خبير نظام السيراميك المعدني المبتكر الخاص بك :
مركب من معادن وسيراميك
من أجل فهم تعقيد المركبات الخزفية المعدنية، من الضروري ليس فقط فهم أهم خصائص المواد، ولكن أيضا الحصول على فهم أساسي للمواد المختلفة. على عكس المعادن، يحل السيراميك محل قوة المادة مع احتمال الكسر.
كلما زاد حجم عضو السيراميك تحت حمل الشد، كلما زاد احتمال الكسر. هذا معقول عندما يزداد احتمال العيوب الحرجة في المادة مع حجم المكون. بالإضافة إلى القواعد التي يجب أن تخضع بها مكونات السيراميك للضغط بدلاً من التمدد، من المهم أيضًا أن يكون معامل التمدد الحراري للمواد الخزفية مختلفًا بشكل كبير عن معامل التمدد الحراري للمعدن. عند تصميم نظام مركب، يجب أخذ ذلك في الاعتبار في كل من التمدد الحراري عند أعلى درجة حرارة تشغيل وعملية التوصيل. يجب أن يشير أحد الأمثلة إلى الاختلافات الحاسمة التي تحدث مع زيادة درجة الحرارة.
كلما زاد حجم عضو السيراميك تحت حمل الشد، كلما زاد احتمال الكسر. هذا معقول عندما يزداد احتمال العيوب الحرجة في المادة مع حجم المكون. بالإضافة إلى القواعد التي يجب أن تخضع بها مكونات السيراميك للضغط بدلاً من التمدد، من المهم أيضًا أن يكون معامل التمدد الحراري للمواد الخزفية مختلفًا بشكل كبير عن معامل التمدد الحراري للمعدن. عند تصميم نظام مركب، يجب أخذ ذلك في الاعتبار في كل من التمدد الحراري عند أعلى درجة حرارة تشغيل وعملية التوصيل. يجب أن يشير أحد الأمثلة إلى الاختلافات الحاسمة التي تحدث مع زيادة درجة الحرارة.
الموثق المعدني السيراميك
يجب توصيل الغلاف المصنوع من سيراميك Al2O3 بالعمود المعدني عن طريق التعاون. إن معامل التمدد الحراري ( 99.7 في المائة ) لخزف Al2O3 هو 7.3 × 10-6/K، وهو يختلف اختلافاً كبيراً عن معامل التمدد الحراري ( 16.5 × 10-6/K ) للفولاذ المقاوم للصدأ 1.4571.عندما يكون قطر عمود الصلب D = 50 مم، وارتفاع درجة الحرارة 100 K، يكون مقدار التمدد 50 مم * ( 16.5 * 10-6 K) * 100K = 0.083 مم.
بالنسبة لأكمام Al2O3، فإن كمية التمدد هي 50 مم * ( 7.3 * 10-6 / K) * 100K = 0.037mm. إذا تم تصميم التوصيل بشكل وثيق، فإن التوسع الكبير في العمود المعدني سيؤدي إلى كسر الأكمام الخزفية. لذلك، هذا التصميم غير مناسب للسيراميك.
مثال على مركب السيراميك المعدني المناسب هو الترابط بين قلب السيراميك والغلاف المعدني. لدفع الأكمام إلى قضبان السيراميك الكبيرة، يجب تسخين المعادن. عندما يبرد، يتشكل الضغط عن طريق الانكماش على السيراميك. بما أن المواد الخزفية يمكن أن تمتص قوة الانضغاط بشكل جيد، فإن مبدأ التصميم هذا مناسب من حيث المبدأ لإنتاج مركبات السيراميك المعدني.
بالنسبة لأكمام Al2O3، فإن كمية التمدد هي 50 مم * ( 7.3 * 10-6 / K) * 100K = 0.037mm. إذا تم تصميم التوصيل بشكل وثيق، فإن التوسع الكبير في العمود المعدني سيؤدي إلى كسر الأكمام الخزفية. لذلك، هذا التصميم غير مناسب للسيراميك.
مثال على مركب السيراميك المعدني المناسب هو الترابط بين قلب السيراميك والغلاف المعدني. لدفع الأكمام إلى قضبان السيراميك الكبيرة، يجب تسخين المعادن. عندما يبرد، يتشكل الضغط عن طريق الانكماش على السيراميك. بما أن المواد الخزفية يمكن أن تمتص قوة الانضغاط بشكل جيد، فإن مبدأ التصميم هذا مناسب من حيث المبدأ لإنتاج مركبات السيراميك المعدني.
مركب من معادن وسيراميك ( وصلات مترابطة )
الاتصال غير الإيجابي الأكثر شيوعًا هو اتصال الخيط. يمكن تحقيق ذلك أيضًا من خلال المواد الخزفية. في درجة حرارة الغرفة، يمكن بسهولة وضع قوس خيط خارجي معدني في خيط السيراميك الداخلي.
ومع ذلك، فإن الخيوط الخارجية في السيراميك تمثل شقوق طويلة أو شقوق في السيراميك. لذلك، إذا أمكن، يجب أن يكون نصف القطر في قاعدة الحفرة كبيرًا قدر الإمكان لتقليل مخاطر نقاط الكسر المحددة مسبقًا. إذا كان من الممكن تعديل الهيكل بحيث يمكن استخدام مسامير معدنية قياسية أو يمكن لصق أو لحام جلبة خيط معدني في السيراميك، فهو أكثر فائدة وأكثر ملاءمة في كثير من الأحيان.
ومع ذلك، فإن الخيوط الخارجية في السيراميك تمثل شقوق طويلة أو شقوق في السيراميك. لذلك، إذا أمكن، يجب أن يكون نصف القطر في قاعدة الحفرة كبيرًا قدر الإمكان لتقليل مخاطر نقاط الكسر المحددة مسبقًا. إذا كان من الممكن تعديل الهيكل بحيث يمكن استخدام مسامير معدنية قياسية أو يمكن لصق أو لحام جلبة خيط معدني في السيراميك، فهو أكثر فائدة وأكثر ملاءمة في كثير من الأحيان.
مركب من معادن وسيراميك ( الترابط )
يمكن تقسيم المواد اللاصقة العضوية إلى فئتين. بالنسبة لمواد لاصقة التفاعل الكيميائي، يتم تحقيق المعالجة عن طريق البلمرة من نوع التفاعل أو البلمرة أو التكاثف المتعدد. ووفقًا لنوع التفاعل، تم أيضًا التمييز بين المعالجة الباردة والمعالجة الحرارية والأنظمة المكونة من عنصر واحد أو مكونين. استخدام المواد اللاصقة المعالجة جسديا، تبخر المذيب، علاج الركيزة.
وقد ثبت أن المواد اللاصقة القائمة على راتنجات الايبوكسي فعالة للغاية في ربط المكونات المركبة من السيراميك والمعادن. لديهم الخصائص التالية :
يجب أن تكون الوصلات اللاصقة مصنوعة فقط تحت أحمال القص أو الشد أو الضغط، ويجب تجنب أحمال الانحناء. من المهم تنظيف وتفعيل الأسطح اللاصقة بشكل كامل بالطرق الكيميائية أو الميكانيكية. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الترابط مع المواد اللاصقة العضوية يخضع لعملية الشيخوخة ويجب ألا يتم تسخينه بشكل دائم إلى أكثر من 150 درجة مئوية.
المكونات المركبة من المعدن والسيراميك غير مناسبة لتكنولوجيا الفراغ بسبب التفريغ الدائم.
وقد ثبت أن المواد اللاصقة القائمة على راتنجات الايبوكسي فعالة للغاية في ربط المكونات المركبة من السيراميك والمعادن. لديهم الخصائص التالية :
- خصائص ميكانيكية جيدة
- مقاومة كيميائية جيدة
- انخفاض الانكماش أثناء المعالجة
- بسبب استخدام الحشوات، فهي مناسبة أيضًا للفجوات الكبيرة في المواد اللاصقة
- اتصال بسيط لمواد مختلفة
يجب أن تكون الوصلات اللاصقة مصنوعة فقط تحت أحمال القص أو الشد أو الضغط، ويجب تجنب أحمال الانحناء. من المهم تنظيف وتفعيل الأسطح اللاصقة بشكل كامل بالطرق الكيميائية أو الميكانيكية. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن الترابط مع المواد اللاصقة العضوية يخضع لعملية الشيخوخة ويجب ألا يتم تسخينه بشكل دائم إلى أكثر من 150 درجة مئوية.
المكونات المركبة من المعدن والسيراميك غير مناسبة لتكنولوجيا الفراغ بسبب التفريغ الدائم.
مركبات السيراميك والسيراميك والسيراميك ( ملحومة بالزجاج )
يمكن استخدام اللحام الزجاجي لربط محكم لمكونات السيراميك والمكونات المركبة من البلاتين والسيراميك على سبيل المثال. تتميز عملية التوصيل هذه بمقاومة كيميائية جيدة وما يصل إلى حوالي. 1000 درجة مئوية، اعتمادا على لحام الزجاج. للجمع مع اللحام الزجاجي، لا يلزم وجود جو غاز واقي ولا تعدين سيراميك.
مركب من معادن وسيراميك ( لحام مع لحام معدني )
إن عملية التوصيل القياسية المستخدمة في تصنيع مكونات مركب سيرميت بواسطة نظام الألومينا هي لحام السيراميك والمعادن. عند اللحام، تنتشر الذرات من اللحام إلى شبكة المادة، وعندما يتم لحام المعدن، تنتشر ذرات المادة أيضًا إلى بنية اللحام. يتم تشكيل منطقة انتشار أكثر وضوحا على طول سطح ترطيب. على عكس اللحام، تبقى المادة صلبة.
إن عدد شركاء الاتصال المحتملين بين السيراميك والمعدن محدود للغاية بسبب معاملات التمدد الحراري المختلفة للمادة. كلما زاد الفرق في معامل التمدد الحراري بين السيراميك والمعدن واللحام، كلما زاد الضغط المركب الناتج عند تبريد المفصل الملحوم.
هناك طريقتان مختلفتان للسيراميك الملحوم :
إن عدد شركاء الاتصال المحتملين بين السيراميك والمعدن محدود للغاية بسبب معاملات التمدد الحراري المختلفة للمادة. كلما زاد الفرق في معامل التمدد الحراري بين السيراميك والمعدن واللحام، كلما زاد الضغط المركب الناتج عند تبريد المفصل الملحوم.
هناك طريقتان مختلفتان للسيراميك الملحوم :
- تخميل السيراميك
- السيراميك نشط مختلط
1.تخميل السيراميك
من أجل ضمان أداء الترطيب الكامل للحام على السيراميك، يجب تعديل سطح السيراميك مسبقًا. لهذا الغرض، يتم تطبيق عجينة MOMN ( الموليبدينوم، المنغنيز ) أو WMN ( التنغستن، المنجنيز ) عن طريق طباعة الشاشة ويتم تقريبها. 1400 درجة مئوية، الغاز المشكل ( 5 ٪ من الهيدروجين، 95 ٪ من النيتروجين).
هذه الطبقة لها وظيفتان. الزجاج المحتوي على Mn جنبا إلى جنب مع سيراميك Al2O3. ترتبط جزيئات Mo المعدنية في الزجاج بالمعدن. بعد الذوبان، يتم طلاء النيكل بالكهرباء على الطبقة المعدنية. كما أن NI لها عدة وظائف. يحمي المعادن من التآكل ويجعل اللحام المعدني له قابلية جيدة للبلل.
وفقا لشركاء المعادن المختلفة، يتم تنفيذ لحام التخميل السيراميك في جو التخفيض أو في فراغ. يعتمد لحام التخميل الأكثر شيوعًا على انصهار الفضة والنحاس.
هذه الطبقة لها وظيفتان. الزجاج المحتوي على Mn جنبا إلى جنب مع سيراميك Al2O3. ترتبط جزيئات Mo المعدنية في الزجاج بالمعدن. بعد الذوبان، يتم طلاء النيكل بالكهرباء على الطبقة المعدنية. كما أن NI لها عدة وظائف. يحمي المعادن من التآكل ويجعل اللحام المعدني له قابلية جيدة للبلل.
وفقا لشركاء المعادن المختلفة، يتم تنفيذ لحام التخميل السيراميك في جو التخفيض أو في فراغ. يعتمد لحام التخميل الأكثر شيوعًا على انصهار الفضة والنحاس.
2 - نحاس السيراميك النشط
الاحتمال الثاني للسيراميك النحاسي هو استخدام ما يسمى بالنحاس النشط. وهي تحتوي على، على سبيل المثال، التيتانيوم أو الزركونيوم أو الهافنيوم كمكونات تفاعلية. حتى بدون المعدن، يمكن دمج اللحام النشط مع السيراميك. ومع ذلك، بالمقارنة مع اللحام السلبي، من الصعب تدفق اللحام النشط على سطح السيراميك. هذا يعني أنه لا توجد زاوية لحام مواتية لقوة الترابط. حتى إذا كان اللحام يبدو أكثر ملاءمة بدون معدنة، فإنه يتطلب فراغًا عالي الحرارة أو فرن غاز خامل للحام النشط.
من أجل ضمان أفضل فجوة لحام في عملية اللحام، لا يمكن فصل المعادن والسيراميك إلا قليلاً عن طريق التمدد الحراري أثناء عملية اللحام. لذلك، يتم استخدام سبائك الحديد والنيكل مثل Ni42 ( 1.3917 ) أو Kovar ( NiCo2918 = 1.3981 ) بشكل أساسي للحام مع Al2O3. هنا، يكون الفرق في معامل التمدد الحراري لـ Al2O3 في درجة حرارة الغرفة صغيرًا نسبيًا. يتم توليد جهد مركب منخفض فقط. لذلك، تم الحصول على قوة استنساخ عالية لمركبات سيرميت أكثر من 200 ميجا باسكال.
يمكن لحام سبائك الحديد والنيكل هذه بشكل جيد مع الفولاذ المقاوم للصدأ في عملية أخرى. وقد فتح هذا عددًا كبيرًا من التطبيقات للمكونات المركبة من السيراميك إلى المعادن.
من أجل ضمان أفضل فجوة لحام في عملية اللحام، لا يمكن فصل المعادن والسيراميك إلا قليلاً عن طريق التمدد الحراري أثناء عملية اللحام. لذلك، يتم استخدام سبائك الحديد والنيكل مثل Ni42 ( 1.3917 ) أو Kovar ( NiCo2918 = 1.3981 ) بشكل أساسي للحام مع Al2O3. هنا، يكون الفرق في معامل التمدد الحراري لـ Al2O3 في درجة حرارة الغرفة صغيرًا نسبيًا. يتم توليد جهد مركب منخفض فقط. لذلك، تم الحصول على قوة استنساخ عالية لمركبات سيرميت أكثر من 200 ميجا باسكال.
يمكن لحام سبائك الحديد والنيكل هذه بشكل جيد مع الفولاذ المقاوم للصدأ في عملية أخرى. وقد فتح هذا عددًا كبيرًا من التطبيقات للمكونات المركبة من السيراميك إلى المعادن.