Stoffschlüssige Fügekonzepte und ihre Zuverlässigkeit am Beispiel von keramischen SiSiC-Hochtemperaturventilatoren

Die Energieeffizienz industrieller Prozesse wird mit steigenden Energiepreisen ein immer wichtigerer Faktor für den Wirtschaftsstandort Deutschland. Aus diesem Grund nehmen die Forschungsaktivitäten in diesem Bereich seit Jahren zu. Auf dem Gebiet des Industrieofenbaus wird daher nach Möglichkeiten gesucht, Wärmebehandlungsprozesse effizienter und innovativer zu gestalten. Diese Arbeit behandelt die Entwicklung eines keramischen Hochtemperaturventilators aus SiSiC, mit dem Ziel den konvektiven Anteil der Wärmeübertragung auf das zu behandelnde Gut zu erhöhen und somit den Wärmebehandlungsprozess signifikant zu verkürzen bzw. zu ändern. Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Verbindungstechnik keramischer Teilkomponenten, die für die Herstellung des Ventilators eingesetzt werden. Im Rahmen dieser Arbeit werden neue Garniertechniken mit Silizium-Legierungen entwickelt, charakterisiert und mit der konventionellen Garniertechnik mit reinem Silizium verglichen. Diesen Techniken wird der Einsatz eines Glaslotes gegenübergestellt. Für die bruchstatistische Charakterisierung der Werkstoffe und Fügeverbunde wird ein neuartiger Prüfstand eingesetzt, der es erlaubt, eine große Anzahl Proben bei hohen Temperaturen bis 1300°C zu testen, so dass Weibull-Parameter bei Raumtemperatur, 1000°C und 1200°C ermittelt werden können. Mit der Finiten Elemente Methode werden Verbund- und Lastspannungen an den Proben berechnet und die ermittelten Kennwerte abgeglichen. Anschließend erfolgt die Berechnung von thermischen und mechanischen Lastspannungen, die während des Betriebs im Hochtemperaturventilator auftreten. Abschließend erfolgt eine Übertragung der Fügetechniken auf das Bauteil Hochtemperaturventilator. Hier wird an zwei Fügestellen die Einsetzbarkeit der untersuchten Verbindungstechniken hinsichtlich der Verbund- und Lastspannungen numerisch untersucht.