Materialien und Bauteile:

Ceramic Matrix Composites (CMC)

Materialien und Bauteile:

Ceramic Matrix Composites (CMC)

Fügetechnik

Das Fraunhofer-Zentrum HTL entwickelt Lote und Fügeprozesse für Hochtemperaturanwendungen. Die Fügungen umfassen stoff-, form- und/oder kraftschlüssige Verbindungen. Sie können für Fügepartner aus monolithischen Keramiken, faserverstärkten Keramiken (CMC) oder Metallen kundenspezifisch entwickelt werden. Das HTL verfügt über die gesamte Prozesskette zur Fertigung von geometrisch komplexen keramischen Bauteilen und Metall-Keramik-Materialverbunden (vgl. Bauteildesign).

 

Bauweise und Konstruktion von Materialverbunden

Für eine erfolgreiche Fügung ist bereits die fügegerechte Auslegung der Fügekomponenten und der Verbindungsstellen wichtig. Diese wird am HTL mit Finite-Elemente (FE)-Methoden durchgeführt. Durch Simulation des Einsatzverhalten der jeweiligen Bauteile werden die Lasten im Fügebereich ermittelt. Die Geometrie der Verbindung wird so optimiert, dass mechanische und thermische Spannungen minimal werden. Die reversible Kombination aus Form- und Kraftschluss wird am HTL mit keramischen Schrauben (vgl. Stepanyan, M.; Seifert, G.; Weiß, T.: Why not Using Ceramics) realisiert.

 

Entwicklung von Loten

Am HTL werden besondere kristallisierende Glaslote für den stoffschlüssigen Fügeprozess eingesetzt. Die Ausgangsgläser weisen eine gute Benetzung und niedrige Viskosität auf und können so den Fügespalt zuverlässig füllen. Für Nichtoxidkeramiken und Metalle werden auch Lote auf Silicium- bzw. metallischer Basis verwendet. Die Lotentwicklung wird durch die am HTL verfügbaren Thermooptischen Messverfahren unterstützt. Durch die unterschiedlichen Lote können sowohl artgleiche Fügungen als auch Materialverbunde wie Keramik-CMC, Keramik-Metall oder CMC-Metall realisiert werden (vgl. Gadelmeier, C.; Schmidt, J.; Göthe, M.; Jovanovic, D.: Characterization of Furnace sintered mullite and oxide ceramic matrix composites (O-CMC) by using glass solders).

 

Hochtemperatur-Fügeprozesse

Fügeprozesse von Materialverbunden werden am HTL mit unterschiedlichen Anlagen realisiert. Wenn die spannungsarme Temperaturbehandlung bzw. eine kontrollierte Atmosphäre im Vordergrund stehen, werden Fügeprozesse auf herkömmliche Art mittels Ofenerwärmung durchgeführt. Dafür stehen am HTL Öfen mit unterschiedlichen Atmosphären und Nutzvolumina zur Verfügung. Die Prozesszeiten belaufen sich auf mehrere Stunden bis zu einem Tag. Alternativ können Fügungen am HTL auch durch Lasererwärmung im Minutentakt durchgeführt werden (vgl. Gadelmeier, C.; Schmidt, J.; Jovanovic, D.; Zietkowski, M.; Eckardt, C.: Adhesive bonding of ceramics for complex ceramic parts in high temperatures furnaces).

 

Charakterisierung von Fügeverbindungen

Die Qualität der hergestellten Fügeverbindungen und Materialverbunde wird am HTL mit unterschiedlichen Prüfverfahren bewertet. Normgerechte mechanische Prüfverfahren werden zur Ermittlung von Scher- und Biegefestigkeiten bei Raumtemperatur und Hochtemperatur bis zu 1500 °C eingesetzt. Zur Beurteilung von Verbundbauteilen oder großflächigen Fügungen eignen sich die am HTL verfügbaren zerstörungsfreien Prüfverfahren. Zur Ermittlung der Dichtigkeit von Fügeverbindungen wird am HTL die Gasdichtigkeit normgerecht nach DIN EN 1779 bei Temperaturen bis 1000 °C geprüft. 

Leistungsangebot:

  • Machbarkeitsstudien zur Fügetechnik
  • Fügegerechtes Design durch FE-Simulation
  • Entwicklung von Fügeloten
  • Konstruktion von Fügevorrichtungen
  • Fügeuntersuchungen mittels Laser- und Ofentechnik
  • Herstellung von gefügten Proben und Prototypen
  • Charakterisierung von Fügeverbindungen
    • Gasdichtigkeitsprüfung bis 1000 °C nach DIN EN 1779
    • Zerstörungsfreie Prüfung und Fehlerdetektion an Fügestellen
    • Mechanische Prüfung von Fügeverbindungen
 

Hier finden Sie unseren Flyer

 

Fügetechnik

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