Optische Dilatometrie in hochreinen Atmosphären

Cu
Cu-Ag-Ti-Eutektikum
Cu-Ti-Phase
Cu-Ti-Phase
850 °C
Ti-Cu-Si-Phase
Ti-Cu-Si-Phase
TiN
TiN
TiN
960 °C
Si3N4
1
ŷP
2
M AT E R I A L - U N D P R O Z E S S A N A LY S E
OPTISCHE DILATOMETRIE IN HOCHREINEN
ATMOSPHÄREN
D r. Tim G es tri c h , D r. A rno Kai s er
Optische Dilatometer erfassen Dimensionsänderungen von Pro-
suchungen zum Aufschmelz- und Benetzungsverhalten auf kera-
EHNùUSHUQDOV)XQNWLRQGHU7HPSHUDWXUXQG=HLW6LHğQGHQHEHQ-
PLVFKHQ6XEVWUDWHQYRQ/RWZHUNVWRIIHQPLWVDXHUVWRIIDIğQHQ
so wie Erhitzungsmikroskope vielfältige Anwendungen in der
Lotbestandteilen wie Titan. Im konventionellen Erhitzungsmikro-
Werkstoff- und Prozessentwicklung. So lassen sich Sintervor-
skop tritt dagegen auf Grund des vorhandenen Restsauerstoffs
gänge und das thermische Ausdehnungsverhalten insbesondere
HLQHREHUĠÃFKOLFKH2[LGDWLRQDXIGLHHLQH%HQHW]XQJGHV6XE-
von anisotropen und fragilen Materialien sowie von Proben mit
strats mit dem Lot behindert bzw. das experimentelle Ergebnis
komplizierten Geometrien untersuchen. Das Benetzungs- und
verfälscht. Durch die neu gewonnenen experimentellen Mög-
Spreitungsverhalten kann auf unterschiedlichsten Substraten er-
lichkeiten kann ein wesentlicher Beitrag zum grundlegenden
fasst werden. Dies umfasst die optische Messung des Kontakt-
Verständnis und zur Entwicklung und Optimierung von Füge-
ZLQNHOVXQGGLH%HVWLPPXQJGHU2EHUĠÃFKHQVSDQQXQJELVLQ
prozessen geleistet werden.
kosen Glaseigenschaften. Weiterhin sind Untersuchungen zur
Kontaktkorrosion zwischen metallischen und Glasschmelzen,
Schlacken sowie Ascheschmelzen im Kontakt mit keramischen
und metallischen Werkstoffen möglich. Von Bedeutung ist zuGHPGLH&KDUDNWHULVLHUXQJGHV,QğOWUDWLRQVYHUKDOWHQVEVSZYRQ
metallischen Schmelzen in keramischen Werkstoffen. Konventionelle optische Dilatometer bzw. Erhitzungsmikroskope sind
für Untersuchungen in Luft bzw. Atmosphären ausgelegt, die
Höhenänderung eines Lotpresslings beim Aufschmelzen
und Benetzen von Si3N4
Längenänderung in %
den Hochtemperaturbereich, aber auch die Messung von vis-
100
90
80
70
60
50
40
30
relativ hohe Sauerstoffgehalte besitzen. Für die Analyse von
20
Prozessen im Hochvakuum oder in hochreinen Atmosphären
10
wurde im Rahmen eines vom Bundesministerium für Wirtschaft
und Energie (BMWi) geförderten AiF-ZIM-Projekts des Fraunhofer
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100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Temperatur in °C
IKTS mit der Linseis Messgeräte GmbH ein optisches Dilatometer
für Temperaturen bis 1600 °C entwickelt, das im Hochvakuum
(ca. 5*10-5 mbar) arbeitet und Sauerstoffgehalte in dynamischen
Cu-Ag-Ti-Lot auf Si3N4 in Hochvakuum (10-5 mbar)
Cu-Ag-Ti-Lot auf Si3N4 in Argon (1000 mbar)
Atmosphären (Normaldruck, ca. 5 l/h Argon) von ca. 0,5 ppm
1 Benetzung eines Si3N4-Sub-
erreicht. Ein typisches Anwendungsgebiet der optischen Dilato-
strats durch ein Ag-Cu-Ti-Lot.
metrie ist die Charakterisierung von Fügeprozessen von Keramik-
2 Gefüge der Kontaktzone
Keramik- und Keramik-Metall-Verbindungen durch Aktivlöten.
zwischen Ag-Cu-Ti-Lot und Si3N4-
Hier ermöglichte das neu entwickelte optische Dilatometer Unter-
Substrat.
Kontakt Tim Gestrich • Telefon +49 351 2553-7814 • [email protected]
Jahresbericht 2016/17
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