Processos Soldados e Aliados para Junta de Cerâmica

Diferentes processos de soldagem e aliados usados ​​para unir cerâmicas incluem os seguintes: 1. Solda por fusão 2. Solda por fricção e colagem ultra-sônica 3. Colagem por difusão 4. Colagem por difusão via Interlayer 5. Colagem isostática 6. Colagem por esmalte 7. Metalização e brasagem 8. Adesivo União.

1. Soldagem por fusão:

O uso bem-sucedido da soldagem por feixe de elétrons para formar pares de Al ₂ O ₃ -Ta, ZrO ₂ -Mo, ZrO ₂ -Nb com força de ligação substancial foi relatado desde a década de 1960. No entanto, a aplicabilidade dos métodos de soldagem por fusão a sistemas cerâmicos-metálicos é muito limitada. É imperativo combinar as características de temperatura de fusão e contração térmica das peças que estão sendo ligadas.

2. Solda por fricção e colagem ultra-sônica:

Resultados promissores em soldagem por fricção de alumínio de alumina, alumínio a zircônia e alumínio a nitreto de silício foram relatados pela Queens University of Belfast. Estas três cerâmicas também podem ser soldadas a alguns outros metais, mas às vezes requer o uso de um interlayer.

Ligação ultra-sônica de alumínio para um número de metais pode ser alcançada nas condições atmosféricas normais, enquanto a união de titânio para cerâmica pelo mesmo processo requer o uso de vácuo.

3. Ligação de Difusão:

Neste método, os componentes a serem unidos são pressionados juntos e submetidos a uma alta temperatura por um certo período de tempo. A pressão usada deve ser alta o suficiente para causar difusão nas superfícies de acoplamento, mas não deve causar deformação em massa nos componentes que estão sendo unidos.

A temperatura empregada está na faixa de 0, 65 a 0, 98 Tm, onde Tm é o ponto de fusão do metal em graus absolutos. Reações físicas e químicas complexas ocorrem na interface para efetuar uma articulação. Ampla gama de metais para cerâmicas e vidros para cerâmica vítrea pode ser colada com sucesso por este processo, desde que as características de contração térmica das partes que estão sendo unidas sejam iguais.

4. Ligação por difusão via Interlayer:

Neste método de junção de cerâmica a metais, é introduzida uma camada intermédia de metal dúctil entre as faces a serem unidas, pelo que a aplicação de alta pressão não é necessária. Este interlayer ajuda a distribuir as tensões na interface, evitando a concentração de tensão, bem como acomoda algumas das expansões e contrações diferenciais dos dois componentes durante o aquecimento. Se a temperatura da camada intermédia não for muito alta, pode ser possível unir os componentes sem ter quaisquer efeitos prejudiciais nas propriedades mecânicas da peça de trabalho, mesmo que seja uma liga tratável pelo calor.

O aço inoxidável pode ser unido à alumina usando alumínio como uma camada dúctil. O ouro tem sido utilizado como interlayer para unir várias cerâmicas e vidros de óxidos a ligas ferrosas. O cobre pode ser soldado em alumina, colocando-o em uma atmosfera ligeiramente oxidante a uma temperatura de 1060-1080 ° C. Isso resulta na formação de um líquido eutético na superfície do cobre, resultando em uma ligação química entre o cobre e a alumina. Em um campo de energia nuclear, os anéis isolantes de alumina e os eletrodos de liga de titânio são unidos, fornecendo camadas intermediárias de alumínio de 0, 1 mm de espessura.

5. Ligação Isostática:

Esse processo é usado para fabricar peças relativamente complexas unindo componentes simples, como mostrado na Fig. 22.38.

Pó de cerâmica é pressionado em formas simples:

(a) Uso de pressão uniaxial ou pressão isostática. Os componentes de forma simples são então montados

(b) Para formar uma forma mais complexa. As peças montadas são então revestidas

c) Com uma fina camada de material elastomérico, impermeável e flexível. O revestimento ajuda a vedar o conjunto contra o fluido de alta pressão durante a operação subseqüente da ligação isostática e

(d) Que une os dois componentes.

O conjunto colado é então sinterizado para atingir a força total que é comparável à força do material original. Peças feitas de cerâmica como alumina, zircônia e nitreto de silício podem ser fabricadas por este método. As ligações produzidas por este método mostram completa homogeneidade como se o componente tivesse sido produzido por uma única operação sem juntas.

6. Colagem de esmalte:

Este método é mais frequentemente usado na montagem de peças complexas e grandes e na junção de componentes cerâmicos diferentes. As superfícies a serem unidas são planas e depois revestidas com um deslizamento de glaze adequado. As superfícies são então colocadas em contato e fixadas para fundir o esmalte e unir as peças.

A maioria das cerâmicas de óxidos pode ser ligada por vidros de silicato ou esmaltes e as juntas também podem ser feitas com vidros à base de borato e fosfato. As cerâmicas não-óxido são mais difíceis de unir por este processo, pois tendem a reagir com os esmaltes liberando bolhas de gás que enfraquecem a ligação. Esmaltes especiais estão disponíveis para unir algumas das combinações de cerâmica e metal.

7. Metalização e brasagem:

Geralmente este método é empregado para unir cerâmica a metais. A brasagem exige que a liga de brasagem usada molhe as superfícies a serem unidas. A maioria das superfícies de metal pode ser molhada por ligas de brasagem, mas as cerâmicas não são. Portanto, o componente cerâmico recebe primeiro uma camada de liga compatível pelo processo de metalização.

É então seguido por brasagem usando as ligas convencionais. Outra alternativa é usar soldas de metal ativas. A seleção depende das reações químicas que ocorrem na interface metal-cerâmica para promover a molhabilidade. O sucesso foi alcançado usando-se bráquetes baseados em eutéticos de cobre-prata com adições de titânio ou zircônio. Uma liga de brasagem típica pode conter 68, 8% Ag + 26, 7% Cu + 4, 5% Ti em peso.

8. Ligação adesiva:

Juntas sem tensão podem ser produzidas por colagem e cimentação quando altas temperaturas e estanqueidade não estão envolvidas. Resinas de cura a frio e colas aderem bem à cerâmica. O desempenho conjunto depende da temperatura de serviço, assim como da duração e da taxa de estresse.

Os adesivos epóxido, fenólico, acrílico e poliuretano podem ser usados ​​para aplicações que envolvam temperaturas de até 200 ° C. Para aplicações de alta temperatura acima de 200 ° C são usadas poliamidas ou outros polímeros termicamente estáveis.

Cimentos inorgânicos, por exemplo cimento portland, são algumas vezes usados ​​para unir cerâmica a metais. Os isoladores de porcelana de alta voltagem são feitos freqüentemente unindo seções individuais com cimento.