"In-situ" Untersuchungen des Einflusses der Oberflächengüte und Interface-Reaktionen auf das Benetzungsverhalten verschiedener Lotsysteme auf Siliziumkarbid am Großkammer-Rasterelektronenmikroskop

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfgang Tillmann
• Fachliche Zuordnung: Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 215632013

Das stoffschlüssige Fügeverfahren Löten ermöglicht beständige Verbindungen mit hoher Festigkeit. Es zeichnet sich insbesondere durch seine gute Eignung für die Fertigung von Massenteilen bzw. von Teilen mit vielen, schwer zugänglichen Fügestellen aus. Zum Fügen von schwer benetzbaren Sonderwerkstoffen werden zurzeit hochfeste Aktivlote verwendet, welche durch den Einsatz aktiver Elemente (z. B. Ti, Hf, Si, Cr, Zr) die Keramikoberflächen derart umwandeln, dass sie gelötet werden können. Eine weitere Möglichkeit eine Lötung solcher Werkstoffe zu realisieren, bietet eine, dem Lötvorgang vorgezogene, Metallisierung der Keramikoberfläche. In diesem Projekt werden Möglichkeiten der Einflussnahme auf Lötverbindungen durch den Einsatz modifizierter bzw. eigenschaftsangepasster Lotmaterialien sowie metallisierter Keramikoberflächen evaluiert. Neben dem grundlegenden Verständnis der beim Löten von Siliziumkarbid mit metallischen Fügepartnern auftretenden physikalischen und chemischen Prozesse sollen vor allem Aussagen über deren Wechselwirkungen mit der Oberfläche der Keramik ermittelt werden. Diese Erkenntnisse bilden eine Grundlage für eine weitere gezielte Optimierung des Aktivlötprozesses. Die chemischen Vorgänge werden durch eine Analyse des Phasen- und Elementgehaltes im Lötgefüge insbesondere in der Reaktionszone zwischen Keramik und Aktivlot untersucht. Die komplexen physikalischen Prozesse der Benetzung und Ausbreitungskinetik werden in Abhängigkeit von den Prozessparametern sowie der zu benetzenden realen Oberfläche betrachtet. Vor allem bei der Charakterisierung der Benetzung und Ausbreitung des Lotes während des Lötvorgangs in Abhängigkeit von der Zeit, besteht noch Forschungsbedarf. Aus diesem Grund werden im Rahmen des Projektes direkte „in-situ“-Untersuchungen mit diversen Lotlegierungen und Oberflächentopologien im Großkammer-REM durchgeführt.Die Schwerpunkte der Arbeit sind:• Analyse der Grenzflächenreaktion mit SiC und FeNi-Legierungen• Klärung des Einflusses von Interfacereaktionen und Oberflächentopologie der Fügefläche auf das Benetzungs- und Ausbreitungsverhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen