Lassen en geallieerde processen voor het verbinden van keramiek

Verschillende las- en gelieerde processen die worden gebruikt voor het verbinden van keramiek omvatten het volgende: 1. Fusion-lassen 2. Wrijvingslassen en ultrasoon lijmen 3. Diffusieverlijming 4. Diffusie Bonding via tussenlaag 5. Isostatische binding 6. Glazuur-verlijming 7. Metalliseren en hardsolderen 8. Kleefstof bonding.

1. Fusion-lassen:

Succesvol gebruik van elektronenbundellassen om Al ₂ O ₃ -Ta, ZrO-Mo, ZrO ₂ -Nb paren met een aanzienlijke hechtsterkte te vormen, is sinds de jaren zestig gemeld. De toepasbaarheid van smeltlasmethoden voor keramiek-metaalsystemen is echter zeer beperkt. Het is noodzakelijk om de smelttemperatuur en de thermische contractiekarakteristieken van de te verlijmen stukken aan te passen.

2. Wrijvingslassen en ultrasone verlijming:

Veelbelovende resultaten in wrijvingslassen van aluminium van aluminiumoxide, aluminium tot zirkoniumoxide en aluminium tot siliciumnitride zijn gemeld door Queens University of Belfast. Deze drie keramische materialen kunnen ook aan andere metalen worden gelast, maar soms is het gebruik van een tussenlaag vereist.

Ultrasone binding van aluminium aan een aantal metalen kan worden bereikt in de normale atmosferische omstandigheden, terwijl voor het verbinden van titanium aan keramische materialen door hetzelfde proces het gebruik van vacuüm vereist is.

3. Diffusie Bonding:

Bij deze methode worden de te verbinden componenten samengeperst en gedurende een bepaalde tijdsperiode aan een hoge temperatuur onderworpen. De gebruikte druk moet hoog genoeg zijn om ervoor te zorgen dat diffusie plaats vindt aan de pasvlakken, maar mag geen massale vervorming in de te verbinden componenten veroorzaken.

De toegepaste temperatuur ligt in het bereik van 0, 65-0, 98 Tm, waarbij Tm het smeltpunt van het metaal in absolute graden is. Complexe fysieke en chemische reacties vinden plaats op het grensvlak om een ​​gewricht te bewerkstelligen. Een breed scala van metalen tot keramiek en glas tot glaskeramiek kunnen met succes worden verbonden door dit proces, mits de thermische contractiekarakteristieken van de te verbinden onderdelen bij elkaar passen.

4. Diffusie Bonding via tussenlaag:

Bij deze methode voor het verbinden van keramiek met metalen wordt een ductiele metalen tussenlaag tussen de te verbinden vlakken ingevoerd, zodat het aanbrengen van hoge druk niet nodig is. Deze tussenlaag helpt de spanningen op het grensvlak te verdelen, waarbij stressconcentratie wordt vermeden en biedt ook een deel van de differentiële uitzetting en samentrekking van de twee componenten tijdens verwarming. Als de tussenlaagtemperatuur niet erg hoog is, dan kan het mogelijk zijn om de componenten te binden zonder enige nadelige effecten op de mechanische eigenschappen van het werkstuk, zelfs als het een warmtebehandelbare legering is.

Roestvast staal kan worden verbonden met aluminiumoxide met behulp van aluminium als een ductiel laag. Goud is gebruikt als tussenlaag om een ​​aantal oxidekeramiek en -glazen aan ferrolegeringen te binden. Koper kan worden gelast op aluminiumoxide door ze in een enigszins oxiderende atmosfeer te plaatsen tot een temperatuur van 1060-1080 ° C. Dit resulteert in de vorming van een eutectische vloeistof op het oppervlak van het koper, wat resulteert in een chemische binding tussen koper en aluminiumoxide. Op een gebied van nucleaire energie worden isolerende alumina-ringen en elektroden van een titaniumlegering aan elkaar gehecht door 0, 1 mm dikke tussenlagen van aluminium aan te brengen.

5. Isostatische binding:

Dit proces wordt gebruikt voor het fabriceren van relatief complexe onderdelen door eenvoudige componenten samen te voegen zoals weergegeven in Fig. 22.38.

Keramisch poeder wordt in eenvoudige vormen geperst:

(a) Het gebruik van uniaxiaal persen of isostatisch persen. De eenvoudig gevormde componenten worden vervolgens geassembleerd

(b) Om een ​​complexere vorm te vormen. De geassembleerde delen worden vervolgens gecoat

(c) Met een dunne laag van een ondoordringbaar, flexibel, elastomeer materiaal. De coating helpt om het geheel af te dichten tegen het hogedrukfluïdum tijdens de daaropvolgende werking van isostatische verbindingen, en

(d) Die de twee componenten verbindt.

Het gehechte samenstel wordt vervolgens gesinterd om de volledige sterkte te bereiken die vergelijkbaar is met de sterkte van het moedermateriaal. Delen van keramiek zoals aluminiumoxide, zirkoniumoxide en siliciumnitride kunnen met deze methode worden vervaardigd. De volgens deze methode geproduceerde bindingen vertonen volledige homogeniteit alsof de component is geproduceerd door een enkele bewerking zonder verbinding.

6. Glazuur verlijmen:

Deze methode wordt meestal gebruikt bij het samenstellen van grote complexe stukken en het verbinden van ongelijksoortige keramische componenten. De te verbinden oppervlakken zijn vlak geslepen en dan gecoat met een geschikte glazuurlaag. De oppervlakken worden vervolgens in contact geplaatst en gefixeerd om het glazuur te smelten en de stukken aan elkaar te hechten.

De meeste oxidekeramiek kan worden gebonden door silicaatglazen of glazuren en de verbindingen kunnen ook worden gemaakt met glazen op boraat en fosfaatbasis. Niet-oxide keramische materialen zijn moeilijker aan te sluiten door dit proces omdat ze de neiging hebben te reageren met de glazuren die gasbellen vrijgeven die de binding verzwakken. Speciale glazuren zijn beschikbaar om enkele van de keramische en metaalcombinaties met elkaar te verbinden.

7. Metalliseren en solderen:

Gewoonlijk wordt deze methode gebruikt voor het verbinden van keramiek aan metalen. Solderen vereist dat de gebruikte soldeerlegering de te verbinden oppervlakken moet bevochtigen. De meeste metalen oppervlakken kunnen worden bevochtigd door hardsolderen van legeringen, maar keramiek niet. Daarom krijgt de keramische component eerst een laag van een compatibele legering door het proces van metalliseren.

Het wordt dan gevolgd door hardsolderen met behulp van de conventionele legeringen. Een ander alternatief is het gebruik van actieve metaal-brazes. De selectie hangt af van chemische reacties die plaatsvinden op het metaal-keramische grensvlak om de bevochtigbaarheid te bevorderen. Succes is behaald door het gebruik van hardsolderen op basis van zilver-koper eutecticum met toevoeging van titanium of zirkonium. Een typische hardsoldeerlegering kan 68, 8% Ag + 26, 7% Cu + 4, 5% Ti op gewichtsbasis bevatten.

8. Adhesieve hechting:

Stressvrije verbindingen kunnen worden geproduceerd door lijmen en cementeren wanneer hoge temperaturen en vacuümdichtheid niet zijn vereist. Koudhardende harsen en lijmen hechten goed aan keramiek. De gezamenlijke prestaties zijn afhankelijk van de bedrijfstemperatuur, evenals de duur en de mate van belasting.

Epoxide-, fenol-, acryl- en polyurethaanlijmen kunnen worden gebruikt voor toepassingen met temperaturen tot 200 ° C. Voor toepassingen bij hoge temperaturen boven 200 ° C worden polyamides of andere thermisch stabiele polymeren gebruikt.

Anorganische cementen, bijvoorbeeld portlandcement, worden soms gebruikt voor het verbinden van keramiek met metalen. Hoogspannings porseleinen isolatoren worden vaak gemaakt door individuele secties samen te voegen met cement.