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Stand des Wissens 27 Abb. 2-8. Schematischer Ablauf eines Fügeprozesses der SOFC in FZJ [Gro 2005c].
28 Theoretische Grundlagen, Konzepte und Entwicklungsstrategien 3. Theoretische Grundlagen, Konzepte und Entwicklungs- strategien 3.1. Wissensbasierte Entwicklungsstrategien Eine gezielte Werkstoffentwicklung setzt eine breite Kenntnis der physikalischchemischen und thermodynamischen Werkstoffeigenschaften voraus. Das Verlangen nach fortwährend komplexeren sowie kombinierten Werkstoffsystemen hat immer eine aufwändigere Werkstoffentwicklung zur Folge. Gestiegene Anforderung an Funktionalität, chemische Stabilität und Kompatibilität, Thermozyklierbarkeit und Lebensdauer sowie die extremen Einsatzbedingungen wie hohe Temperaturen und Drucke, oxidierende und reduzierende Atmosphäre von Werkstoffe müssen bei der Entwicklung beachtet werden. Demzufolge lässt sich ein gezielter Werkstoff oder ein Werkstoffverbund nur schwer bzw. nur mit einem großen technischen und finanziellen Aufwand entwickeln. Dieser hohe Aufwand kann mithilfe wissensbasierter Werkzeuge reduziert werden. 3.1.1. Beziehung zwischen Anforderungsprofil und Werkstoffeigenschaften Für die fügetechnologische Realisierung von zwei Werkstoffen sollen die Eigenschaften der zu fügenden Werkstoffe zunächst studiert werden. Hier sind u.A. die Ausdehnungskoeffizienten der zu fügenden Partner, die Fließeigenschaften des Lotes, die chemische Stabilität in unterschiedlichen Atmosphären sowie die Thermozyklierbarkeit der einzelnen Werkstoffkomponenten zu berücksichtigen. Von Bedeutung ist es vor allem, genau zu definieren, welchen Anforderungsprofilen die jeweiligen Werkstoffeigenschaften genügen sollen. In diesem Zusammenhang sind z.B. für das Fließverhalten Solidus- und Liquidustemperaturen der Lotmaterialien von größerer Bedeutung. Dabei wird die Solidustemperatur definiert als die Temperatur eines Werkstoffs, unterhalb derer die Substanz im Gleichgewicht vollständig in fester Phase vorliegt. Dagegen bezeichnet die Liquidustemperatur diejenige Temperatur, oberhalb derer die Substanz vollständig in flüssiger Phase vorliegt [Got 2001]. Neben dem Fließverhalten spielt der thermische Ausdehnungskoeffizient des Fügematerials nach der Fügung eine entscheidende Rolle. Besteht bei der Fügung zweier Werkstoffe eine unterschiedliche Wärmeausdehnung ist meisten eine schlechte Haftung und somit eine Undichtigkeit bei der Fügestelle zu erwarten. Aus diesem Grund ist, wie im Kapitel 2, Abschnitt 2.1.3 erwähnt wurde, die Anpassung der Ausdehnungskoeffizienten unabdingbar. Auch der Benetzungswinkel beeinflusst die Haftung. Zudem ist es notwendig, Wechselwirkungen zu beachten, die negativ
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