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Wednesday, June 20, 2007, Brüssel 8:40 AM Fügen von Glas, Keramik und Metall Joining of glass, ceramics, metals |
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Entwicklung eines Konzeptes zum Löten von PVD metallisierten Si3N4 -Panzerungen zum Thixoforming von Stahl |
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Philipp Immich* / Institut für Oberflächentechnik
RWTH Aachen, Deutschland Kirsten Bobzin / Institut für Oberflächentechnik, Deutschland Erich Lugscheider/ Institut für Oberflächentechnik, Deutschland Reimo Nickel/ Institut für Oberflächentechnik, Deutschland Rainer Telle/ Institut für Gesteinshüttenkunde, Deutschland Simon Münstermann/ Institut für Gesteinshüttenkunde, Deutschland |
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Das Formgebungsverfahren Thixoforming ist angesiedelt zwischen den etablierten Verfahren Gießen und Schmieden. Vorteil des Verfahrens sind laminare Formfüllung sowie eine Erzielung von komplexen Near-Net-Shape-Geometrien. Die Formgebung von Stahl im teilerstarrten Zustand stellt besonders hohe mechanische und thermische Anforderungen an die verwendeten Dauerformwerkzeuge. Die Verarbeitungstemperaturen liegen im Bereich 1300-1450°C, dadurch wird die Wahl der möglichen Einsatzwerkstoffe auf die keramischen Werkstoffe eingeschränkt. Je nach Komplexität der Werkzeuge bieten sich vollkeramische Werkzeugkonzepte an, die mittels Armierung einen für Keramiken geeigneten Druckspannungszustand erreichen können. Für keramische Funktionselemente wie Werkzeugeinsätze, bietet sich dagegen an, diese Panzerungen an metallische Verbindungselemente zu fügen. Dadurch können die Panzerungen äußerst flexibel auch in bestehenden Werkzeuggeometrien eingesetzt werden. Die nitridischen Werkstoffsysteme zeigen im Vergleich zu den oxidischen Systemen eine sehr gute Thermowechselbeständigkeit sowie ausgezeichnete mechanische Eigenschaften. In Tauchversuchen in flüssigem Stahl zeigten vor allem Si3N4-Keramiken eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit. Die Herausforderungen im Bereich der Lotentwicklung und Applikation liegen dabei vor allem im Bereich der Verbindung zwischen keramischer Panzerung und metallischem Verbindungselement. Die Verwendung von Aktivloten in Form von Pasten oder Folien ist Stand der Technik. Allerdings unterliegt dieses Verfahren einigen Einschränkungen, insbesondere im Hinblick auf das Applizieren von Lot auf komplexen Geometrien sowie das Einstellen von sehr geringen Lötspaltbreiten. Hier bietet sich das Fügen von mit Physical-Vapour-Deposition(PVD) metallisierten Keramiken an. Dabei sind die Keramiken mit Aktivmetallen wie Titan oder Zirkonium, sowie Nickel im PVD-Prozess metallisiert worden. Durch die Variation von Prozessparametern konnte die Haftfestigkeit der Metallisierung der Keramiken wesentlich verbessert werden. Die anschließenden Lötungen wurden im Vakuum durchgeführt. Die Charakterisierungen der Fügeverbindung erfolgte mittels XRD zur Bestimmung der Phasenzusammensetzung, EDX zur Elementzusammensetzung, sowie Nanoindentation zur Ermittlung von E-Modul und Härte. Es zeigte sich, dass das PVD-Verfahren in der Lage ist, Keramiken haftfest zu metallisieren und dann in einem nachgeschalteten Lötprozess zu fügen, so dass keine Aktivlote mehr verwendet werden müssen. |