Ni62Ta38-Legierung. 2 FESEM-Aufnahme einer SiC- Ni62Ta38-SiC-Fügenaht. Ausdehnungskoeffizient von NiTa-Loten bis 1300 °C 2 1 LOTENTWICKLUNGEN FÜR HOCHTEMPERATUR- STABILE KERAMISCHE VERBUNDE 10 µm SiC TaC Ni 2 Si SiC TaC Ta 3 Ni 4 Si 3 ENERGIE 250 µm
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42 Jahresbericht 2017/18
Dipl . - Ing. Sven Roszeit is , Dr. Hans-Peter Mart in
Kontakt Hans-Peter Martin • Telefon +49 351 2553-7744 • [email protected]
Keramische Werkstoffe eignen sich aufgrund ihrer extremen Be-
ständigkeit für den Einsatz bei sehr hohen Temperaturen und in
chemisch aggressiven Umgebungen. Im Vergleich zu anderen
Werkstoffen sind daher signifikant längere Einsatzzeiten möglich.
Prozessoptimierte Keramiken können zudem die energetische und
stoffliche Bilanz des Gesamtprozesses steigern, wenn höhere Pro-
zesstemperaturen oder eine verbesserte Wärmeisolation bzw.
Wärmeleitung realisierbar sind. Der erfolgreiche Einsatz kerami-
scher Bauteile ist von einer optimalen Integrationslösung ins Ge-
samtsystem abhängig. Hieraus erwächst ein steigender Bedarf an
keramikspezifischen, zuverlässigen Fügeverbindungen und damit
die Notwendigkeit, neue Verfahren und Fügewerkstoffe für sehr
hohe Anwendungstemperaturen zu entwickeln. Am Fraunhofer
IKTS wurden hochtemperaturstabile Lotsysteme für Keramiken
hergestellt und in diversen Anwendungen erprobt. Angepasste
Nickel-Tantal-Lote (NiTa) zeigten selbst bei hohen Temperaturen
ein für metallische Lote hohes Festigkeitsniveau. Unter Verwen-
dung dieser Lote konnten SiC-Verbunde mit einer Biegebruchfes-
tigkeit von 275 MPa bei 800 °C realisiert werden. Über die An-
passung des Ausdehnungskoeffizienten im System NiTa wurde
eine weitere Optimierung des Materialverbunds erreicht. Das Dia-
gramm zeigt den weiten Bereich des Ausdehnungskoeffizienten
im System NiTa von 12·10-6 K-1 bis 6·10-6 K-1. Das Fügen von Alu-
miniumoxid, Siliciumcarbid und Zirkoniumoxid gelang mit ent-
wickelten Titan-Aluminium-Loten (TiAl). Diese kostengünstigen
Hochtemperaturlote besitzen eine Oxidationsstabilität bis 1000 °C
sowie eine hohe Duktilität und eignen sich somit für Keramik-
Keramik- und Keramik-Metall-Verbunde. Weitere Arbeiten unter-
suchen derzeit, ob ein kombiniertes Verfahren aus Hochtem-
peraturlöten und 3D-Druck die Effizienz additiver Fertigungs-
methoden für Keramikwerkstoffe deutlich verbessern kann.
Leistungs- und Kooperationsangebot
- Entwicklung hochtemperaturstabiler Verbunde auf Basis der
Lotsysteme NiTa und TiAl
- Entwicklung kundenspezifischer metallischer Lote, Lötprozesse
- Experimentelle Bereitstellung von Keramik-Keramik- und
Keramik-Metall-Testverbunden mit metallischen Loten
Wir danken der EU, dem Freistaat Sachsen und der Sächsischen
Aufbaubank für die Förderung von »SuperHi« (FKZ: 100231806).
1 EBSD-Bandkontrast einer
Ni62Ta38-Legierung.
2 FESEM-Aufnahme einer SiC-
Ni62Ta38-SiC-Fügenaht.
Ausdehnungskoeffizient von NiTa-Loten bis 1300 °C
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LOTENTWICKLUNGEN FÜR HOCHTEMPERATUR-STABILE KERAMISCHE VERBUNDE
10 µm
SiC TaC
Ni2Si
SiCTaC
Ta3Ni4Si3
E N E R G I E
250 µm
