Svetsning och allierade processer för anslutning av keramik

Olika svets- och allierade processer som används för att koppla ihop keramik innefattar följande: 1. Fusionssvetsning 2. Friktionssvetsning och ultraljudsförbindning 3. Diffusionsbindning 4. Diffusionsbindning via mellanskikt 5. Isostatisk bindning 6. Glasurbindning 7. Metallisering och lödning 8. Lim bindning.

1. Fusionssvetsning:

Framgångsrik användning av elektronstrålesvetsning för att bilda Al2O3-Ta, ZrO2-Mo, ZrO2 -Nb par med betydande bindningsstyrka har rapporterats sedan 1960-talet. Appliceringen av fusionssvetsningsmetoder till keramiska metallsystem är emellertid mycket begränsad. Det är absolut nödvändigt att matcha smälttemperaturen och de termiska sammandragningsegenskaperna hos bitar som är bundna.

2. Friktionssvetsning och ultraljudsbindning:

Lovande resultat i friktionssvetsning av aluminium av aluminiumoxid, aluminium till zirkoniumoxid och aluminium till kiselnitrid har rapporterats från Queens University of Belfast. Dessa tre keramik kan också svetsas till några andra metaller, men ibland kräver det att ett mellanskikt används.

Ultraljudsbindning av aluminium till ett antal metaller kan uppnås under normala atmosfäriska förhållanden, medan sammansättningen av titan till keramik med samma process kräver användning av vakuum.

3. Diffusionsbindning:

Vid denna metod pressas komponenterna som sammanfogas samman och utsätts för en hög temperatur under en viss tidsperiod. Det tryck som används måste vara tillräckligt högt för att orsaka diffusion att ske på matingytorna, men får inte orsaka bulkdeformation i komponenterna som förenas.

Den använda temperaturen är i intervallet 0, 65-0, 98 Tm, där Tm är smältpunkten för metallen i absoluta grader. Komplexa fysiska och kemiska reaktioner sker vid gränssnittet för att åstadkomma en ledning. Brett utbud av metaller till keramik och glasögon till glaskeramik kan framgångsrikt bindas genom denna process, förutsatt att de termiska sammandragningsegenskaperna hos de delar som förenas matchar.

4. Diffusionbindning via mellanskikt:

Vid denna metod för anslutning av keramik till metaller införes ett duktilt metallskikt mellan de ytor som skall förenas, varför högtrycksspänning inte är nödvändigt. Detta mellanskikt hjälper till att fördela spänningarna vid gränssnittet för att undvika spänningskoncentrationen såväl som rymmer en del av differentialexpansionen och sammandragningen av de två komponenterna under uppvärmning. Om mellanskiktstemperaturen inte är så hög kan det vara möjligt att binda komponenterna utan att ha några skadliga effekter på arbetsstyckets mekaniska egenskaper, även om det är en värmebehandlingsbar legering.

Rostfritt stål kan förenas med aluminiumoxid med aluminium som ett duktilt lager. Guld har använts som mellanskikt för att binda ett antal oxidkeramik och glasögon till järnlegeringar. Koppar kan svetsas till aluminiumoxid genom att placera dem i en något oxiderande atmosfär till en temperatur av 1060-1080 ° C. Detta resulterar i bildandet av en eutektisk vätska vid ytan av koppar vilket resulterar i en kemisk bindning mellan koppar och aluminiumoxid. På ett kärnkraftsfält bindas aluminiumoxidisoleringsringar och titanlegeringselektroder samman genom att ge 0, 1 mm tjocka mellanlägg av aluminium.

5. Isostatisk bindning:

Denna process används för att tillverka relativt komplexa delar genom att ansluta enkla komponenter såsom visas i figur 22.38.

Keramiskt pulver pressas till enkla former:

(a) Använda uniaxial pressning eller isostatisk pressning. De enkla formade komponenterna monteras sedan

(b) Att bilda en mer komplex form. De monterade delarna är sedan belagda

(c) Med ett tunt skikt av ett ogenomträngligt, flexibelt elastomert material. Beläggningen hjälper till att täta aggregatet mot högtrycksvätskan under efterföljande operation av isostatisk bindning, och

(d) Som förenar de två komponenterna.

Den bundna enheten sintras sedan för att uppnå full styrka som är jämförbar med styrkan hos modermaterialet. Delar av keramik som aluminiumoxid, zirkoniumoxid och kiselnitrid kan tillverkas med denna metod. Obligationerna som produceras med denna metod visar fullständig homogenitet som om komponenten har producerats genom en enda operation utan att fogas.

6. Glasurbindning:

Denna metod används oftast vid montering av stora komplexa bitar och sammanfogning av olika keramiska komponenter. De ytor som ska förenas males platt och beläggs sedan med en lämplig glasyrslipning. Plattorna placeras sedan i kontakt och fixeras för att säkra glasyren och binda samman bitarna.

De flesta oxidkeramik kan bindas av silikatglas eller glasyrer och lederna kan också göras med borat- och fosfatbaserade glasögon. Icke-oxid keramik är svårare att gå med i denna process eftersom de tenderar att reagera med glasuravgivande gasbubblor som försvagar bindningen. Särskilda glasyrer finns tillgängliga för att ansluta till några av de keramiska och metallkombinationerna.

7. Metallisering och lödning:

Vanligtvis används denna metod för att ansluta keramik till metaller. Lödning kräver att den använda hårdlödningslegeringen måste våta ytorna som ska förenas. De flesta metallytorna kan fuktas med hårdlödningslegeringar men keramik är inte. Därför ges den keramiska komponenten först ett skikt av kompatibel legering genom förfarandet för metallisering.

Den följs sedan av lödning med konventionella legeringar. Ett annat alternativ är att använda aktiva metallbronsar. Urvalet beror på kemiska reaktioner som uppstår vid metall-keramiska gränssnitt för att främja vätbarhet. Framgång har uppnåtts genom att använda brännor baserade på eutektisk silver-koppar med tillsatser av titan eller zirkonium. En typisk hårdlödningslegering kan innehålla 68, 8% Ag + 26, 7% Cu + 4, 5% Ti i vikt.

8. Limbindning:

Stressfria leder kan framställas genom limning och cementering när höga temperaturer och vakuumtäthet inte är inblandade. Kallhärdiga hartser och lim klibbar väl till keramik. Gemensam prestanda är beroende av servicetemperaturen samt varaktigheten och belastningsgraden.

Epoxid-, fenol-, akryl- och polyuretanklister kan användas för applikationer som innefattar temperaturer upp till 200 ° C. För applikationer med hög temperatur över 200 ° C används polyamider eller andra termiskt stabila polymerer.

Oorganiska cementer, till exempel portlandcement, används ibland för att koppla ihop keramik till metaller. Högspänningsporslinisolatorer tillverkas ofta genom att man förenar enskilda sektioner tillsammans med cement.