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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