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Zusammenfassung 107
7. Zusammenfassung
In der Fügetechnologie gewinnt der Einsatz von Verbundwerkstoffen basierend auf
Glas, Glaskeramik (GK) und Glaskeramik-Komposit (GKK) zunehmend an
Bedeutung. Die Entwicklung zu den heute einsetzbaren bezüglich
Ausdehnungskoeffizient und Fließfähigkeit optimierten Glaskeramik-Kompositen
(GKK) liegen in ihrer immer weiter geforderten Multifunktionalität an das
Fügematerial. Einerseits soll z.B. eine gute Haftung der Fügepartner, eine gute
Fließfähigkeit des Fügematerials beim Fügeprozess, eine gute elektrische Isolierung
und mechanische Festigkeit auch bei zyklischer thermischer Belastung, anderseits
eine schnelle und kostengünstige Materialauswahl in der Entwicklungsphase
getroffen werden.
Am Beispiel des komplexen Systems beim Fügen von SOFC-Komponenten wurde in
der vorliegenden Arbeit gezeigt, dass unter Einsatz von wissensbasierten
Werkzeugen und thermodynamischen Kenntnissen ein Stoffsystem auf die zu
fügenden Werkstoffe zugeschnitten werden kann, dass unter den gegebenen
technischen Voraussetzungen beim Einsatz der SOFC, Temperaturen von 600 bis
800 °C, Betrieb unter wechselnden oxidierenden und reduzierenden Atmosphären
bei hoher thermischer Zyklierbarkeit und hohen Anforderungen an die Dichtigkeit
funktionsfähig bleibt.
Um diesen oben geschilderten Herausforderungen Genüge zu tun, wurden bezüglich
der thermomechanischen Eigenschaften der Ausdehnungskoeffizient des
Fügematerials und der Fließfähigkeit des Lotes beim Fügeprozess neue Konzepte
entworfen und durch Fügeversuche an Sandwichproben der SOFC-Komponenten
überprüft.
Ausgangspunkt war ein bekanntes Konzept basierend auf Glas und Metall. Hierbei
wurde durch Zumischung einer Metallphase in die Glasmatrix der
Ausdehnungskoeffizient gesteuert. Das neu entworfene Konzept basiert auf Glas als
Matrix und einer kristallinen Phase als Füllstoff. Hierbei stellte es sich als
entscheidend heraus, dass die kristalline Phase und die Glasmatrixzusammensetzung
aus demselben thermodynamischen Koexistenz-Bereich des ausgewählten
Lotbasis-Systems stammen. Die Glasmatrix wurde so ausgewählt, dass sie
gegenüber der kristalline Füllstoffphase eine niedrigere Schmelztemperatur besitzt,
während die kristalline Phase mit einem höheren Ausdehnungskoeffizienten allein zu
Steuerung des Ausdehnungskoeffizienten im Verbund zwischen den zu fügenden
Werkstoffen und dem Fügematerial dient. Durch additive Beimischung einer einzigen
kristallinen Phase in die ausgewählte Glasmatrix wird gezielt der
Ausdehnungskoeffizient des Lotmaterials dem des Verbundwerkstoffes angepasst.
Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen, durch Beimengung einer kristallinen
Bariumsilicatphase (BS) in dem ausgewählten Glasbasis-System BaO-MgO-SiO2,