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Silber-Glas Wechselwirkungen spielen eine wichtige Rolle zum Beispiel in Glas-haltigen Silberpasten, die in der Photovoltaik oder Mikroelektronik verwendet werden. Um ein besseres Verständnis der Vorgänge zu erhalten, werden niedrig-schmelzende, bleifreie X2O ZnO B2O3 Gläser (X = Li, Na, K und Rb, Abk.: LZB, NZB, KZB and RZB) zur Untersuchung der Pasten verwendet.
Raman und Infrarot Spektroskopie zeigen, dass die Glasstruktur weitgehend vergleichbar ist, aber Unterschiede in der Bildung von Pentaboratgruppen in LZB und NZB oder Diboratgruppen in KZB und RZB auftreten. Die Anzahl an vierfach koordinierten Bor-Ionen (N4) sinkt mit zunehmendem Alkaliionenradius. Die Verringerung von N4 führt zu einer niedrigeren Glasübergangstemperatur in der Reihe LZB (472 °C) < NZB (465 °C) < KZB (460 °C) < RZB (449 °C).
Zur Herstellung der Pasten wurde kommerzielles Silber-Pulver mit 30 Vol.-% Glas und Organik gemischt. Das Sinterverhalten der gepressten Pulver wurde mittels Erhitzungsmikrospie untersucht. Der Sinterbeginn der Pasten ist vergleichbar und korrespondiert mit den geringen Unterschieden der Viskosität bei vergleichbarer Partikelgröße der Gläser. In den Ag-KZB- und Ag-RZB-Pasten ist die Schwindung durch die stärker einsetzende Kristallisation im Vergleich zu LZB und NZB verzögert.
Bioaktive Gläser werden zur Knochenregeneration derzeit überwiegend in Form von Pulvern oder Pasten einge-setzt. Gesinterte Strukturen oder Fasergewebe werden hingegen bisher kaum klinisch genutzt. Grund hierfür sind die gegenläufigen Tendenzen von Prozessierbarkeit und Bioaktivität. Beim kommerziell etablierten Bioglass® 45S5 wird eine vollständige Sinterung durch Kristallisation verhindert. Aus diesem Grund war es das Ziel, neue Glaszusammensetzungen zu entwickeln, welche gleichermaßen eine gute Prozessierbarkeit und eine hohe Bioak-tivität aufweisen. Ausgehend vom Bioglass® 45S5 (SiO2-P2O5-CaO-Na2O) wurde das Calcium / Alkali-Verhältnis angehoben, Natriumoxid teilweise durch Kaliumoxid ersetzt und bis zu 8 mol% Calciumfluorid hinzugefügt, um dessen Tendenz zur Kristallisationsneigung zu verringern. Das Sinter- und Kristallisationsverhalten der neuen Gläser und der Einfluss der Korngrößenverteilung wurden mittels Partikelgrößenanalyse, Erhitzungsmikroskopie DTA, DSC, FTIR, XRD und REM untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die neuentwickelten Gläser ein deutlich verbessertes Sinterverhalten aufweisen und relative Dichten von 88 – 99 % erreichen. Dagegen konnten vergleichbare Bioglass® 45S5 -Pulver nur bis auf 57 – 67 % gesintert werden. Diese Beobachtung sowie XRD- und FTIR-Messungen belegen, dass Bioglass® 45S5 bereits während des Sinterns kristallisiert wogegen die neu entwickelten Gläser erst nach dem vollständigen Verdichten kristallisieren.
In der Keramikfertigung werden verschiedene druckunterstützte Sintertechnologien wie heißisostatisches Pressen, Gasdrucksintern und uniaxiales Heißpressen eingesetzt. Eine Variante des uniaxialen Heißpressens stellt das druckunterstützte Sintern von LTCC-Modulen dar. Es wird mit einem gegenüber dem klassischen Heißpressen deutlich reduzierten Druck von nur etwa 1 MPa operiert. Mit der Einführung der Drucksintertechnik wurde es möglich, großflächige, ebene LTCC-Schichtverbunde ohne laterale Schwindung dicht zu sintern und so eine kostengünstige Fertigung im Nutzen zu realisieren.
Mit dem Trend zur Miniaturisierung und Funktionserweiterung von Schaltungsträgern sind Applikationskonzepte entwickelt worden, die eine Integration von Mikrowellen-, Kondensator-, Piezo- und Ferritmaterialien durch Co-Sinterung beinhalten. Kavitäten und Kanäle werden benötigt, um LTCC-Schichtverbunde auch in der Sensorik und Mikrofluidik einzusetzen. Die Umsetzung dieser Konzepte erfordert häufig diffizile Sinterprogramme mit temperaturgesteuerter Einstellung von uniaxialem Druck und Sauerstoffpartialdruck.
Basierend auf den Ergebnissen zahlreicher F+E-Vorhaben werden Möglichkeiten und Grenzen der Drucksintertechnologie für die Herstellung dieser LTCC-Schichtverbunde illustriert. Vorgestellt wird ein weiterentwickeltes Drucksinteraggregat. Durch Integration von in-situ Schwindungsmessung sowie Mess- und Regeleinrichtungen für den Sauerstoffpartialdruck stehen erweiterte Möglichkeiten für die Optimierung des Drucksinterprozesses von LTCC-Schichtverbunden zur Verfügung.