T °C - JuSER - Forschungszentrum Jülich

2 Einleitung
Glaslotwerkstoffe z.B. basierend auf einem BaO-CaO-SiO2-Stoffsystem als
Fügematerial für den Einsatz in der Hochtemperatur-Brennstoffzelle entwickelt
[Bat 1997]; [Sch 2002]; [Pea 2003]; [Gro 2005a]; [Gro 2005b]; [Wan 2007]. Weitere
oxidische Systeme für den Einsatz in der Hochtemperatur-Brennstoffzelle wurden
ebenso von Pascual et al. entwickelt [Pas 2004a]; [Pas 2004b]; [Pas 2006]. Dennoch
ist es bis dato trotz immensen Aufwandes nur ansatzweise gelungen, die wichtigsten
und primären Anforderungen an die Lotmaterialien, wie z. B. die genaue Anpassung
des Ausdehnungskoeffizienten, der Fließfähigkeit sowie die Kontrolle des
Kristallisationsverhaltens während und nach dem Fügeprozess in Kombination zu
realisieren. Dabei stützt sich die bisherige Forschung auf die im Kapitel 2 (Stand des
Wissens) dargestellten wissensbasierten Werkzeuge und Konzepte zur Entwicklung
eines Lotwerkstoffs. Diese wissensbasierten Werkzeuge und Konzepte für die
Glaslotentwicklung fokussieren sich meistens nur auf eine bestimmte Eigenschaft
und sind letztendlich sehr anwendungsspezifisch und somit für einen breiten
Anwendungsbereich nicht geeignet. Die derart entwickelten Lotmaterialien lassen
sich nicht ohne weiteres mit einer beliebig anderen zu fügenden Komponente
verwenden. Daher ist bis zum heutigen Zeitpunkt nur ein sehr kleines Einsatzgebiet
für die entwickelten Fügematerialien vorhanden. Somit ist die Notwendigkeit eines
neuen Konzeptes zur Entwicklung maßgeschneiderter Lotwerkstoffe mit optimierten
Eigenschaften für eine breite Anwendung gegeben. Neue Hochtemperatur-
Werkstoffe für einen breiteren Anwendungsbereich zu entwickeln, setzt eine
profunde Kenntnis der wissensbasierten Werkzeuge, der unterschiedlichen Konzepte
und vor allem eine Kombination der werkstoffspezifischen unterschiedlichen
Eigenschaften und deren chemisch-physikalischen Wechsel-wirkungen voraus.
Somit muss der Entwickler mit dem Wissen über z.B. oxidische bzw. nicht oxidische
anorganische Stoffsysteme vertraut sein. Die Eigenschaften, die an die Verbindung
der Bauteile gestellt werden, können vielfältig sein. Primär werden bestimmte
Anforderungen an den Ausdehnungskoeffizienten und in vielen Fällen auch an die
Viskosität gestellt. Darin besteht das Ziel dieser Arbeit, neue Konzepten zur
Steuerung primären Eigenschaften (wie z.B. thermische Ausdehnung, Fließfähigkeit)
eines Lotmaterials zu entwickeln. Hierbei sollen die Anpassung der thermischen
Ausdehnungskoeffizienten, sowie die Anpassung der Fließfähigkeit an das jeweilige
Fügeverfahren unabhängig voneinander gesteuert werden.
In Vorversuchen zu dieser Dissertation wurde festgestellt, dass man den Ausdehnungskoeffizient
von einem Verbundwerkstoffsystem von Metall mit Keramik,
durch eine Variation des Massenverhältnisses der beiden Komponenten im
Fügewerkstoff einstellen kann [Ver 2004]. Diese Ergebnisse stellen eine gute
Grundlage für die Entwicklung eines neuen Konzeptes zur Steuerung der