Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Korrosionsbeständigkeit von gelöteten Metall-Keramik-Verbindungen gegenüber verschiedenen Medien mit geeigneten Untersuchungsmethoden zu bestimmen. Durch elektrochemische Messverfahren sind die Korrosionsvorgänge von metallischen Werkstoffen und ihren Fügeverbunden charakterisierbar. Es wird eine erhebliche Reduzierung der Prüfzeit gegenüber Prüfkammer- bzw. Realprüfungen erreicht. Die Auswertung der Untersuchungen ergab eine Korrelation zwischen Korrosionsbelastung und mechanischen Eigenschaften. Folgende Grundwerkstoffe und Aktivlote wurden für die Messungen verwendet: - Stähle: 1.0037, 1.4301, 1.4016 - Keramiken: Al2O3, ZrO2, SiC, Si3N4 - Lote: AgCu28-Basislot mit variierenden Titangehalten (Schwerpunkt Lot mit 3% Ti) Das Korrosionsverhalten der aktivgelöteten Metall-Keramik-Verbindungen wird entscheidend vom am stärksten korrosiv angegriffenen Teil der Probe bzw. des Bauteils bestimmt. Liegt ein chloridhaltiges Korrosionsmedium (3,5 % NaCl-Lösung) vor, dominiert der Metallpartner das Korrosionsverhalten. Die eingesetzten Stähle werden durch Lochfraß stark angegriffen. Dieser geht in flächigen Abtrag über und mit zunehmender anodischer Polarisation werden die Stähle regelrecht zerstört. In den Stählen enthaltene sulfidische Einschlüsse fördern den Korrosionsangriff. Dies wird besonders deutlich beim Stahl 1.4301, in dem sehr viele Mangansulfide zu finden sind. Die Korrosion der Lötnaht ist vergleichbar mit der des Stahles. Bei einem sulfathaltigen Korrosionsmedium (3,5 % Na2SO4-Lösung) wird zuerst die Lötnaht und dann der Stahl angegriffen. Dies wird neben der Lichtmikroskopie auch von den topographischen Messungen bestätigt. Im Falle der Verbindungen mit 1.4016 bewirken die Keramiken eine Verbreiterung des Passivbereiches im Vergleich zu Stahl, wenn auch bei höheren Stromdichten. Die Vorbelastung der Biegeproben durch anodische Polarisation bis 200 mV in 3,5 % NaCl-Lösung bewirkt die gleiche Schädigung wie die Exposition von 96 h im Salzsprühnebel gemäß DIN 50021 SS. Die Ergebnisse aus den Festigkeitsuntersuchungen an Verbindungen mit dem Stahl 1.4016 zeigen, dass gegenüber dem nichtkorrodierten Zustand die Festigkeit abnimmt. Dennoch erfolgt der Bruch in der Keramik und nicht in der Lötnaht. Mit der Bereitstellung von Stromdichte-Potential-Kurven steht ein Messverfahren zur schnellen und vergleichenden Bewertung von Metall-Keramik-Verbindungen hinsichtlich der Korrosionsanfälligkeit zur Verfügung. Die Schädigung der Verbindungen durch Korrosion bleibt im technisch beherrschbaren Bereich und steht somit dem Einsatz von Stahl als Verbindungspartner nicht entgegen.

Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Korrosionsbeständigkeit von gelöteten Metall-Keramik-Verbindungen gegenüber verschiedenen Medien mit geeigneten Untersuchungsmethoden zu bestimmen. Durch elektrochemische Messverfahren sind die Korrosionsvorgänge von metallischen Werkstoffen und ihren Fügeverbunden charakterisierbar. Es wird eine erhebliche Reduzierung der Prüfzeit gegenüber Prüfkammer- bzw. Realprüfungen erreicht. Die Auswertung der Untersuchungen ergab eine Korrelation zwischen Korrosionsbelastung und mechanischen Eigenschaften. Folgende Grundwerkstoffe und Aktivlote wurden für die Messungen verwendet: - Stähle: 1.0037, 1.4301, 1.4016 - Keramiken: Al2O3, ZrO2, SiC, Si3N4 - Lote: AgCu28-Basislot mit variierenden Titangehalten (Schwerpunkt Lot mit 3% Ti) Das Korrosionsverhalten der aktivgelöteten Metall-Keramik-Verbindungen wird entscheidend vom am stärksten korrosiv angegriffenen Teil der Probe bzw. des Bauteils bestimmt. Liegt ein chloridhaltiges Korrosionsmedium (3,5 % NaCl-Lösung) vor, dominiert der Metallpartner das Korrosionsverhalten. Die eingesetzten Stähle werden durch Lochfraß stark angegriffen. Dieser geht in flächigen Abtrag über und mit zunehmender anodischer Polarisation werden die Stähle regelrecht zerstört. In den Stählen enthaltene sulfidische Einschlüsse fördern den Korrosionsangriff. Dies wird besonders deutlich beim Stahl 1.4301, in dem sehr viele Mangansulfide zu finden sind. Die Korrosion der Lötnaht ist vergleichbar mit der des Stahles. Bei einem sulfathaltigen Korrosionsmedium (3,5 % Na2SO4-Lösung) wird zuerst die Lötnaht und dann der Stahl angegriffen. Dies wird neben der Lichtmikroskopie auch von den topographischen Messungen bestätigt. Im Falle der Verbindungen mit 1.4016 bewirken die Keramiken eine Verbreiterung des Passivbereiches im Vergleich zu Stahl, wenn auch bei höheren Stromdichten. Die Vorbelastung der Biegeproben durch anodische Polarisation bis 200 mV in 3,5 % NaCl-Lösung bewirkt die gleiche Schädigung wie die Exposition von 96 h im Salzsprühnebel gemäß DIN 50021 SS. Die Ergebnisse aus den Festigkeitsuntersuchungen an Verbindungen mit dem Stahl 1.4016 zeigen, dass gegenüber dem nichtkorrodierten Zustand die Festigkeit abnimmt. Dennoch erfolgt der Bruch in der Keramik und nicht in der Lötnaht. Mit der Bereitstellung von Stromdichte-Potential-Kurven steht ein Messverfahren zur schnellen und vergleichenden Bewertung von Metall-Keramik-Verbindungen hinsichtlich der Korrosionsanfälligkeit zur Verfügung. Die Schädigung der Verbindungen durch Korrosion bleibt im technisch beherrschbaren Bereich und steht somit dem Einsatz von Stahl als Verbindungspartner nicht entgegen.

Für den Prozeß des Fügens von Keramik bzw. Keramik mit Metall ergeben sich zahlreiche Probleme, die aus den Eigenschaften der Keramik und den Eigenschaftsdifferenzen zwischen Keramik und Metall resultieren. Unterschiedliche physikalische und mechanische Werkstoffkennwerte bewirken ein zumeist hohes Eigenspannungsniveau des Verbundes, welches in Verbindung mit dem spröden Bruchverhalten keramischer Materialien deren Fügbarkeit verhindert oder einschränkt. Als aussichtsreicher Ansatz bietet sich die Eigenschaftsanpassung des Aktivlotes durch dessen Modifikation mit verstärkenden Materialien an. Es wird ein Konzept für die Herstellung und den Einsatz verstärkter Aktivlote vorgestellt. Theoretische Grundlagen werden durch die Berechnung der Eigenschaften derartiger Lote auf der Basis bewährter Methoden der Verbundwerkstofftheorien geschaffen. Die Simulation mechanisch-thermischer Eigenschaften von Lötverbindungen mit verstärkten Aktivloten unter Einsatz der Methode der finiten Elemente dient dem Erfassen des Spannungsverhaltens. Richtlinien für die Wahl geeigneter Verstärkungskomponenten werden festgelegt. Es wird ein Überblick über geeignete Herstellungsmethoden, deren praktische Realisierung und die Wechselwirkung mit dem Prozeß des Aktivlötens gegeben. Die Bewertung von Aktivlötverbindungen mit verstärkten Loten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wird auf Grundlage der Ergebnisse von Festigkeitsuntersuchungen vorgenommen.

Für den Prozeß des Fügens von Keramik bzw. Keramik mit Metall ergeben sich zahlreiche Probleme, die aus den Eigenschaften der Keramik und den Eigenschaftsdifferenzen zwischen Keramik und Metall resultieren. Unterschiedliche physikalische und mechanische Werkstoffkennwerte bewirken ein zumeist hohes Eigenspannungsniveau des Verbundes, welches in Verbindung mit dem spröden Bruchverhalten keramischer Materialien deren Fügbarkeit verhindert oder einschränkt. Als aussichtsreicher Ansatz bietet sich die Eigenschaftsanpassung des Aktivlotes durch dessen Modifikation mit verstärkenden Materialien an. Es wird ein Konzept für die Herstellung und den Einsatz verstärkter Aktivlote vorgestellt. Theoretische Grundlagen werden durch die Berechnung der Eigenschaften derartiger Lote auf der Basis bewährter Methoden der Verbundwerkstofftheorien geschaffen. Die Simulation mechanisch-thermischer Eigenschaften von Lötverbindungen mit verstärkten Aktivloten unter Einsatz der Methode der finiten Elemente dient dem Erfassen des Spannungsverhaltens. Richtlinien für die Wahl geeigneter Verstärkungskomponenten werden festgelegt. Es wird ein Überblick über geeignete Herstellungsmethoden, deren praktische Realisierung und die Wechselwirkung mit dem Prozeß des Aktivlötens gegeben. Die Bewertung von Aktivlötverbindungen mit verstärkten Loten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren wird auf Grundlage der Ergebnisse von Festigkeitsuntersuchungen vorgenommen.