Mechanische Eigenschaften induktiv gelöteter ZrO2-Metall-Verbunde mit Reaktivloten an Luft

Hochtemperaturbrennstoffzellen (engl. Solid Oxide Fuel Cells, SOFC) bestehen aus keramischen und metallischen Komponenten, die für den Betrieb bei hohen Temperaturen bis zu 850 °C in oxidierenden und reduzierenden Bedingungen miteinander zu fügen sind. Geeignete Fügematerialien und Technologien müssen eine zuverlässige Abdichtung der gasführenden Bereiche gegeneinander und gegen die Umgebung während der gesamten Betriebsdauer der SOFC gewährleisten. Vor diesem Hintergrund stellen metallische Lote eine potenzielle Alternative zu den aktuell verwendeten Glasloten dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die mechanischen Eigenschaften induktiv gelöteten ZrO2-Metall-Verbunde und die Langzeitstabilität durch Alterung bei hohen Temperaturen untersucht. Im 4-Punkt-Biegeversuch wurden die 4-Punkt-Biege festigkeit und die Bruchmechanismen der verwendeten Ag-basierten Reaktivlote an Luft ermittelt. Die Charakterisierung der Bruchflächen mit FESEM ermöglichte die Bewertung des Rissverlaufs und der bruchauslösenden Ursachen. Mit Ag-basierten Reaktivloten kann eine 4-Punkt-Biegefestigkeit von bis zu 175 MPa erreicht werden. Risse in den Reaktionsschichten an den Grenzflächen Lot/ZrO2 und Lot/Metall sind für den Sprödbruch der induktiv gelöteten Biegebruchproben verantwortlich. Nach Alterung bei 850 °C an Luft sinkt die Festigkeit der ZrO2-Metall-Verbunde ab, während die Dicke der Reaktionsschicht an der Grenzfläche Lot/Metall zunimmt. Die Bruchmechanismen und Möglichkeiten zur Verbesserung der Verbundeigenschaften beim Reaktivlöten an Luft werden diskutiert.