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Theoretische Grundlagen, Konzepte und Entwicklungsstrategien 33
Für gemischte Komponenten wie z.B. Glaskomposite, bei denen die jeweiligen
Phasen einen bekannten thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, kann man
die thermische Ausdehnung des Komposites ebenfalls aus der Addition aller
individuellen Phasen [Don 1993]; [Kin 1991] entsprechend Gleichung 3-2 berechnen.
Gl. 3-2.
Glaskeramik =
Hier bezeichnet i den Ausdehnungskoeffizient der einzelnen Phasen i in der
Glaskeramik, Ki entsprechend einem Modulusfaktor, Wi der Gewichtfraktion und i
die Dichte der jeweiligen Phase.
(i
KiWi
/i
)
(K W / )
i
Eine größere Prozesssicherheit und eine wesentlich größere Variationsbreite der
Entwicklung lassen sich durch Zumischen einer festen Phase in das pulverisierte
Glaslot erzielen. Dabei ist es entscheidend, dass die Identität dieser Phase beim
Erweichen des Glaslotes erhalten bleibt und nicht etwa durch eine chemische
Reaktion umgewandelt wird. Ein bewährtes Konzept basiert auf dem Zumischen
eines Metallpulvers zum Glaslot. Abbildung 3-1 demonstriert, wie durch die Variation
des Massenverhältnisses von Glaslot zu Metallpulver (auxilliary Metall) eine optimale
Anpassung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten an ein vorgegebenes
Substrat (Stahl) erzielt wird [Ver 2004]. Hierbei ist der so hergestellte Schicht oder
Füge auch elektrisch isolierend.
Ein anderes Konzept, welches in dieser Arbeit entwickelt und dargestellt wird,
besteht darin, aus der Literatur eine geeignete Phase mit großer Ausdehnung
auszuwählen, diese im kristallinen Zustand zu präparieren und dann analog zum
obigen Beispiel einem Glaspulver, bezeichnet als Glasmatrix, zuzumischen. Um den
Bestand dieser Phase während des Fügevorganges zu garantieren, kann man einen
thermodynamischen Bestand gewährleisten, indem das Glaspulver aus eben diesem
Zusammensetzungsbereich ausgewählt wird, in dem die oben erwähnte kristalline
Phase koexistiert. Dabei kann diese kristalline Phase, als Füllstoff bezeichnet, im
beliebigen Massenverhältnissen zugesetzt werden, was eine zugeschnittene
Einstellung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten sehr erleichtert.
i
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