T °C - JuSER - Forschungszentrum Jülich

Einleitung 1
1. Einleitung
Die heutigen Fertigungsverfahren ermöglichen es, komplexe Werkzeuge aus
unterschiedlichen Bauteilen mit unterschiedlichen Werkstoffen mit diversen
Eigenschaften zu Bauteilen definierter Belastungsfähigkeit zu kombinieren. Dieser
Umstand eröffnet der Forschergemeinschaft eine bisher ungeahnte Vielfalt an
Möglichkeiten, neue anwendungsspezifische Hochtemperatur-Werkstoffe zu
entwickeln. Dabei sind aufgrund der hohen Komplexität der Werkzeuge, bei
gleichzeitig hohen Anforderungen an die zu fügenden Komponenten, spezielle
Fügetechniken unerlässlich.
Mit dem Begriff “Fügetechnik“ verbindet der Werkstoffwissenschaftler im Allgemeinen
das Verbinden von Bauteilen oder Werkstücken durch kraft-, form- oder
stoffschlüssige Verfahren [MEY 2006]. Darin bieten stoffschlüssige Fügeverfahren
diverse Möglichkeiten mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen [Wal 1972].
So zählen z. B. das Kleben, Schweißen und Löten zu den weit verbreiteten
Fügeverfahren. Nach dem Aufschmelzen der Oberflächen entstehen durch
Diffusionsvorgänge chemische Bindungen zwischen den zu fügenden Teilen. Diese
bilden zum Teil unlösbare Verbindungen zwischen den Fügepartnern [MEY 2006],
welche der Anspruch von Gas- und/oder Flüssigkeitsdichtigkeit erfüllen können.
In der modernen Fügetechnologie zeigt die Löttechnik aufgrund ihrer besonderen
Flexibilität besondere Vorteile, da sowohl unterschiedliche Materialien miteinander
gefügt werden, als auch Wärmebehandlungen dem eigentlichen Fügeprozess
angeschlossen werden können. Zusätzlich kann im Vergleich zu anderen
stoffschlüssigen Fügeverfahren wie z.B. beim Kleben die thermische Beanspruchung
der Grundwerkstoffe gering gehalten wird [Wal 1972]. In vielen Bereichen ist das
Löten mit Gläsern oder glaskeramischen Verbundwerkstoffen, vor allem aus
ökonomischen aber auch aus ökologischen Gründen, inzwischen Standard. Das
Einsatzspektrum von Gläsern oder glaskeramischen Verbundwerkstoffen in der
Fügetechnik erweitert sich stetig, insbesondere da, wo aggressive Medien unter
kritischen Bedingungen zum Einsatz kommen. Auch Werkstoffe mit unterschiedlichen
physikalischen und chemischen Eigenschaften bedingen eine Ausweitung dieses
Spektrums. So werden heutzutage beim Bau einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle
(auch als Feststoff-Elektrolyt-Brennstoffzelle bezeichnet, Solid-Oxid-Fuel-Cell:
SOFC) verschiedene Material-Komponenten mit unterschiedlichen Eigenschaften
zusammengefügt, um die Gasdichtigkeit bei der gewünschten Betriebstemperatur zu
gewährleisten. In diesem Bereich werden heutzutage üblicherweise Gläser mit
großem Erfolg verwendet, so wird es möglich, artgleiche (Stahl/Stahl) wie auch
artfremde (Keramik/Stahl) Bauteile zu kombinieren.
Durch langjährige Kooperation zwischen dem Forschungszentrum Jülich und dem
Institut für Gesteinshüttenkunde der RWTH-Aachen University (GHI-Aachen) wurden