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32 Theoretische Grundlagen, Konzepte und Entwicklungsstrategien
Bei diesem Konzept der Steuerung des Ausdehnungskoeffizienten durch gezielte
Kristallisation geeigneter Phasen wird von einem homogenen Glas geeigneter
Zusammensetzung ausgegangen. Dieses muss im gewünschten Temperaturintervall
erweichen (Viskositätsniveau zwischen 4 und 6 für log , in dPa·s) und
beim Kristallisieren geeignete Phasen bilden, sodass der thermische Ausdehnungskoeffizient
des durchkristallisierten Lotes den gewünschten Wert annimmt. Hierbei
muss man auch berücksichtigen, dass das ausgewählte Lot-Basissystem sich
chemisch mit dem Fügepartner vertragen muss bzw. dass bestimmte Werte der
elektrischen Leitfähigkeit eingehalten werden [Con 2009]. Man geht Folgendermaßen
vor: Aus einem Glas mit geeignetem thermischem Ausdehnungsverhalten,
lassen sich beliebig zusammengesetzte Gläser aus dem Zusammensetzungsbereich
mit gut abschätzbarem thermischem Ausdehnungskoeffizienten
vorhersagen. Hierzu werden geeignete oxidspezifische Faktoren der Literatur
entnommen [Con 2009]. Die Berechnung erfolgt mit der Gleichung 3-1 durch eine
gewichtete Summation der Oxidbeträge.
Bei kristallisierenden Glasloten verändern sich während der Kristallisation auch die
thermomechanischen Eigenschaften des Lotes. Dies lässt sich auch im Voraus
abschätzen, indem man anhand von Phasendiagrammen oder durch
thermodynamische Berechnungen (siehe Kapitel 3, Abschnitt 3.2.2) die zu
erwartenden kristallinen Phasen identifiziert. Dabei wird der resultierende
Ausdehnungskoeffizient der glaskeramischen Matrix durch Wichtung der
Einzelbeiträge anhand der Stoffmengen von Kristallphasen und Restglasphase
abgeschätzt. Hierbei unterscheidet sich der tatsächlich erzielte Phasenbestand oft
deutlich vom thermodynamischen Gleichgewicht [Con 2009]. Neben der
chemischen Zusammensetzung gehen auch anderen Faktoren wie die Körngroße
des eingesetzten Glaspulvers und die Temperaturführung beim Fügeprozeß in den
zu erwartenden Phasenbestand ein. Daher ist der Kristallisationsprozess,
insbesondere bei komplexen Geometrien, die unterschiedliche lokale Aufheizraten
bedingen, nur schwer zu beherrschen. Außerdem ist eine quantitative Berechnung
der durchkristallisierten Phasen kaum möglich, sodass genaue und präzise Angabe
des thermischen Ausdehnungskoeffizienten sich nur schwer vorhersagen lassen.
3.2.3. Steuerung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten durch Beimengung
kristalliner festen Phase
Durch Zugabe von TiO2 in eine vorhandene Glasmatrix kann der thermische
Ausdehnungskoeffizient gesenkt werden. Diese Aussage wurde von Kingery et al. in
den 60er Jahren demonstriert und später von Scholze präsentiert [ScH 1990].