Alternative Ansätze und Weiterentwicklungen zum Reaktivlöten von Metall-Keramik-Verbindungen für den Einsatz in der Hochtemperatur-Brennstoffzelle

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In dieser Arbeit wurden AgCuO, AgAl und reine Ag RAB-Lotsysteme für die metallische keramische Fügeverbindung von Yttrium dotierten Zirkonoxid (YSZ) und Crofer22APU (ferritischer Stahl, 1.4760) für den Einsatz in der Hochtempera-turbrennstoffzelle (SOFC) untersucht. Des Weiteren wurden Möglichkeiten der Prozessoptimierung des RAB-Fügeprozesses untersucht. Hierzu wurden Untersuchungen am Ag4CuO und Ag8CuO sowohl als Folienlot als auch als Lotpaste durchgeführt und analysiert. Weiterhin wurden Untersuchungen mit AgCuO-Lotpasten mit versilberten CuO-Partikeln durchgeführt, wodurch eine Verbesserung zu den heutigen gängigen AgCuO-Lotsystemen erreicht werden konnte. Mit dem AgAl-Lotsystem wurden Untersuchungen an Lotpasten und Lotfolien mit unterschiedlichem Al-Anteil von 0,5-2,5 mol-% durchgeführt. Auch bei diesem Lotsystem wurden Untersuchungen mit Lotpasten mit versilberten Additivpartikel durchgeführt. Hierbei zeigte das AgAl-Lotsystem Verbesserungen im Bereich der Biegebruchfestigkeit, Konturtreue und eine Reduzierung der Fehlstellen und Reaktionsschichten innerhalb der Lotmatrix und an den Grenzflächen zur metallischen Crofer22APU Oberfläche. Weiterhin wurde der Einfluss der Atmosphäre, des Substrats und weitere Prozessparameter wie Löttemperatur und Lötdauer auf mögliche Fehlstellenbildung in der Lötmatrix anhand von Reinsilberfügungen untersucht. Auf Basis der Ergebnisse konnten zum Teil entgegengesetzte Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Lotparameter identifiziert werden. Weiterhin wurde ein Berechnungsmodell erstellt, welches erlaubt die optimalen Fügeparameter in Abhängigkeit der jeweiligen Prozessrandbedingungen zu bestimmen.