Gefügesimulation des Reaktivlötens

 

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Simone Herzog

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Motivation

Keramische sauerstoffleitende Membranen können bei Temperaturen über 750 °C und einem anliegenden Sauerstoffpartialdruckgefälle Sauerstoff aus der Luft selektiv abscheiden. Wird dieser Sauerstoff als Verbrennungsgas z.B. im Rahmen einer Oxyfuel-Verbrennung genutzt, ist es möglich das entstehende CO2 abzuscheiden und zu speichern oder chemisch umzuwandeln. Zur der industriellen Umsetzung dieser Membrantechnologie muss eine zuverlässige, gasdichte und hochtemperaturstabile Fügung der Keramikmembranen an Metallkomponten entwickelt werden.

In Vorgängerprojekten konnten bereits unterschiedliche Lötverfahren für die Keramik Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3- d (BSCF) getestet werden. Lediglich das Reaktivlöten (kurz: RAB - Reactive Air Brazing) von BSCF mittels Ag-CuO Loten an den austenitischen Stahl X15CrNiSi25-21 kann potenziell die hohen Anforderungen erfüllen. Allerdings bildeten sich während des Lötens an der Grenzschicht der Keramik neue Phasen und Mikrorisse, welche die mechanischen Eigenschaften verschlechtern.

Nun soll im Nachfolgeprojekt simuliert werden, wie und warum sich diese Reaktionsschicht bildet. Die Erkenntnisse werden genutzt, um anschließend durch eine Prozessanpassung die Reaktionsschichten vermeiden oder vorteilhaft gestalteten zu können.

Zielsetzung

Entwicklung einer Methodik für die quantitative Vorhersage der Schädigung in den Diffusionsschichten reaktivgelöteter BSCF-Stahl-Verbunde

Projektinhalte

  • Thermodynamische Modellierung von Teilsystemen (BSCF+Cu, Lot+Co, Oxidschicht des Stahls, Stahl+Cu+Co) und Beschreibung in einer gemeinsamen Datenbank
  • Gefügesimulation zum Verständnis der Phasenbildung
  • Mikromechanische Simulation zur Abbildung der Mikroeigenspannung und Verbundspannung und experimentelle Ermittlung der notwendigen Modellparameter
  • Experimentelle Validierung der Gefüge- und Mikrostruktursimulation anhand von Schliffbildern und mechanischer Prüfung von Verbundproben

Projektpartner

  • Access e.v.
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Förderung

Förderungsnummer 392944287