T °C - JuSER - Forschungszentrum Jülich

Theoretische Grundlagen, Konzepte und Entwicklungsstrategien 35
der Liquidustemperatur einsetzt [Con 2009]. Hierbei spielen 3 Faktoren eine
entscheidende Rolle. Zunächst die Viskosität (T) des Lotmaterials. Diese wird durch
konventionelle Flussmittel eingestellt. Anschließend die Korngröße d des
Lotmaterials und abschließend die Oberflächenspannung der zu fügenden
Bauteilen, welche nur in engen Grenzen variiert. Gleichung 3-3 stellt die
Abhängigkeit diesen Faktoren dar [SCH 1991].
Gl. 3-3.
τ
η ⋅d
=
σ
Auf diese Weise können monolithische, porenfreie Gläser erzeugt werden.
In den nächsten Abschnitten werden mögliche Ansätze zur Steuerung der
Fließfähigkeit dargestellt.
3.3.1. Erhöhung der Fließfähigkeit durch Zugabe von Flussmitteln und durch
gezielte Reduzierung der Partikelgröße
In erster Linie lässt sich die Fließfähigkeit eines Lotmaterials durch den Zusatz von
einigen Oxiden in silicatischen Systemen einstellen. Konventionell hilft das
Einbeziehen von etablierten Flussmitteln wie B2O3, P2O5, V2O5 in die Glasrezeptur,
die bekanntermaßen die Viskosität eines Glases stark absenken bzw. ihrer
Fließfähigkeit erhöhen. In welchem Ausmaß dies hilft, kann durch thermochemische
Rechnungen oder Modellierung abgeschätzt werden. Hierbei verändert sich aber
auch, und oft unerwünscht, je nach zugesetztem Mengeanteil die vorher eingestellte
Eigenschaft des Lotmaterials. Abbildung 3-2 zeigt die Entwicklung einer Schmelze
(berechnet mit FACTSAGE ® [FAC 2004]) für ein ternäres Lot-Basissytem, dem 5; 10
bzw. 20 Ma.-% eines geeigneten Flussmittels (hier B2O3) zugesetzt sind; die
Liquisdustemperatur des Lot-Basissystems liegt bei 1180 °C. Man erkennt, dass ein
10-%iger Zusatz bereits bei 870 °C zu einem Anteil an Schmelzphase von 65 % führt
und eine Liquidustemperaturabsenkung auf ca. 1085 °C erreicht wird [Con 2009];
hierbei ist das Flussmittel optimal eingesetzt. In manchen Fällen z.B. mit einer sehr
CaO– oder MgO-reichen Umgebung bildet B2O3 nämlich – anstatt zu fließen – rasch
kristalline Erdalkaliborate, die erst bei Temperaturen oberhalb von 1200 °C wieder
erschmelzen. Demzufolge tritt das Gegenteil des erwarteten Effektes ein [Con 2009];
daher führt der Zusatz von B2O3 nicht automatisch zur frühen Bildung einer
niedrigviskosen Phase sondern nur teilweise zu einer Erniedrigung der Viskosität.