Lösung und Wiederausscheidung von Silber in Silber-Glas-Kompositen

• Antragsteller: Dr. Stefan Körner; Dr. Ralf Müller
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 382899794

Elektrische Kontakte auf Basis von Silber-Glas-Dispersionen sind Schlüsselkomponenten in elektronischen und optoelektronischen Mikrosystemen sowie Steuermodulen in der Medizin-, I&K- und Energietechnik für die vernetzte Gesellschaft. Aufgrund der Komplexität moderner Herstellungsverfahren und zunehmend kürzerer Entwicklungszeiten (Time-to-Market) ist heute die schnelle und zielgerichtete Entwicklung maßgeschneiderter Silber-Glas-Dispersionen zum Engpass der Technologieentwicklung geworden. Dennoch sind die zugrundeliegenden Prozesse der Silberlösung, des Silbertransports und der Wiederausscheidung bzw. der resultierenden Gefügebildung beim Brand der Silber-metallisierung bisher kaum verstanden. Die umfassende Literatur zur Bildung kolloidaler Silberpartikel und zu den hiermit verknüpften Prozessen der Silberlösung und -diffusion z.B. in Kalknatron- oder Borosilicatgläsern oder fotostrukturierbaren Gläsern, bezieht sich stets auf ein sehr großes Verhältnis von Glas- zu Silbervolumen und ist deshalb nicht auf die Sinterung glashaltiger Silberdispersionen übertragbar. Silberlösung, -transport und wiederausscheidung erfolgen hierbei unter speziellen Randbedingungen. Diese umfassen u.a. kurze Diffusionslängen (Korngrößen < 10 µm), die Präsenz von Dreiphasenkontakten Silber-Glas-Sinteratmosphäre, den elektrischen Kontakt zwischen den Silbernanopartikeln, sowie die Silberwiederausscheidung an den Sinterkontakten als Triebkraft des Silbertransports. Hierbei kann auch die Einstellung eines dynamischen Gleichgewichts der Silberkonzentration aus dem Verhältnis zwischen Silberlösung und -wiederausscheidung erwartet werden. Ziel des Vorhabens ist die Gewinnung grundlegender Erkenntnisse zu den Mechanismen von Lösung, Transport und Wiederausscheidung von Silber in sinternden Silber-Glas-Disper-sionen. Dabei stehen grundlegende Erkenntnisse zur Lösung (Auflösungsrate) von metallischem Silber in niedrigschmelzenden Oxidgläsern als begrenzender Faktor der Sinterung von Silber-Glas-Kompositen im Mittelpunkt. Insbesondere werden hierbei Erkenntnisse zum Einfluss des Sauerstoffgehalts der Sinteratmosphäre, von im Silberpartikel gelöstem Sauerstoff, von Silberoxid auf der Oberfläche des Silberpulvers, des elektrischen Kontakts zwischen den Silberpartikeln sowie der Basizität des Glases angestrebt. Zudem werden Erkenntnisse zur Silbermobilität und der erreichbaren Silberkonzentration (Silberlöslichkeit) in niedrigschmelzenden Oxidgläsern angestrebt.Als Ergebnis des Projektes soll ein Modell für die Silberlösung, -transport sowie der ausscheidung während des Sinterns von Silber-Glass-Kompositen vorgestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Joachim Deubener; Professor Dr. Dominique de Ligny