Svejsning og allierede processer til sammenføjning af keramik

Forskellige svejsning og allierede processer, der anvendes til sammenføjning af keramik, omfatter følgende: 1. Fusionsvejse 2. Friktionssvejsning og ultralydbinding 3. Diffusionsbinding 4. Diffusionsbinding via mellemlag 5. Isostatisk binding 6. Glasurbinding 7. Metallisering og lodning 8. Klæbemiddel bonding.

1. Fusionssvejsning:

Succesfuld anvendelse af elektronstrålesvejsning til dannelse af Al ₂ O ₃ -Ta, ZrO ₂ -Mo, ZrO ₂ -Nb-par med betydelig bindingsstyrke er blevet rapporteret siden 1960'erne. Anvendeligheden af ​​fusionssvejsemetoder til keramiske metal systemer er imidlertid meget begrænset. Det er afgørende at matche smeltetemperaturen og termiske sammentrekningsegenskaber for stykker, der er bundet.

2. Friktions svejsning og ultralyd binding:

Lovende resultater i friktionssvejsning af aluminium af aluminiumoxid, aluminium til zirconia og aluminium til siliciumnitrid er blevet rapporteret fra Queens University of Belfast. Disse tre keramik kan også svejses til andre metaller, men nogle gange kræver det brug af et mellemlag.

Ultralydbinding af aluminium til en række metaller kan opnås under normale atmosfæriske forhold, mens sammenføjning af titanium til keramik ved samme fremgangsmåde kræver brug af vakuum.

3. Diffusion Bonding:

Ved denne fremgangsmåde presses komponenterne, som skal sammenføjes, sammen og underkastes en høj temperatur i en vis tidsperiode. Det anvendte tryk skal være højt nok til at forårsage diffusion at finde sted på parringsfladerne, men må ikke forårsage bulkdeformation i komponenterne, der forbindes.

Den anvendte temperatur ligger i området fra 0, 65-0, 98 Tm, hvor Tm er smeltepunktet for metallet i absolutte grader. Komplekse fysiske og kemiske reaktioner finder sted ved grænsefladen for at påvirke en ledd. Bredt udvalg af metaller til keramik og glas til glaskeramik kan med fordel bundet af denne proces, forudsat at de termiske sammentrekningsegenskaber af de dele, der er sammenføjet, er matchende.

4. Diffusion Bonding via mellemlag:

Ved denne fremgangsmåde til sammenføjning af keramik til metaller indføres et duktilt metalinterlayer mellem de flader, der skal forbindes, således er anvendelsen af ​​højt tryk ikke nødvendigt. Dette mellemlag bidrager til at distribuere spændingerne ved grænsefladen, der undgår spændingskoncentrationen såvel som rummer noget af differentieringsudvidelsen og sammentrækningen af ​​de to komponenter under opvarmning. Hvis mellemlagertemperaturen ikke er meget høj, kan det være muligt at binde komponenterne uden at have nogen skadelige virkninger på arbejdsmidlets mekaniske egenskaber, selv om det er af en varmebehandlet legering.

Rustfrit stål kan føjes til aluminiumoxid under anvendelse af aluminium som et duktilt lag. Guld er blevet brugt som et mellemlag til at binde en række oxidkeramik og briller til jernholdige legeringer. Kobber kan svejses til aluminiumoxid ved at placere dem i en lidt oxiderende atmosfære til en temperatur på 1060-1080 ° C. Dette resulterer i dannelsen af ​​en eutektisk væske ved overfladen af ​​kobberet, hvilket resulterer i en kemisk binding mellem kobber og aluminiumoxid. I et atomfeltfelt bindes aluminiumoxidisoleringsringe og titaniumlegeringselektroder sammen ved at tilvejebringe 0, 1 mm tykke mellemlag af aluminium.

5. Isostatisk binding:

Denne proces anvendes til fremstilling af relativt komplekse dele ved at forbinde simple komponenter som vist i figur 22.38.

Keramisk pulver presses i simple former:

(a) Brug af uniaxial presning eller isostatisk presning. De enkle formede komponenter samles derefter

(b) At danne en mere kompleks form. De monterede dele overtrækkes derefter

(c) Med et tyndt lag af et uigennemtrængeligt, fleksibelt elastomert materiale. Belægningen hjælper med at forsegle samlingen mod højtryksvæsken under efterfølgende drift af isostatisk binding, og

(d) Som forbinder de to komponenter.

Den bundne samling sintres derefter for at opnå den fulde styrke, som er sammenlignelig med styrken af ​​modermaterialet. Dele fremstillet af keramik som aluminiumoxid, zirconia og siliciumnitrid kan fremstilles ved denne metode. Obligationerne produceret ved denne metode viser fuldstændig homogenitet som om komponenten er blevet fremstillet ved en enkelt operation uden sammenføjning.

6. Glaze Bonding:

Denne metode anvendes oftest ved montering af store komplekse stykker og sammenføjning af forskellige keramiske komponenter. De overflader, der skal føjes, er fladt flade og derefter overtrukket med en egnet glasurslip. Overfladerne er så anbragt i kontakt og fikseret til at smøre glasuret og binde stykkerne sammen.

De fleste oxidkeramik kan bindes af silicatglas eller glasurer, og leddene kan også fremstilles med borat og fosfatbaserede briller. Ikke-oxid keramik er vanskeligere at deltage i denne proces, da de har tendens til at reagere med de glasurfrigivende gasbobler, der svækker bindingen. Særlige glasurer er tilgængelige for at deltage i nogle af de keramiske og metal kombinationer.

7. Metallisering og lodning:

Normalt anvendes denne metode til sammenføjning af keramik til metaller. Lodning kræver, at den anvendte loddelegering skal vådte overfladerne, der skal tilsluttes. De fleste metaloverflader kan fugtes ved hjælp af loddelegeringer, men keramik er ikke. Derfor gives den keramiske komponent først et lag af kompatibel legering ved metalliseringsprocessen.

Det efterfølges derefter af lodning ved anvendelse af de konventionelle legeringer. Et andet alternativ er at bruge aktive metalbrænder. Udvælgelsen afhænger af kemiske reaktioner, der forekommer ved metalkeramisk grænseflade for at fremme befugtning. Succes er opnået ved brug af brazes baseret på eutektisk sølv-kobber med tilsætninger af titanium eller zirconium. En typisk loddningslegering kan indeholde 68, 8% Ag + 26, 7% Cu + 4, 5% Ti efter vægt.

8. Adhesive Bonding:

Stressfrie ledd kan fremstilles ved limning og cementering, når høje temperaturer og vakuumtæthed ikke er involveret. Koldhærdende harpikser og lim klæber godt til keramik. Fælles ydelse er afhængig af servicetemperaturen samt varigheden og belastningsgraden.

Epoxid-, phenol-, acryl- og polyurethanklæbemidler kan anvendes til applikationer, der involverer temperaturer op til 200 ° C. Ved anvendelse i høj temperatur over 200 ° C anvendes polyamider eller andre termisk stabile polymerer.

Uorganiske cementer, for eksempel portlandcement, bruges nogle gange til tilslutning af keramik til metaller. Højspændingsporselensisolatorer fremstilles ofte ved sammenføjning med enkelte sektioner sammen med cement.