Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Hochtemperaturbeständige Metall/Keramik- und Keramik/Keramik-Verbindungen für Industrieöfen

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, hochtemperaturbeständige Metall/Keramik- und Keramik/Keramik-Aktivlötverbindungen zu realisieren und deren thermomechanische Eigenschaften zu untersuchen. Bisherige Untersuchungen zeigen das große Potenzial der an der Professur Verbundwerkstoffe entwickelten Hochtemperaturaktivlote auf Co-Basis, welche im Vergleich zu konventionellen Aktivloten wesentlich höhere Einsatztemperaturen ermöglichen. Neue Anwendungsfelder bzw. Leistungssteigerungspotenziale liegen beispielsweise im Bereich von Industrieöfen, Brennersystemen, Rekuperatoren sowie Hochtemperaturmesssystemen. Neben monolithischen Keramiken wie SiC und Al2O3 werden Verbundkeramiken wie Al2O3/Al2O3 betrachtet. Ein Schwerpunkt des Forschungsvorhabens liegt auf der Charakterisierung der Reaktionszonenausbildung unter Variation des Temperatur-Zeit-Regimes beim Löten und deren Einfluss auf die thermomechanischen Eigenschaften. Durch die Bestimmung dieser Gefüge-Eigenschafts-Beziehungen ist eine Eigenschaftsoptimierung hinsichtlich des Anforderungsprofils einer späteren Anwendung möglich. Von Bedeutung sind hierbei auch die gewählten Werkstoffkombinationen und deren Einfluss auf die Reaktionskinetik. Einfluss hierauf kann mittels einer legierungsseitigen Optimierung des Lotes genommen werden. Durch die Variation des Anteils an Aktivelementen wird die Reaktionszonenausbildung auf den keramischen Fügepartner angepasst. Als anwendungsrelevante Eigenschaften der Lötverbindungen werden die Hochtemperaturverbindungsfestigkeit, die Thermoschockbeständigkeit und die Gasdichtheit untersucht. Abschließend werden in Kooperation mit dem PAK Demonstratorbauteile hergestellt. Profitierende Industriezweige sind neben der Energietechnik und dem Ofenbau, der Werkzeugbau und die Verfahrenstechnik. KMU, vor allem die Mitgliedsfirmen der Forschungsgemeinschaft Industrieofenbau (FOGI), sowie Lothersteller zeigen großes Interesse an den angestrebten Ergebnissen des Forschungsprojektes.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsvorhaben wurden Metall/Keramik- und Keramik/Keramik-Verbindungen unter Verwendung zweier Hochtemperatur-Aktivlote erzeugt und bezüglich ihrer Mikrostruktur und ihrer mechanischen Eigenschaften charakterisiert. Bedingt durch die hohen Löttemperaturen von 1450°C für Keramik/Keramik-Verbindungen und 1250°C für Metall/Keramik-Verbindungen wird der Einsatz der Verbindungen bei im Vergleich zu konventionell aktivgelöteten Verbunden bei erhöhten Temperaturen ermöglicht. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens versetzen Ofenbauer und Anwender der Löttechnik, welche vorrangig KMU zuzuordnen sind, in die Lage, Metall/Keramik- und Keramik/Keramik-Verbindungen unter Verwendung der im Forschungsvorhaben entwickelten Lotwerkstoffe herzustellen. Es können Baugruppen in Mischbauweise erzeugt werden, welche im Einsatz einer erhöhten thermischen Beanspruchung ausgesetzt sind. Aufgrund der höheren Temperaturbelastbarkeit der Verbindungen sind völlig neue Bauteilkonzepte möglich. Neben dem wirtschaftlichen Nutzen für Anlagenhersteller und -betreiber trägt die gesteigerte Ressourceneffizienz auch zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes bei. Der daraus resultierende wirtschaftliche Vorteil trägt zur Stärkung der Marktposition der regional ansässigen KMU bei. Profitierende Industriezweige sind neben der Energietechnik und dem Ofenbau beispielsweise der Werkzeugbau und die Verfahrenstechnik. KMU, vor allem die Mitgliedsfirmen der Forschungsgemeinschaft Industrieofenbau (FOGI), sowie Lothersteller zeigen großes Interesse an den Ergebnissen des Forschungsvorhabens. Sie sehen ein hohes Potenzial für den Einsatz von Hochtemperaturaktivloten.