Prozessorientierte Entwicklung von Glasloten und glaskeramischen Loten für Hochtemperaturanwendungen

Schusser, Anna; Roggendorf, Hans; Conradt, Reinhard

doi:36097

Prozessorientierte Entwicklung von Glasloten und glaskeramischen Loten für Hochtemperaturanwendungen = Process-oriented development of glass and glass ceramic sealants for high-temperature applications

Schusser, Anna

2016 & 2017

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Dipl.-Ing. (FH) Anna Schusser geb. Kasper

ImpressumAachen 2016

Umfang1 Online-Ressource (ix, 156 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2016

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2017

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Conradt, Reinhard (Thesis advisor) ; Roggendorf, Hans (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2016-11-25

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2017-01232
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/683343/files/683343.pdf
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/683343/files/683343.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Glaslote (frei) ; glaskeramische Lote (frei) ; Lotentwicklung (frei) ; Lotcharakterisierung (frei) ; koexistierende Phasen (frei) ; Ausdehnungskoeffizient (frei) ; Viskosität (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Für den Einsatz unter thermisch oder chemisch anspruchsvollen Bedingungen sind keramische Bauteile aufgrund ihrer ausgezeichneten Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturen und chemisch aggressive Umgebungsbedingungen heutzutage die erste Wahl. Um auch komplexe Bauteile aufbauen zu können, werden meist Glaslote oder glaskeramische Lote verwendet, die in ihren thermischen und mechanischen Eigenschaften spezifisch an die Eigenschaften der Keramik und an die geplante Anwendung angepasst sein müssen und deren Entwicklung daher mit einem erheblichen Aufwand verbunden ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Lote aus den chemischen Grundsystemen MgO-BaO-B2O3-SiO2 und CaO-Al2O3-B2O3-SiO2 hergestellt und umfassend charakterisiert. Basierend auf diesen Loten wurden Verfahren entwickelt um die besonders wichtigen Eigenschaften Viskosität und thermisches Ausdehnungsverhalten der bereits fertigen Lote zu verändern. Dafür wurden den Grundgläsern nach der Herstellung Zuschlagstoffe zugegeben: Zur Anpassung der Viskosität wurden niedrig schmelzende Kristallphasen verwendet; zur Anpassung der thermischen Ausdehnung wurden koexistierende kristalline Phasen mit einem höheren bzw. niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten beigemischt. Auf diese Weise war es möglich, Viskosität und thermisches Ausdehnungsverhalten eines Lotes in ausreichendem Maße zu verändern. Dies ermöglicht es, bereits vorhandene Lote an die Anforderungen eines bestimmten Prozesses anzupassen und damit die Entwicklung von Glasloten für spezielle Anwendungen erheblich zu vereinfachen.

Whenever components are designed for use under demanding conditions like high temperatures or a chemically aggressive environment, ceramic materials are the materials of choice due to their high temperature resistance and chemical inertness. For the assembling of complex components, glassy or glass ceramic sealings are used to join the basic ceramic parts. The thermal and mechanical properties of these glass sealings have to match the properties of the ceramics very well in order to guarantee a tight connection of the ceramic parts. The development of glassy or glass ceramic seals still today takes a lot of time and effort. In the present work, sealants from the chemical systems MgO-BaO-B2O3-SiO2 and CaO-Al2O3-B2O3-SiO2 have been prepared and extensively characterised. Based on these sealants, methods have been developed that allow to modifiy their most important properties: viscosity and thermal expansion. After the glassy sealants had been prepared, fillers were added to the glass. For viscosity modification, crystalline phases with low melting temperatures were added. For the adaption of the thermal expansion coefficient, fillers with a thermal expansion coefficient different from the one of the sealant were added in different amounts. In order to prevent chemical reactions between glass and filler, the fillers were chosen to be coexisting phases of the glass composition. The present study shows that the studied methods are applicable for the adaption of viscosity and thermal expansion. In this way, it is possible to tailor the properties of a well-known seal to the needs of a new application or process and thus considerably simplify the development process of glassy or glass ceramic seals for specific applications.

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