Spawanie i pokrewne procesy łączenia ceramiki
Różne procesy spawania i pokrewne stosowane do łączenia ceramiki obejmują: 1. Spawanie spajane 2. Spawanie tarciowe i spajanie ultradźwiękowe 3. Klejenie dyfuzyjne 4. Klejenie dyfuzyjne przez warstwę pośrednią 5. Klejenie izostatyczne 6. Klejenie glazury 7. Metalizowanie i lutowanie 8. Klej Klejenie.
1. Spawanie termojądrowe:
Udane zastosowanie spawania wiązką elektronów w celu utworzenia wiązań Al 2 O 3 -Ta, ZrO 2- Moo, ZrO 2 -Nb o znacznej sile wiązania było zgłaszane od 1960 roku. Jednak możliwość zastosowania metod spawania metodami topienia w układach ceramiczno-metalowych jest bardzo ograniczona. Konieczne jest dopasowanie temperatury topnienia i charakterystyki termicznej kurczliwości łączonych elementów.
2. Spawanie cierne i klejenie ultradźwiękowe:
Obiecujące wyniki spawania tarciowego aluminium z tlenku glinu, aluminium do dwutlenku cyrkonu i aluminium do azotku krzemu zostały zgłoszone przez Queens University of Belfast. Te trzy rodzaje ceramiki można również spawać z niektórymi innymi metalami, ale czasami wymaga to zastosowania warstwy pośredniej.
Ultradźwiękowe wiązanie aluminium z wieloma metalami można uzyskać w normalnych warunkach atmosferycznych, podczas gdy łączenie tytanu z ceramiką w tym samym procesie wymaga użycia próżni.
3. Klejenie dyfuzyjne:
W tej metodzie łączone elementy są ściskane i poddawane działaniu wysokiej temperatury przez określony czas. Zastosowane ciśnienie musi być wystarczająco wysokie, aby dyfuzja odbywała się na powierzchniach współpracujących, ale nie może powodować deformacji w łączonych elementach.
Zastosowana temperatura mieści się w zakresie 0, 65-0, 98 Tm, gdzie Tm jest temperaturą topnienia metalu w stopniach bezwzględnych. Skomplikowane reakcje fizyczne i chemiczne zachodzą na styku w celu uzyskania połączenia. Szeroka gama metali do ceramiki i szklanek do szklano-ceramicznych może być z powodzeniem połączona za pomocą tego procesu, pod warunkiem, że charakterystyki termiczne skurczu łączonych części są dopasowane.
4. Klejenie dyfuzyjne przez warstwę pośrednią:
W tej metodzie łączenia ceramiki z metalami międzywarstwę z metalu ciągliwego wprowadza się między połączone powierzchnie, a zatem nie jest konieczne stosowanie wysokiego ciśnienia. Ta warstwa pośrednia pomaga w rozłożeniu naprężeń na styku, unikając koncentracji naprężeń, a także umożliwia częściowe rozszerzanie i kurczenie się dwóch składników podczas ogrzewania. Jeżeli temperatura międzywarstwowa nie jest zbyt wysoka, to może być możliwe związanie składników bez jakiegokolwiek szkodliwego wpływu na właściwości mechaniczne przedmiotu obrabianego, nawet jeśli jest on stopem poddającym się obróbce cieplnej.
Stal nierdzewna może być łączona z tlenkiem glinu przy użyciu aluminium jako warstwy ciągliwej. Złoto było używane jako warstwa pośrednia do łączenia wielu tlenków i ceramiki ze stopami żelaza. Miedź można spawać do korundu, umieszczając je w lekko utleniającej atmosferze do temperatury 1060-1080 ° C. Powoduje to powstawanie cieczy eutektycznej na powierzchni miedzi, co powoduje chemiczne wiązanie między miedzią i tlenkiem glinu. W polu energii jądrowej pierścienie izolacyjne z tlenku glinu i elektrody ze stopów tytanu są ze sobą połączone poprzez zapewnienie aluminiowych warstw pośrednich o grubości 0, 1 mm.
5. Klejenie izostatyczne:
Ten proces jest używany do wytwarzania stosunkowo złożonych części poprzez łączenie prostych komponentów, jak pokazano na Rys. 22.38.
Proszek ceramiczny wciskany jest w proste kształty:
(a) Przy pomocy prasowania jednoosiowego lub izostatycznego. Najprościej ukształtowane komponenty są następnie montowane
(b) Aby utworzyć bardziej złożony kształt. Zmontowane części są następnie powlekane
(c) Z cienką warstwą nieprzepuszczalnego, elastycznego materiału elastomerowego. Powłoka pomaga uszczelnić zestaw z płynem pod wysokim ciśnieniem podczas późniejszego działania wiązania izostatycznego, oraz
(d) Który łączy dwa składniki.
Połączony zespół jest następnie spiekany, aby uzyskać pełną wytrzymałość, która jest porównywalna z wytrzymałością materiału macierzystego. Części wykonane z ceramiki, takie jak tlenek glinu, tlenek cyrkonu i azotek krzemu, mogą być wytwarzane tą metodą. Wiązania wytwarzane tą metodą wykazują całkowitą jednorodność, tak jakby element został wytworzony przez pojedynczą operację bez łączenia.
6. Klejenie szkliwa:
Ta metoda jest najczęściej używana do łączenia dużych złożonych elementów i łączenia różnych elementów ceramicznych. Łączone powierzchnie są szlifowane, a następnie powlekane odpowiednim poślizgiem glazury. Powierzchnie są następnie umieszczane w kontakcie i mocowane w celu stapiania glazury i łączenia elementów.
Większość ceramiki tlenkowej może być wiązana przez szkła krzemowe lub szkliwo, a połączenia mogą być również wykonane z użyciem szkieł boranowych i fosforanowych. Ceramika beztlenowa jest trudniejsza do połączenia dzięki temu procesowi, ponieważ mają tendencję do reagowania z glazurami uwalniając pęcherzyki gazu, które osłabiają wiązanie. Dostępne są specjalne glazury do łączenia niektórych kombinacji ceramicznych i metalowych.
7. Metalizowanie i lutowanie:
Zwykle ta metoda jest stosowana do łączenia ceramiki z metalami. Lutowanie wymaga, aby używany stop lutowniczy musiał zwilżyć łączone powierzchnie. Większość metalowych powierzchni może być zwilżona stopami lutowniczymi, ale ceramika nie. Dlatego też element ceramiczny otrzymuje najpierw warstwę zgodnego stopu w procesie metalizacji.
Następnie następuje lutowanie przy użyciu konwencjonalnych stopów. Inną alternatywą jest użycie lutów z aktywnym metalem. Wybór zależy od reakcji chemicznych zachodzących na granicy faz metal-ceramika w celu zwiększenia zwilżalności. Sukces został osiągnięty dzięki zastosowaniu lutu opartego na eutektyku srebrowo-miedzianym z dodatkiem tytanu lub cyrkonu. Typowy stop lutowniczy może zawierać 68, 8% Ag + 26, 7% Cu + 4, 5% Ti wagowo.
8. Klejenie klejem:
Złącza bez naprężeń mogą być wytwarzane przez klejenie i cementowanie, gdy nie występują wysokie temperatury i próżnia. Żywice i kleje termoutwardzalne dobrze przylegają do ceramiki. Wydajność połączenia zależy od temperatury pracy, jak również od czasu trwania i szybkości naprężania.
Kleje epoksydowe, fenolowe, akrylowe i poliuretanowe mogą być stosowane do zastosowań w temperaturach do 200 ° C. W zastosowaniach wysokotemperaturowych powyżej 200 ° C stosuje się poliamidy lub inne termicznie stabilne polimery.
Cementy nieorganiczne, na przykład cement portlandzki, są czasem wykorzystywane do łączenia ceramiki z metalami. Izolatory porcelany o wysokim napięciu są często wytwarzane poprzez łączenie poszczególnych sekcji z cementem.
