DE10135235C2 - Process for producing a gas-tight connection between a metallic and a ceramic substrate - Google Patents
Process for producing a gas-tight connection between a metallic and a ceramic substrateInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer gasdichten Verbindung zwischen einem metallischen und einem keramischen Substrat, insbesondere für gasdichte Verbindun gen im Zusammenhang mit entsprechenden Bauteilen einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC) oder einer Carbonat schmelze Brennstoffzelle (MCFC).The invention relates to methods for producing a gastight connection between a metallic and a ceramic substrate, especially for gas-tight connections conditions in connection with corresponding components High temperature fuel cell (SOFC) or a carbonate melt fuel cell (MCFC).
Zur Erzielung großer elektrischer Leistungen werden in der Regel mehrere einzelne Brennstoffzellen durch verbindende Elemente, sogenannte bipolare Platten oder auch Interkonnek toren genannt, elektrisch und mechanisch miteinander zu einem Brennstoffzellenstapel verbunden.To achieve large electrical outputs, the Usually several individual fuel cells by connecting Elements, so-called bipolar plates or also interconnects called gates, electrically and mechanically with each other connected to a fuel cell stack.
Verschiedene Brennstoffzellentypen sind bekannt. Dazu gehö ren die alkalischen Brennstoffzellen (ABZ), die Polymermem bran Brennstoffzellen (PEM-BZ), die Direkt-Methanol Brenn stofzellen (DMBZ), die Oxidkeramische-Brennstoffzellen (OKBZ) oder auch die Karbonatschmelze Brennstoffzellen (KSBZ).Different types of fuel cells are known. This includes ren the alkaline fuel cells (ABZ), the polymer membrane bran fuel cells (PEM-BZ) that burn direct methanol Stofzellen (DMBZ), the oxide ceramic fuel cells (OKBZ) or the carbonate melt fuel cells (KSBZ).
Die oxidkeramischen Brennstoffzellen gehören zu den Hochtem peratur-Bennstoffzellen (SOFC), da ihre Betriebstemperatur bis zu 1000°C beträgt, während die Polymermembran- Brennstoffzellen mit einer Arbeitstemperatur von 70 bis 90°C zu den Niedertemperatur-Brennstoffzellen zählen.The oxide ceramic fuel cells are among the highest temperature fuel cells (SOFC) because of their operating temperature up to 1000 ° C, while the polymer membrane Fuel cells with a working temperature of 70 to 90 ° C are low-temperature fuel cells.
Bei der Stapelung der einzelnen Brennstoffzellen ist insbe sondere darauf zu achten, dass die beiden Elektrodenräume anoden- und kathodenseitig gasdicht voneinander getrennt sind. Die Abdichtung muss dabei sowohl an den Zellen selbst, als auch an den entsprechenden Gaseinlass- und -auslass elementen erfolgen. In particular, when stacking the individual fuel cells take special care that the two electrode spaces gas-tightly separated on the anode and cathode sides are. The seal must be on the cells themselves, as well as at the corresponding gas inlet and outlet elements.
Bei der Herstellung eines Hochtemperatur-Brennstoff zellenstapels werden bislang Fügetechniken eingesetzt, die es erlauben, metallische und keramische Bauteile mit Hilfe eines Glaslots zu verbinden.When producing a high temperature fuel cell stacks have been used until now, which allow metallic and ceramic components to connect using a glass solder.
Dazu wird Glaslot zwischen die zu verbindenden Bauteile eingebracht, und die Bauteile auf Temperaturen bis ca. 900°C erhitzt. Bei diesen Temperaturen schmilzt das Glaslot auf. Beim gezielten Abkühlen kristallisiert das Glaslot zu einer Glaskeramik aus und bildet so regel mäßig eine gasdichte Verbindung zwischen den Bauteilen.For this purpose, glass solder is placed between the components to be connected introduced, and the components to temperatures up to approx. 900 ° C heated. It melts at these temperatures Glass solder on. When it cools down, it crystallizes Glass solder from a glass ceramic and thus forms rule moderately a gas-tight connection between the components.
Nachteilig können für die Brennstoffzelle selbst nur Werkstoffe eingesetzt werden, die diese hohen Tempera turen für eine Fügung schadlos überstehen (so ist die maximal zulässige Temperatur bei der Verwendung bipo larer Platten ca. 1000°C). Zusätzlich ist eine Anpas sung des Glaslots, als Paste oder auch als Formteil, an die Geometrie der zu verbindenden Bauteile erforder lich.Can only be disadvantageous for the fuel cell itself Materials are used that have this high tempera survive the damage-free structure (that's how it is maximum permissible temperature when using bipo larer plates approx. 1000 ° C). In addition there is a match solution of the glass solder, as a paste or as a molded part the geometry of the components to be connected is required Lich.
DE 691 25 265 T2 offenbart ein Verfahren zur Herstel lung eines Separators (bipolare Platte) für eine Brenn stoffzelle. Dabei werden einzelne Schichten einer Trennvorrichtung mit einem Laser verschweißt, bei spielsweise eine Anodenrandplatte, eine Zwischen verbindung und eine Kathodenrandplatte. Diese werden zunächst übereinandergelegt und die Umgebung eines am Rand verbundenen Abschnittes mit Wärme ableitendem Metall abgepresst. Während der Abschnitt unter Druck steht werden die einzelnen Schichten entlang ihrer äußeren Umfangslinien mittels einer Schweißhitzequelle durchgehend verschweißt. Bei allen drei Schichten han delt es sich um metallische Bauteile.DE 691 25 265 T2 discloses a method of manufacture separation of a separator (bipolar plate) for a Brenn material cell. Individual layers become one Cutting device welded with a laser, at for example an anode edge plate, an intermediate connection and a cathode edge plate. These will first placed on top of each other and the environment of a Edge connected section with heat dissipating Pressed metal. During the section under pressure stands the individual layers along their outer circumferential lines using a welding heat source welded throughout. On all three layers metallic components.
Ferner ist aus DE 41 19 910 C1 bekannt, dass bei einer keramischen Schicht die zum Sintern erforderliche Ma terialwärme durch eine energiereiche Strahlung, z. B. in Form eines fokussierenden Lasers, herbeigeführt wer den kann. Dabei wird durch Lasereinwirkung eine kera mische Materialschicht gesintert oder auch nur ge trocknet. Vorteilhaft wird bei Verwendung eines Lasers praktisch keine Rückwirkung auf angrenzende Schichten herbeigeführt.Furthermore, it is known from DE 41 19 910 C1 that a ceramic layer the size required for sintering material heat through high-energy radiation, e.g. B. in the form of a focusing laser that can. A kera is caused by laser exposure Mix material layer sintered or just ge dries. It is advantageous when using a laser practically no effect on adjacent layers brought about.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung einer gasdichten Verbindung von Metallen und Keramiken für den Hochtemperatureinsatz zu schaffen.The object of the invention is a compared to the state Technically improved method of manufacture a gas-tight connection of metals and ceramics to create for high temperature use.
Die Aufgabe wird gelöst durch Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2.The object is achieved by methods according to the claims 1 and 2.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren finden sich in den jeweils darauf rückbezogenen Unteransprüchen. More beneficial Procedures can be found in the respective references Dependent claims.
Die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer gas dichten und hochtemperaturbeständigen Verbindung zwischen einem metallischen und einem keramischen Bauteil für eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle sind dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen dem keramischen und dem metallischen Bau teil befindlicher Spalt mit Hilfe eines Lasers verschweißt wird. Dadurch wird in einem Schritt eine gasdichte und tem peraturbeständige Fügeverbindung hergestellt. Vorteilhaft ist kein weiteres Fügematerial, wie z. B. Glaslot, für die Verbindung notwendig. Weiterhin von Vorteil bei diesem Ver fahren ist es, daß nicht die Gesamtheit der Bauteile einem Erhitzungsprozeß unterworfen werden muß. Lediglich der Be reich in der direkten Umgebung der Fügenaht wird thermisch beansprucht. Der Laser, insbesondere ein fokussierter Laser, erhitzt die Bauteile vorteilhaft nur lokal und kurzfristig in dem Fügebereich. Ein dafür besonders gut geeigneter Laser ist ein CO2- oder auch ein Excimer-Laser.The inventive methods for producing a gas-tight and high-temperature resistant connection between a metallic and a ceramic component for a high-temperature fuel cell are characterized in that a gap between the ceramic and the metallic construction part is welded with the aid of a laser. This creates a gas-tight and temperature-resistant joint in one step. No other joining material, such as e.g. B. glass solder, necessary for the connection. Another advantage of this drive is that not all of the components have to be subjected to a heating process. Only the area in the immediate vicinity of the joining seam is thermally stressed. The laser, in particular a focused laser, advantageously only heats the components locally and briefly in the joining area. A particularly suitable laser is a CO 2 - or an excimer laser.
Dieses Verfahren ist besonders dann von Vorteil, wenn die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der zu verbindenden Bauteile um weniger als 1 × 10-6 1/K differieren.This method is particularly advantageous when the thermal expansion coefficients of the components to be connected differ by less than 1 × 10 -6 1 / K.
Liegen die thermischen Ausdehnungskoeffizienten weiter aus einander, ist bei dem Verfahren vorteilhaft zusätzliches Fügematerial zwischen den zu verbindenden Bauteilen vorzuse hen. Dieses zusätzliche Material weist insbesondere einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, der zwischen denen der zu verbindenden Bauteile liegt, um so einen graduellen Übergang bezüglich der thermischen Ausdehnung zwischen den Bauteilen zu schaffen. Dafür geeignete Materialien, deren thermischer Ausdehnungskoeffizient durch einen Fachmann in einem gewissen Rahmen angepaßt werden kann, sind beispiels weise Glasmaterialien, insbesondere silikatische, borati sche, phosphatische oder auch gemischtgebundene. Weiterhin eignen sich als zusätzliche Fügematerialien ein- oder mehr phasige Keramiken, die auch metallische oder keramische Fasern oder Whisker enthalten können. Auch Metalle oder Metall-/Keramikverbunde sind als zusätzliche Fügematerialien zu nennen.Are the thermal expansion coefficients still available? each other, is advantageous in the method additional Joining material between the components to be joined hen. This additional material has in particular one thermal expansion coefficient between those of the components to be connected, so a gradual one Transition in thermal expansion between the To create components. Suitable materials, their thermal expansion coefficient by a specialist in can be adapted to a certain extent, for example wise glass materials, especially silicate, borati cal, phosphatic or also mixed bound. Farther are suitable as additional joining materials one or more phase ceramics, also metallic or ceramic May contain fibers or whiskers. Even metals or Metal / ceramic composites are additional joining materials to call.
Die Auswahl an geeigneten zusätzlichen Fügematerialien ist dabei nicht wie bisher auf niedrigschmelzende Materialien beschränkt. Durch die lokale Erhitzung können bei diesem Verfahren auch höherschmelzende Materialien zum Einsatz kommen, ohne daß dadurch die zu verbindenden Bauteile ther misch zu sehr beansprucht werden.The selection of suitable additional joining materials is not on low-melting materials as before limited. Due to the local heating, this Process also use higher melting materials come without thereby the components to be connected ther be mixed too much.
Das Laserverschweißen kann auch bei komplizierten Geometrien der zu bildenden Fügenähte problemlos angewandt werden. Die Fügenaht ist regelmäßig gasdicht und äußerst stabil.Laser welding can also be used for complicated geometries the seams to be formed can be used without any problems. The Joining seam is regularly gastight and extremely stable.
Bei der Herstellung einer Brennstoffzelle werden mehrere
Einzelzellen zu einem Brennstoffzellenstapel (stack) ver
eint. Bei der Stapelung der Zellen ist darauf zu achten, daß
die beiden Brennräume anoden- und kathodenseitig gasdicht
voneinander getrennt sind. Die Abdichtung muß sowohl an den
Zellen als auch an den Gaseinlass- und -auslasselementen
erfolgen (siehe Fig. 1). Wichtige Voraussetzung für die
Abdichtung ist, daß der elektrische Strom nur über die Zel
len geleitet wird und nicht auch über die bipolaren Platten,
da sonst ein Kurzschluß erzeugt wird. Dies bedeutet für die
hier vorgestellten Abdichtungen
In the manufacture of a fuel cell, several individual cells are combined to form a fuel cell stack. When stacking the cells, ensure that the two combustion chambers are gas-tight on the anode and cathode sides. The sealing must take place both on the cells and on the gas inlet and outlet elements (see FIG. 1). An important prerequisite for the seal is that the electrical current is only passed over the cells and not also over the bipolar plates, since otherwise a short circuit is generated. This means for the seals presented here
- a) daß die Zellen derart ausgestaltet sein müssen, daß sich nach dem Laserschweißen kein direkter Kontakt zwischen Anode und Kathode ausbildet unda) that the cells must be designed such that after laser welding no direct contact between Anode and cathode forms and
- b) daß die Fügung an den Gaseinlass- und -auslasselementen immer isolierend ausgestaltet wird.b) that the joining of the gas inlet and outlet elements is always designed to be insulating.
Für diese gasdichte Trennung werden zwei alternative Varian
ten des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgestellt.
Variante 1: Laser-Schweißen ohne Fügemasse
Variante 2: Laser-Schweißen mit FügemasseFor this gas-tight separation, two alternative variants of the method according to the invention are presented.
Variant 1 : Laser welding without joining compound
Variant 2 : Laser welding with joining compound
Bei Variante 1 werden der metallische Interkonnektor (IK) und das Substrat derart miteinander verschweißt, dass die Lücke zwischen IK und Substrat mit dem IK artgleichem Mate rial verschlossen wird. Dies geschieht durch Einbringen von Energie mit Hilfe eines fokussierten Lasers. Nach allseiti gem Abfahren des Lasers sind die Gaskanäle zwischen Anoden- und Kathodenseite gasdicht voneinander getrennt. Vorteil dieses Verfahrens ist es, daß kein zusätzliches arteigenes oder artfremdes Material zur gasdichten Fügung verwendet werden muß. Die Variante ist formunabhängig, d. h. sie kann einerseits für planare rechteckige oder runde, für dreidi mensionale ("Eierkartonform") und andererseits für tubulare und quasi-tubulare Systeme angewandt werden. An den Fügenäh ten wird eine permanente, nicht wieder lösbare Verbindung innerhalb des Brennstoffzellenstapels gebildet. Vorausset zung für derartige Fügenähte ist daher, dass die thermischen Ausdehnungskoeffizienten α der Werkstoffe keine Differenzen von größer als 1 × 10-6 1/K aufweisen.In variant 1, the metallic interconnector (IK) and the substrate are welded together in such a way that the gap between the IK and the substrate is closed with the IK-like material. This is done by introducing energy with the help of a focused laser. After the laser has been shut down on all sides, the gas channels between the anode and cathode sides are separated from one another in a gas-tight manner. The advantage of this method is that no additional native or foreign material has to be used for gas-tight joining. The variant is shape-independent, ie it can be used on the one hand for planar rectangular or round, for three-dimensional ("egg carton shape") and on the other hand for tubular and quasi-tubular systems. A permanent, non-releasable connection is formed within the fuel cell stack at the joining seams. A prerequisite for such seams is therefore that the thermal expansion coefficients α of the materials have no differences greater than 1 × 10 -6 1 / K.
Im Gegensatz zu Variante 1 muss für diese Variante zusätzli ches Material zur Schweißung zur Verfügung stehen. Vorteile dieser Variante sind eine von der Form der Brennstoffzelle unabhängige Verschweißbarkeit, die Verwendungsmöglichkeit von unterschiedlichen Werkstoffen innerhalb eines Brenn stoffzellenstapels, die dadurch einen, soweit nötig z. B. graduellen Übergang der physikalischen Eigenschaften zwi schen Interkonnektor und Zelle bilden können, die Unabhän gigkeit der Zelle vom umgebenden Interkonnektor und eine höhere Toleranz gegenüber Fertigungsprozessen (siehe Fig. 2).In contrast to variant 1, additional material for welding must be available for this variant. Advantages of this variant are a weldability independent of the shape of the fuel cell, the possibility of using different materials within a fuel cell stack, which thereby, if necessary, for. B. gradual transition of the physical properties between inter-connector and cell can form, the independence of the cell from the surrounding interconnector and a higher tolerance to manufacturing processes (see Fig. 2).
Für diese Technologie sind beispielsweise einige Werkstoffe einsetzbar, die im Ausdehnungskoeffizienten an das Umge bungsmaterial (Zelle und Metallfassung, α ~ 12 × 10-6 1/K) angepaßt sind. Dazu gehören Werkstoffe auf der Basis von Glasmaterialien, silikatisch, boratisch, phosphatisch oder gemischtgebunden; mit oder ohne keramischen oder metalli schen Füllstoffen, sowie Keramiken, ein- oder mehrphasig, mit metallischen oder keramischen Fasern oder Whiskern ge füllt oder ungefüllt, sowie Metalle oder Metall- /Keramikverbunde (für die Zellenabdichtung).For this technology, for example, some materials can be used, the expansion coefficient of the surrounding material (cell and metal frame, α ~ 12 × 10 -6 1 / K) are adapted. These include materials based on glass materials, silicate, borate, phosphate or mixed bound; with or without ceramic or metallic fillers and ceramics, single or multi-phase, filled or unfilled with metallic or ceramic fibers or whiskers, as well as metals or metal / ceramic composites (for cell sealing).
Beide Varianten sind im Verbindungssystem eines Brennstoff zellenstapels starr, d. h. bevorzugt geeignet für eine sta tionäre Anwendung. Es ist jedoch auch möglich durch Verwen dung eines geeigneten Dichtungsdesigns, siehe hierzu DE 100 33 898 A1, mobile Anwen dungen der Brennstoffzelle vorzunehmen.Both variants are in the fuel connection system cell stack rigid, d. H. preferably suitable for a sta stationary application. However, it is also possible to use it a suitable seal design, see here DE 100 33 898 A1, mobile applications the fuel cell.
Die Werkstoffe werden entweder als pastöse Materialien, als Pulver oder als Formhalbzeug auf die zu fügenden Stellen aufgebracht und mittels Laser fest mit der Zelle und der Metallfassung verschweißt. Eine separate Aufheizphase wie z. B. bei der Verwendung von Glasloten entfällt und macht dadurch den Herstellungsprozeß einfacher und kostengünsti ger.The materials are either as pasty materials, as Powder or as a semi-finished product on the areas to be joined applied and fixed by laser with the cell and the Welded metal frame. A separate heating phase like z. B. omitted when using glass solders and makes thereby making the manufacturing process easier and cheaper ger.
Durch den Einsatz eines Lasers zum Fügen besteht keine Be schränkung auf niedrigschmelzende Glaslote, Glaskeramiklote oder Kompositglaslote, sondern es kann auf höher schmelzende Gläser, kristallisierende Gläser, Keramiken oder Metallwerk stoffe zurückgegriffen werden, da beim Fügeprozess nur die zu fügende (zu schweißende) Masse lokal erhitzt wird und die Umgebung vergleichsweise "kalt" bleibt. By using a laser for joining there is no loading restriction to low-melting glass solders, glass ceramic solders or composite glass solders, but it can melt on higher Glasses, crystallizing glasses, ceramics or metal work materials are used because only the mass to be joined (to be welded) is heated locally and the Environment remains comparatively "cold".
Die Fügestellen der Gasdurchführungen können derart gestal tet sein, dass die Durchführung der unteren Platte kleiner ist als die der darauf liegenden, so daß mittels des Lasers "innenverschweißt" werden kann (Variante 2).The joints of the gas feedthroughs can be designed in such a way that the feedthrough of the lower plate is smaller than that of the one lying on it, so that it can be "internally welded" by means of the laser (variant 2 ).
Geeignete zu verwendende Werkstoffe sind insbesondere: Keramiken, insbesondere aus natürlichen Rohstoffen wie Quarz, Feldspat, Wollastonit, Nephelinsyenit und Kaolin. Ferner sind geeignet nach einer Temperaturbehandlung amorph erstarrende Keramiken. Diese können zur Verbesserung des Ausdehnungskoeffizienten mit kristallinen Komponenten wie MgO oder ZrO2 oder Metallen gefüllt sein oder es kann wäh rend der Temperaturbehandlung zur spontanen gezielten Aus kristallisation kommen.Suitable materials to be used are in particular: ceramics, in particular from natural raw materials such as quartz, feldspar, wollastonite, nepheline syenite and kaolin. Ceramics which solidify amorphously are also suitable after heat treatment. These can be filled with crystalline components such as MgO or ZrO 2 or metals to improve the coefficient of expansion, or spontaneous targeted crystallization can occur during the temperature treatment.
Gläser, insbesondere auf der Basis von Fügegläsern für Alu miniumoxid, Kovar, Platin oder Titan, beispielsweise mit MgO oder ZrO2 gefüllte Gläser.Glasses, in particular on the basis of joining glasses for aluminum oxide, Kovar, platinum or titanium, for example glasses filled with MgO or ZrO 2 .
Metalle, insbesondere als Halbzeuge oder Pulver aus der Metallfassung artgleichem Stahlwerkstoff, wie beispielsweise Fe-Cr-Stahlsorten mit Chromgehalten zwischen 16 und 26 Mas sen-% Cr und den Werkstoffnummern 1.4016, 1.4113, 1.4509, 1.4502, 1.4510, 1.4511, 1.4513, 1.4520, 1.4521, 1.4742, 1.4745, 1.4748, 1.4749 und 1.4763 oder aber Werkstoffe ent sprechend der DE 196 50 704; diese können ebenfalls als Füllmaterial für oben genannte Keramiken oder Gläser dienen.Metals, especially as semi-finished products or powder from the Metal frame of the same type of steel material, such as Fe-Cr steel grades with chrome contents between 16 and 26 mas % Cr and the material numbers 1.4016, 1.4113, 1.4509, 1.4502, 1.4510, 1.4511, 1.4513, 1.4520, 1.4521, 1.4742, 1.4745, 1.4748, 1.4749 and 1.4763 or materials speaking of DE 196 50 704; these can also be used as Filling material for ceramics or glasses mentioned above.
Nach Aufbringung einer entsprechenden Menge an CaNaSi-Glas (pastös, pulvrig oder als Halbzeug) wird mittels eines fo kussierten Lasers (z. B. CO2- oder Excimer-Laser) die Umran dung abgefahren und in einem Schritt geschweißt/gefügt. Hierbei kommt es zu einer innigen, nicht wieder lösbaren Verbindung zwischen der Zelle und der Metallfassung sowie aufgrund nur lokaler Erhitzung in der Fügemasse zu keiner größeren thermischen Beeinträchtigung der Umgebung. Untersuchungen von A. Helebrandt et al.: Merthamatical mode ling of temperature distribution during C = 2 laser irradiati on of glass, Glass Technology Vol. 34, No. 4 (1993), S. 154-158, an einem Float-Glas zeigten, dass bei einer CO2- Laserleistung von 142 W/cm2 die Temperatur an der Glasober fläche ca. 1150°C beträgt, diese aber in der Tiefe von 1 mm nur noch ca. 950°C erreicht (Nach einer Laser-Einwirkdauer von 1 sec; Rechteckverteilung; diese Werte verschieben sich zu 1150°C respektive ca. 800°C bei Verwendung einer Gauss- Intensitätsverteilung).After applying an appropriate amount of CaNaSi glass (pasty, powdery or as a semi-finished product), the border is scanned using a focused laser (e.g. CO 2 or excimer laser) and welded / joined in one step. This leads to an intimate, non-releasable connection between the cell and the metal frame, and due to only local heating in the jointing compound, there is no major thermal impairment of the surroundings. Investigations by A. Helebrandt et al .: Merthamatical mode ling of temperature distribution during C = 2 laser irradiati on of glass, Glass Technology Vol. 34, No. 4 (1993), pp. 154-158, on a float glass showed that with a CO 2 laser power of 142 W / cm 2, the temperature on the glass surface is approximately 1150 ° C., but this is in the depth of 1 mm only reached approx. 950 ° C (after a laser exposure time of 1 sec; rectangular distribution; these values shift to 1150 ° C or approx. 800 ° C when using a Gaussian intensity distribution).
Dies bedeutet, dass die mit hoher Temperatur (< 1000°C) beeinflußte Zone vergleichsweise gering ist.This means that those with high temperature (<1000 ° C) affected zone is comparatively small.
Das prinzipielle Vorgehen entspricht dem vorgenannten Bei spiel. Untersuchungen von Kim et al.: Surface modification of Inconel 600 alloy by laser surface melting and alloying to improve its corrosion resistance; Proc. of 1st Int. Conf. On Advanced Materials Processing 2000, S. 237-243, an einem Inconel 600, bei welchem eine Oberflächenmodifikation durch geführt werden sollte, zeigen, dass mittels eines CO2-Lasers bei Leistungen zwischen 500 und 1300 W pro 1 mm ∅-Fläche eine Laserbearbeitung möglich ist. Die erzielten Schichtdic ken variieren zwischen 150 und 200 µm oder zwischen 300 und 400 µm je nach Parametern. Diese Schicht wurde auf einer chromreicheren Untergrundschicht erzeugt, welche eine Dicke von 50-80 µm aufwies.The basic procedure corresponds to the aforementioned example. Investigations by Kim et al .: Surface modification of Inconel 600 alloy by laser surface melting and alloying to improve its corrosion resistance; Proc. of 1 st Int. Conf. On Advanced Materials Processing 2000, pp. 237-243, on an Inconel 600, in which a surface modification should be carried out, show that laser processing with a CO 2 laser at powers between 500 and 1300 W per 1 mm ∅ area is possible. The layer thicknesses vary between 150 and 200 µm or between 300 and 400 µm depending on the parameters. This layer was created on a chromium-rich background layer, which had a thickness of 50-80 µm.
11
Interkonnektor (erstes Bauteil)
Interconnector (first component)
22
Substrat (zweites Bauteil)
Substrate (second component)
33
Kathode
cathode
44
Gaskanal
gas channel
55
Spalt
gap
66
Schweißnaht
Weld
77
zusätzliches Fügematerial
additional joining material
Claims (7)
mit den Schritten,
in den Spalt zwischen dem keramischen Bauteil und dem
metallischen Interkonnektor wird ein Fügematerial eingebracht,
durch Abfahren der zu fügenden Naht mit einem Laser wird ein zwischen dem keramischen Bauteil und dem metallischen Interkonnektor befindlicher Spalt durch den Energieeintrag des Lasers verschweißt. 2. Method for producing a gas-tight and high-temperature resistant connection between a metallic interconnector and a ceramic component of a high-temperature fuel cell, the thermal expansion coefficients of which differ by more than 1.10 -6 1 / K.
with the steps
in the gap between the ceramic component and the
metal interconnector, a joining material is inserted,
by driving the seam to be joined with a laser, a gap located between the ceramic component and the metallic interconnector is welded by the energy input of the laser.
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