Herstellungsverfahren - Keramik: Wie ein alter Werkstoff hochmodern wird - page 61

3.5.2 Fügen
Das Fügen kann durch Formschluss (z. B. Bajonettverschluss, Schrau-
ben), Kraftschluss (z. B. die Schlusssteine in Gewölben von Öfen,
Schrumpfverbindungen) oder Stoffschluss (z. B. direkter Kontakt der
Bauteile durch Diffusion der Atome und Ionen) erfolgen. Gefügt wer-
den verschiedene Bauteile aus ein und demselben Keramikwerkstoff,
aber auch aus unterschiedlichen Keramiken, oder ein Bauteil besteht
aus Keramik, das andere aus Glas oder Metallen, manchmal auch aus
Kunststoff.
Eine wichtige Forderung an die Verbunde besteht darin, dass beim
form- und stoffschlüssigen Fügen in der Fügestelle keine Spannungen
herrschen dürfen. Im Falle des Kraftschlusses werden dagegen Spannun-
gen in definierter Höhe erzeugt.
In allen Fällen geht es darum, für die VerbindungWerkstoffpaarungen
mit sehr gut bekanntem, thermischem Ausdehnungskoeffizienten auszu-
wählen. Für Form- und Stoffschluss sollte er weitgehend angepasst sein,
für Kraftschluss dagegen gezielt unterschiedlich. Natürlich ist es wich-
tig, wie beständig die Fügepartner bei der notwendigen Fügetemperatur
sind, ob sie Temperaturwechsel vertragen und - bei dem häufig geforder-
ten Stoffschluss - vor allem, ob sie überhaupt „fügewillig“ sind.
Um letztere Frage zu beantworten, muss man sich Gedanken zur Bin-
dung der verschiedenen Werkstoffe auf atomarer Ebene machen. Man
unterscheidet die vier großen Gruppen der homöopolaren (Atombin-
dung), der heteropolaren (Ionenbindung), der Metallbindung mit einer
freien Elektronenwolke und der bei langkettigen Kunststoffen vorherr-
schenden Nebenvalenzbindungen. Die verschiedenen Bindungstypen
verhindern zunächst an Kontaktstellen zwischen den unterschiedlichen
Werkstoffen eine merkliche, für das Fügen nutzbare Diffusion. Es ent-
steht eine temperaturabhängige Grenzflächenspannung. Sie muss durch
Vorbereitung der zu fügenden Bauteile an ihren Grenzflächen in einem
gesonderten Prozess abgebaut werden.
Beispiel
Wenn man Metalle mit oxidischen Werkstoffen, z. B. bei der Durch-
führung von Metalldrähten durch einen Keramiksockel für einen
Hochleistungsstrahler, stabil und vakuumdicht fügen will, setzt man