DE4334438A1 - Composit-Glaslot sowie Verwendung des Composit-Glaslotes und Verfahren zum Fügen von Bauelementen - Google Patents
Composit-Glaslot sowie Verwendung des Composit-Glaslotes und Verfahren zum Fügen von BauelementenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Lot mit einer Glas-Komponente und
einer Composit-Komponente sowie eine Verwendung des Composit-
Glaslotes und ein Verfahren zum Fügen metallischer und/oder
keramischer Bauelemente, insbesondere Bauelemente einer Hoch
temperatur-Brennstoffzelle.
Die Einsatzgebiete für Lote sind aufgrund einer ständigen
Neu- und Weiterentwicklung von Werkstoffen längst nicht mehr
nur auf metallische Werkstoffe beschränkt. Auch steigen im
Zuge der ständigen Verbesserungen industrieller Verfahren und
Maschinen die Anforderungen an über Lote hergestellte Ver
bindungen, wie beispielsweise Hochtemperaturbeständigkeit,
Korrossionsbeständigkeit und Gasundurchlässigkeit. Zur Her
stellung einer elektrisch isolierenden Verbindung mittels
eines Lotes wird für niedrige Einsatztemperaturen Glaslot
verwendet. Mit diesem lassen sich unter bestimmten Vorausset
zungen sowohl metallische als auch keramische Bauelemente
aneinanderfügen. Darüber hinaus weist Glaslot häufig eine
deutlich bessere Korrosionsbeständigkeit als metallisches Lot
auf. Aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung wird übliches
Glaslot allerdings bei hohen Temperaturen, beispielsweise in
einem Bereich oberhalb von 900 bis 1000°C, elektrisch
leitend. Darüber hinaus ist übliches Glaslot bei hohen
Temperaturen viskos, so daß die Möglichkeit besteht, daß das
Glaslot zerfließt.
In dem Buch "Glass-Ceramic Materials" von Z. Strnad,
Elsevier-Verlag, Amsterdam, 1986, insbesondere Seite 235-241,
werden Glaskeramiklote beschrieben. Glaskeramiklote haben die
Eigenschaft, daß sie aus der Glasschmelze heraus bei einer
geeigneten Wärmebehandlung kristallisieren und somit
zumindest teilweise in einen festen Zustand übergehen. Diese
Kristallisation wird durch das Einbringen von in der
Glasschmelze löslichen Stoffen mit einem hohen Schmelzpunkt
in ein Glaslot erreicht. Die zugegebenen Stoffe, wie
Titanoxid oder Zirkonoxid, werden in der Glasschmelze gelöst
und bei einer geeigneten Wärmebehandlung aus der Glasschmelze
ausgeschieden. Die Ausscheidungen bewirken maßgeblich als
Keimbildner das Einsetzen der Kristallisation. Das Löten mit
einem Glaskeramiklot erfordert daher eine ganz spezielle und
aufwendige Wärmebehandlung.
In dem Buch "Schott-Glas-Lexikon" von Heinz G. Fender, 2.
Auflage, mvg Moderne Verlags GmbH, München, 1983, sind
Glaskeramiken und Composit-Glaslote, insbesondere auf den
Seiten 116, 148-150, behandelt. Ein Composit-Glaslot ist eine
Mischung aus einem Glaslot und einem inerten Füllstoff mit
kleinem positiven oder negativen thermischen Aus
dehnungskoeffizienten. Der Füllstoff tritt mit dem Glaslot in
keine chemischen Reaktionen ein. Bei hohen Temperaturen
besteht auch bei einem Composit-Glaslot die Möglichkeit, daß
das weiterhin flüssige Glaslot elektrisch leitend wird.
Außerdem ist die Menge des zumischbaren Füllstoffes durch
eine Verschlechterung des Fließvermögens des Glaslotes beim
Lötprozeß begrenzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Composit-
Glaslot anzugeben, welches hochtemperaturbeständig, gasun
durchlässig, korrosionsbeständig und auch bei hohen
Temperaturen weitgehend elektrisch isolierend sein soll.
Dabei soll das Composit-Glaslot zum Fügen von metallischen
sowie keramischen Bauelementen geeignet sein. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Verwendung sowie
eines Verfahrens zum Fügen metallischer und/oder keramischer
Bauelemente, insbesondere Bauelemente einer Hochtemperatur-
Brennstoffzelle.
Die Lösung der erstgenannten Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß
durch ein Composit-Glaslot mit einer Glas-Komponente und
einer Composit-Komponente, wobei bei einer Löttemperatur die
Glas-Komponente flüssig und die Composit-Komponente fest ist,
und die Glas-Komponente mit der Composit-Komponente bei einer
hohen Temperatur zumindest partiell zu einer kristallinen
Phase reagiert.
Die Glas-Komponente ist dabei vorteilhafterweise ein Glaslot
und die Composit-Komponente ein Füllstoff. Die Glas-
Komponente umgibt die Composit-Komponente, so daß diese bei
der Löttemperatur von der Glas-Komponente an einer großen
Oberfläche benetzt ist. An der Oberfläche findet zwischen der
Glas-Komponente und der Composit-Komponente eine Reaktion
statt, durch die sich zumindest in einer Umgebung der
Composit-Komponente eine kristalline Phase ausbildet.
Gegebenenfalls findet partiell eine Entglasung der Glas-
Komponente statt. Weiterhin können durch Festphasen-Diffusion
Moleküle aus der kristallinen Phase in die Composit-
Komponente gelangen und umgekehrt. Dadurch wird der
Schmelzpunkt des Composit-Glaslotes erhöht. Ein Fortschreiten
der Reaktion, und somit eine Ausweitung der kristallinen
Phase, kann auch bei einer niedrigeren Temperatur als der
Löttemperatur stattfinden. Nach einer bestimmten Zeitdauer
ist somit eine vollständige Umwandlung des Composit-Glaslotes
in eine kristalline Phase möglich. Es entsteht eine
Verbindung, welche bei der Löttemperatur von einem viskosen
Zustand in einen weitgehend festen und mechanisch stabilen
Zustand übergeht. Durch die Erhöhung des Schmelzpunktes und
die Bildung der kristallinen Phase ist das Composit-Glaslot
äußerst temperaturbeständig, und es hat eine geringe Abdampf
rate sowie eine gute Beständigkeit gegenüber aggressiven
Medien. Es ist zudem gasundurchlässig und korrosions
beständig, da die Glas-Komponente und die Composit-Komponente
durch die Reaktion fest und stoffschlüssig verbunden sind.
Durch die auftretende kristalline Phase ist das Composit-
Glaslot zudem auch bei hohen Temperaturen weitgehend
elektrisch isolierend.
Vorteilhafterweise macht die Glas-Komponente einen Anteil von
30-95 Gewichtsprozent (Gew.-%) des Composit-Glaslotes aus
und die Composit-Komponente entsprechend einen Anteil von
70-5 Gew.-%. Dadurch ist gewährleistet, daß die Glas-Kompo
nente in ausreichender Menge vorhanden ist und die Composit-
Komponente umgibt, so daß das Composit-Glaslot gasdicht ist.
Über den jeweiligen Anteil der Glas-Komponente bzw. der
Composit-Komponente ist zudem ein thermischer Ausdehnungs
koeffizient des Composit-Glaslotes einstellbar. Je nach den
vorliegenden Anteilen bestimmt sich die Festigkeit und
Viskosität sowie der Schmelzpunkt des Composit-Glaslotes. Mit
einem hohen Anteil der Composit-Komponente lassen sich
mittels des Composit-Glaslotes Bauelemente aneinander fügen,
die durch einen großen Spalt voneinander getrennt sind. Ein
Fügevorgang ist sowohl an Luft als auch unter Vakuum durch
führbar. Darüber hinaus ist über den Anteil der Composit-
Komponente der thermische Ausdehnungskoeffizient des
Composit-Glaslotes veränderbar.
Vorteilhafterweise ist die Composit-Komponente zumindest bis
zur Löttemperatur elektrisch isolierend.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Composit-Komponente
ein Metalloxid, insbesondere Zirkon-, Magnesium-, Yttrium- oder
Aluminiumoxid, oder eine Mischung aus zumindest zwei
Metalloxiden. Metalloxide mit einem hohen Schmelzpunkt sind
für eine hohe Temperaturbeständigkeit des Composit-Glaslotes
von Vorteil. Darüber hinaus sind die Metalloxide auch bei
hohen Temperaturen elektrisch isolierend, so daß das
Composit-Glaslot auch bei hohen Temperaturen elektrisch
isolierend ist.
Die Composit-Komponente weist vorteilhafterweise Körner mit
einer Korngröße von etwa 10 µm bis 500 µm, insbesondere etwa 100 µm,
auf. Die Composit-Komponente besitzt damit eine große
Oberfläche, an der eine Reaktion mit der Glas-Komponente
stattfinden kann. Eine Korngröße von 30 µm eignet sich beson
ders dazu, einen Raumbereich mit einer Dicke von etwa 100 µm
auszufüllen. Bei Korngrößen von einigen 100 µm kann eine
stabile Schichthöhe des Composit-Glaslotes von 1000 µm
erreicht werden, da bei der Löttemperatur die flüssige Glas-
Komponente die Composit-Komponente gut benetzt und allenfalls
in geringem Umfang abfließt.
Besonders eignet sich eine Composit-Komponente, die über
wiegend aus Zirkonoxid (ZrO₂) besteht. Ein Anteil des Zir
konoxides von 10-40 Gew.-% des Composit-Glaslotes fördert
das Entstehen kristalliner Phasen besonders gut. Das Zirkon
oxid kann dabei mit Yttriumoxid, beispielsweise mit einem
Anteil von 8 Mol-Prozent, stabilisiert sein. Während eines
Fügevorgangs und nach einem Fügevorgang kann eine
Stabilisierung des ZrO₂ sowie eine Bildung kristalliner
Phasen des ZrO₂, beispielsweise ZrSiO₄ bei Anwesenheit von
SiO₂, erfolgen. Gegebenenfalls kann das Zirkonoxid teilweise
oder nahezu vollständig durch Aluminiumoxid ersetzt sein.
In einer weiteren Ausgestaltung besteht die Glas-Komponente
aus 0-30 Gew.-% Boroxid (B₂O₃), aus 10-40 Gew.-% Alumi
niumoxid (Al₂O₃), aus 10-50 Gew.-% Siliziumoxid (SiO₂) sowie
20-50 Gew.-% Kalziumoxid (CaO) und 0-50% Magnesiumoxid
(MgO). Besonders vorteilhaft ist eine Glas-Komponente aus 5 -
20 Gew.-% B₂O₃, 10-20 Gew.-% Al₂O₃ Gew.-%, 20-50 Gew.-% SiO₂
und 25-40 Gew.-% CaO. In Versuchen bewährte sich
insbesondere ein Composit-Glaslot aus etwa 15 Gew.-% B₂O₃,
etwa 15 Gew.-% Al₂O₃ Gew.-%, etwa 35 Gew.-% SiO₂ und etwa
35 Gew.-% CaO. Eine so gebildete Glas-Komponente weist einen
hohen Schmelzpunkt auf und eignet sich besonders für die
Ausbildung kristalliner Phasen. Zudem verfügt die Glas-
Komponente, insbesondere aufgrund einer geringen Ionen-
Leitfähigkeit des Kalziumoxides, bei hohen Temperaturen über
eine gute elektrische Isolationsfähigkeit.
In der Glas-Komponente treten als netzwerkbildende
Bestandteile (Netzwerkbildner) überwiegend das Siliziumoxid
und das Boroxid. Es sind auch andere Netzwerkbildner möglich.
Netzwerkbildner auf der Basis von Alkali-Metallen eignen sich
wegen einer Ionen-Leitfähigkeit bei hohen Temperaturen nur
bedingt, insbesondere dann, wenn das Composit-Glaslot eine
auch bei hohen Temperaturen elektrisch isolierende Schicht,
beispielsweise in einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle,
bilden soll. Als netzwerkwandelnde Bestandteile (Netzwerk
wandler) der Glas-Komponente fungieren das Kalziumoxid
und/oder das Magnesiumoxid. Als Netzwerkwandler können andere
Oxide verwendet werden, die ebenfalls eine geringe
Ionen-Leitfähigkeit aufweisen, wie z. B. Bariumoxid (BaO). Als
Bestandteile der Glas-Komponente eignen sich Verbindungen auf
der Basis von Arsen oder Antimon aufgrund ihres chemisch
aggressiven Verhaltens nur bedingt.
Von Vorteil ist es, wenn die Löttemperatur des Composit-
Glaslotes bis etwa 1300°C, insbesondere bis etwa 1150°C,
beträgt. Dies ist unter anderem zur Anwendung in einer
Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einer Betriebstemperatur
von beispielsweise 900°C sowie in einer Gasturbinenanlage
von Vorteil.
Vorteilhafterweise findet eine eine kristalline Phase
bildende Reaktion zwischen der Glas-Komponente und der
Composit-Komponente auch bei einer Temperatur statt, die
geringer als die Löttemperatur, insbesondere kleiner etwa
900°C, ist. Dadurch kann eine Umwandlung des Composit-
Glaslotes auch bei einer Temperatur unterhalb der
Löttemperatur statt, wodurch sein Schmelzpunkt weiter erhöht
wird. Das Composit-Glaslot kann während der Reaktion zu einer
ständig fester werdenden Verbindung zwischen Bauelementen
führen. Dies hat den Vorteil, daß eine genaue Positionierung
der Bauelemente zueinander möglich ist. Während das Composit-
Glaslot sich verfestigt, kann gegebenenfalls eine Korrektur
der Position der Bauelemente zueinander noch durchgeführt
werden.
Die Löttemperatur liegt günstigerweise oberhalb etwa 500°C,
wodurch eine bis zu 500°C mechanisch feste und thermisch
stabile Fügeverbindung herstellbar ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Composit-Glaslot ein
Pulver ist. Ein Pulver kann besonders einfach auf ein
Bauelement aufgetragen werden. Beispielsweise kann das Pulver
mit einer Flüssigkeit, die bei einem Lötvorgang verdampft, zu
einer streichfähigen Paste vermischt werden.
Von Vorteil ist es, wenn die Glas-Komponente des Pulvers
Körner mit einer Korngröße von etwa 10 µm, insbesondere 5 µm,
aufweist. Dadurch ist das Pulver ein weitgehend dichtes
Gemisch aus der Glas-Komponente und der Composit-Komponente
mit allenfalls kleinen Hohlräumen zwischen den Komponenten.
Bei einem Aufschmelzen der Glas-Komponente wird die Composit-
Komponente dadurch besonders gut benetzt, und ein Abfließen
der Glas-Komponente während des Lötvorganges ist weitgehend
vermieden.
Besonders eignet sich das Composit-Glaslot zum Fügen von
metallischen sowie keramischen Bauelementen. Dabei können
sowohl metallische mit metallischen als auch metallische mit
keramischen oder keramische Bauelemente mit keramischen
Bauelementen aneinander gefügt werden. Die so aneinander
gefügten Bauelemente sind mechanisch fest und elektrisch
isolierend miteinander verbunden. Für das Fügen zweier
Bauteile aus Al₂O₃ weist die Composit-Komponente vorteil
hafterweise einen hohen Anteil an Al₂O₃ oder MgO auf; für das
Fügen von Bauteilen aus ZrO₂ entsprechend einen hohen Anteil
an ZrO₂.
Mit Vorteil lassen sich Bauelemente, die mit einem Abstand
von etwa 1000 µm, insbesondere 300 µm, voneinander beab
standet sind, aneinanderfügen. Die Bauelemente werden dabei
fest und stoffschlüssig miteinander verbunden. Durch die hohe
Korrosionsbeständigkeit und Temperaturbeständigkeit des
Composit-Glaslotes bleiben die Bauelemente unter thermischen
Beanspruchungen über einen langen Zeitraum fest miteinander
verbunden.
Da das Composit-Glaslot gleichermaßen zum Fügen metallischer
sowie keramischer Bauelemente geeignet ist, ist eine Verwen
dung des Composit-Glaslotes zum Fügen von Bauelementen einer
Hochtemperatur-Brennstoffzelle besonders vorteilhaft. Eine
auf diese Weise gefügte Hochtemperatur-Brennstoffzelle kann
durch das Composit-Glaslot gasdicht abgeschlossen werden.
Dabei können Gasströme von Reaktionsgasen der Hochtemperatur-
Brennstoffzelle wirksam gegeneinander und gegenüber den
Elektroden einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle abgedichtet
werden. Darüber hinaus greift ein bei einer Betriebs
temperatur festes Composit-Glaslot metallische und/oder
keramische Bauteile einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle,
insbesondere eine bipolare Platte und einen Feststoff-
Elektrolyten, weniger an als ein bei der Betriebstemperatur
viskoses Lot. Zudem zerfließt das Composit-Glaslot auch bei
der Löttemperatur nicht, so daß eine Beschädigung, insbe
sondere ein Verstopfen, von Elektroden einer Hochtemperatur-
Brennstoffzelle vermeidbar ist.
Besonders eignet sich das Composit-Glaslot zum Fügen von
Bauelementen einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einer
Fest-Elektrolyt-Anordnung mit zwei Elektroden, wobei zwischen
den Elektroden ein Fest-Elektrolyt vorgesehen ist und die
Fest-Elektrolyt-Anordnung in einem Spalt zwischen zwei Ab
trennelementen angeordnet ist. Dabei können die Abtrenn
elemente stoffschlüssig und gasundurchlässig sowie tempera
turwechselbeständig aneinander gefügt werden. Zudem ist ein
Fügen eines jeweiligen Abtrennelementes mit dem Fest-
Elektrolyten möglich. Das dabei verwendete Composit-Glaslot
weist günstigerweise einen thermischen Ausdehnungskoeffi
zienten auf, der an die thermischen Ausdehnungskoeffizienten
der Abtrennelemente und des Fest-Elektrolyten angepaßt ist.
Ein Fügen mit dem Composit-Glaslot trägt zu einer hohen
Festigkeit und einer hohen Temperaturbeständigkeit der
Hochtemperatur-Brennstoffzelle bei.
Von Vorteil ist ein Verfahren zum Fügen von Bauelementen
mittels des Composit-Glaslotes, wobei die Glas-Komponente und
die Composit-Komponente in einem Pulver vermischt sind oder
in einem Verbundelement vorliegen und zwischen jeweils zwei
Bauelementen angeordnet werden. Das Pulver oder das
Verbundelement und die Bauelemente werden auf eine
vorgegebene Löttemperatur erwärmt und für eine vorgegebene
Lötdauer auf dieser gehalten. In dem Pulver sind die Glas-
Komponente und die Composit-Komponente gut miteinander ver
mischt, wodurch bei einem Aufschmelzen der Glas-Komponente
eine gute Benetzung der Composit-Komponente stattfindet und
das Composit-Glaslot bei dem Lötvorgang gasundurchlässig
wird. In dem Verbundelement ist die Composit-Komponente von
der Glas-Komponente umgeben, wobei für den Fall, daß die
Composit-Komponente Körner aufweist, Zwischenräume zwischen
den Körnern weitgehend von der Glas-Komponente ausgefüllt
sind. In dem Verbundelement ist die Composit-Komponente somit
weitgehend eingeglast. Weiterhin findet eine gute Benetzung
der Bauelemente mit dem Composit-Glaslot statt, so daß bei
der vorgegebenen Löttemperatur die Bauelemente stoffschlüssig
aneinandergefügt werden. Während der vorgegebenen Lötdauer
tritt eine Reaktion zwischen der Glas-Komponente und der
Composit-Komponente auf, bei der es zumindest partiell zur
Bildung einer kristallinen Phase kommt. Dadurch erhöht sich
der Schmelzpunkt des Composit-Glaslotes. Zudem erhöht sich
die Isolationsfähigkeit des Composit-Glaslotes, wodurch die
Bauelemente so aneinandergefügt werden, daß sie auch bei
einer hohen Temperatur elektrisch voneinander isoliert sind.
Vorteilhaft ist eine Fügeverbindung aus dem Composit-Glaslot
und zumindest zwei Bauelementen, bei der eine stoffschlüssige
und mechanisch feste Verbindung zwischen jeweils zwei
Bauelementen durch das Composit-Glaslot hergestellt ist. Eine
solche Fügeverbindung ist dauerhaft, mechanisch belastbar,
gut elektrisch isolierend und temperaturbeständig.
Anhand der Zeichnung wird das Composit-Glaslot sowie eine
Verwendung des Composit-Glaslot zum Fügen von Bauelementen
prinzipiell erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil des Composit-
Glaslotes und
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Teil einer mit dem
Composit-Glaslot gefügten Hochtemperatur-Brenn
stoffzelle.
In Fig. 1 und Fig. 2 sind nur die für die Erläuterung
wesentlichen Teile dargestellt.
In Fig. 1 ist ein Composit-Glaslot 1 mit Körnern 10 der
Composit-Komponente 3 dargestellt, welche von der Glas-
Komponente 2 umgeben sind. In einem Bereich um die Körner 10
herum ist eine kristalline Phase 6 dargestellt, die durch
eine Reaktion der Glas-Komponente 2 mit der Composit-
Componente 3 entsteht. Diese kristalline Phase 6 sowie ggf.
weitere vorhandene kristalline Phasen 61 innerhalb der Glas-
Komponente 2 führen zu einer Entglasung und somit zu einer
Erhöhung des Schmelzpunktes der Glas-Komponente 2.
Fig. 2 zeigt einen Teil einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle 7
mit einer Fest-Elektrolyt-Anordnung 5, die zwei Elektroden
52, 53 aufweist. Zwischen den Elektroden 52, 53 ist ein Fest-
Elektrolyt 51 angeordnet. Die Elektroden 52, 53 stehen über
jeweils einem elektrisch-leitenden Kontaktelement 54 mit
einem Abtrennelement 4 in elektrischem Kontakt.
Die Fest-Elektrolyt-Anordnung 5 ist in einem Spalt 8 zwischen
zwei Abtrennelementen 4 angeordnet. Durch den Spalt 8 sowie
durch die Abtrennelemente 4 ist eine Zuführung 71 für ein
Reaktionsgas der Hochtemperatur-Brennstoffzelle vorhanden.
Das Composit-Glaslot 1 verbindet stoffschlüssig und gasun
durchlässig die Abtrennelemente 4 untereinander sowie jedes
Abtrennelement 4 mit dem Fest-Elektrolyten 51. Die Zuführung
71 ist somit gasdicht gegenüber einer außerhalb der
Hochtemperatur-Brennstoffzelle herrschenden Atmosphäre sowie
gegenüber zumindest einer der Elektroden 52, 53 abgetrennt.
Der Fest-Elektrolyt 51 besteht beispielsweise aus einem mit
Yttriumoxid stabilisierten Zirkonoxid. Die Abtrennelemente 4
bestehen beispielsweise aus einem rostfreien Stahl. Ein kera
misches Abtrennelement 4 auf der Basis von LaCrO₃ mit einer
Dotierung von MnO, SrO oder CaO ist ebenfalls möglich. Das
Composit-Glaslot 1 weist einen Anteil von etwa 10-40 Gew.-%
Zirkonoxid, welches mit Yttriumoxid stabilisiert ist, auf.
Dadurch ist ein thermischer Ausdehnungskoeffizient des
Composit-Glaslotes 1 erreichbar, der weitgehend mit dem
Ausdehnungskoeffizient des Fest-Elektrolyten 51 überein
stimmt. Das Composit-Glaslot 1 eignet sich besonders gut, die
Abtrennelemente 4 über eine Dicke des Spaltes 8 von einigen
100 µm zu verbinden. Das Composit-Glaslot hat in diesem Fall
einen Anteil der Glas-Komponente von 65-80 Gew.-%. Durch die
gute elektrische Isolationsfähigkeit treten über das
Composit-Glaslot 1 hinweg keine nennenswerten elektrischen
Leckströme auf. Die hohe Temperaturbeständigkeit, die hohe
Korrosionsbeständigkeit sowie eine gute mechanische
Festigkeit des Composit-Glaslotes 1 sind für einen
Langzeitbetrieb der Hochtemperatur-Brennstoffzelle besonders
vorteilhaft.
Das erfindungsgemäße Composit-Glaslot mit einer Glas-
Komponente und einer Composit-Komponente zeichnet sich durch
Bildung einer kristallinen Phase zumindest in einer Umgebung
der Composit-Komponente bei einer hohen Temperatur aus, wobei
eine Erhöhung des Schmelzpunktes erreichbar ist. Eine Umwand
lung der Glas-Komponente in eine kristalline Phase schreitet
bereits bei einer geringeren Temperatur als der Löttemperatur
fort, wodurch eine bei einer hohen Temperatur feste,
elektrisch-isolierende und korrosionsbeständige Fügever
bindung erreichbar ist, welche metallische und/oder
keramische Bauelemente stoffschlüssig und gasundurchlässig
miteinander verbinden kann.
Claims (17)
1. Composit-Glaslot (1) mit einer Glas-Komponente (2) und
einer Composit-Komponente (3), wobei bei einer Löttempera
tur die Glas-Komponente (2) flüssig und die Composit-Kompo
nente (3) fest ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Glas-Komponente (2) mit der
Composit-Komponente (2) bei einer hohen Temperatur zumin
dest partiell zu einer kristallinen Phase (6) reagiert.
2. Composit-Glaslot (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Glas-Komponente (2)
einen Anteil von 30-95 Gew.-% ausmacht.
3. Composit-Glaslot (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Composit-Komponente (3) ein Metalloxid, insbesondere
Zirkonoxid, Magnesiumoxid und/oder Aluminiumoxid, aufweist.
4. Composit-Glaslot (1) nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Composit-Komponente (3) Körner (10) mit einer Korn
größe von 10 µm bis 500 µm, insbesondere etwa 100 µm, auf
weist.
5. Composit-Glaslot (1) nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Composit-Komponente (3) ZrO₂, insbesondere mit Y₂O₃
stabilisiertes ZrO₂, ist und 10-40 Gew.-% ausmacht.
6. Composit-Glaslot (1) nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Glas-Komponente (2) im wesentlichen aus 10-50 Gew.-%
SiO₂, 10-40 Gew.-% Al₂0₃, 0-30 Gew.-% B₂O₃
sowie 20-50 Gew.-% CaO und 0-50 Gew.-% MgO besteht.
7. Composit-Glaslot (1) nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Löttemperatur bis etwa 1300°C beträgt.
8. Composit-Glaslot (1) nach einem der vorhergehenden An
sprüche, bei dem eine Bildung der kristallinen Phase (6)
bei einer Temperatur kleiner als die Löttemperatur, insbe
sondere kleiner etwa 900°C, stattfindet.
9. Composit-Glaslot (1) nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Löttemperatur oberhalb etwa 500°C liegt.
10. Composit-Glaslot (1) nach einem der vorhergehenden An
sprüche, welches ein Pulver ist.
11. Composit-Glaslot (1) nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die Glas-Komponente (2)
des Pulvers Körner (10) mit einer Korngröße von etwa 10 µm,
insbesondere 5 µm aufweist.
12. Verwendung des Composit-Glaslotes (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche zum Fügen eines metallischen mit
einem metallischen, eines metallischen mit einem kerami
schen oder eines keramischen Bauelementes (4, 5) mit einem
keramischen Bauelement (4, 5).
13. Verwendung des Composit-Glaslotes (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis 11 oder Verwendung nach Anspruch 12 zum
Fügen zweier mit einem Abstand von etwa 1000 µm, insbeson
dere 300 µm, voneinander beabstandeter Bauelemente (4, 5).
14. Verwendung des Composit-Glaslotes (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis 11 oder Verwendung nach einem der Ansprüche
12 oder 13 zum Fügen von Bauelementen (4, 5) einer Hochtem
peratur-Brennstoffzelle (7).
15. Verwendung nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, daß die Hochtemperatur-
Brennstoffzelle (7) eine Fest-Elektrolyt-Anordnung (5) mit
zwei Elektroden (52, 53) aufweist, wobei zwischen den Elek
troden (52, 53) ein Fest-Elektrolyt (51) angeordnet ist und
die Fest-Elektrolyt-Anordnung (5) in einem Spalt (8)
zwischen zwei Abtrennelementen (4) angeordnet ist.
16. Verfahren zum Fügen von Bauelementen (4, 5) mittels des
Composit-Glaslotes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Glas-Komponente (2) und die Composit-Komponente (4, 5) in
einem Pulver vermischt sind oder in einem Verbundelement
vorliegen, zwischen jeweils zwei Bauelementen (4, 5) ange
ordnet, mit den Bauelementen (4, 5) auf eine Löttemperatur
erwärmt und für eine Lötdauer auf dieser gehalten werden.
17. Fügeverbindung aus dem Composit-Glaslot (1) nach einem
der Ansprüche 1 bis 11 und zumindest zwei Bauelementen
(4, 5), bei der eine stoffschlüssige und mechanisch feste
Verbindung zwischen jeweils zwei Bauelementen (4, 5) durch
das Composit-Glaslot (1) hergestellt ist.
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