Yenilikçi seramikleriniz-metal entegre sistem uzmanınız:
Seramik metal kompozit
Seramik-metal kompozitlerin karmaşıklığını anlamak için, sadece en önemli malzeme özelliklerini anlamak değil, aynı zamanda çeşitli malzemelerin temel bir anlayışına sahip olmak da gereklidir. Metallerin aksine, seramikler malzeme mukavemetini kırılma olasılığı ile değiştirir.
Çekme yükü altında seramik elemanın hacmi ne kadar büyük olursa, kırılma olasılığı da o kadar yüksektir. Bu, malzemedeki kritik kusurların olasılığı, bileşenin büyüklüğü ile arttığında mantıklıdır. Seramik parçaların gerilmek yerine sıkıştırmaya dayanması gerektiği kuralına ek olarak, seramik malzemenin termal genleşme katsayısının metalin termal genleşme katsayısından önemli ölçüde farklı olması da önemlidir. Kompozit bir sistem tasarlanırken, bu hem en yüksek çalışma sıcaklığında hem de bağlantı sırasında termal genleşmede dikkate alınmalıdır. Bir örnek, sıcaklık arttıkça hangi belirleyici farklılıkların ortaya çıkacağını göstermelidir.
Çekme yükü altında seramik elemanın hacmi ne kadar büyük olursa, kırılma olasılığı da o kadar yüksektir. Bu, malzemedeki kritik kusurların olasılığı, bileşenin büyüklüğü ile arttığında mantıklıdır. Seramik parçaların gerilmek yerine sıkıştırmaya dayanması gerektiği kuralına ek olarak, seramik malzemenin termal genleşme katsayısının metalin termal genleşme katsayısından önemli ölçüde farklı olması da önemlidir. Kompozit bir sistem tasarlanırken, bu hem en yüksek çalışma sıcaklığında hem de bağlantı sırasında termal genleşmede dikkate alınmalıdır. Bir örnek, sıcaklık arttıkça hangi belirleyici farklılıkların ortaya çıkacağını göstermelidir.
Seramik metal bağlayıcı
Al2O3 seramiklerinden yapılmış burçlar metal şaftlara bağlanmalıdır. Al2O3 seramiğinin termal genleşme katsayısı (% 99.7) 7.3 x 10-6/K'dir, bu da 1.4571 paslanmaz çeliğin termal genleşme katsayısından (16.5 x 10-6/K) önemli ölçüde farklıdır.Çelik şaft çapı D = 50mm olduğunda, sıcaklık artışı 100K * 50mm *.
Al2O3 manşonu için genişleme 50 mm * (7.3 * 10-6/K) * 100K = 0.037 mm'dir. Bağlantı yakın işbirliği için tasarlanırsa, metal milin büyük genleşmesi seramik manşonun kırılmasına neden olur. Bu nedenle, bu tasarım seramikler için geçerli değildir.
Uygun bir seramik-metal kompozit malzemenin bir örneği, bir seramik çekirdek ve bir metal manşon arasındaki sıkıştırmadır. Manşonu büyük bir seramik çubuğa itmek için metal ısıtılmalıdır. Soğutulduğunda, seramik üzerine büzülerek bir sıkma oluşur. Seramik malzemeler sıkıştırma kuvvetini iyi bir şekilde emebildiğinden, bu tasarım prensibi prensip olarak seramik-metal kompozitlerin üretimi için geçerlidir.
Al2O3 manşonu için genişleme 50 mm * (7.3 * 10-6/K) * 100K = 0.037 mm'dir. Bağlantı yakın işbirliği için tasarlanırsa, metal milin büyük genleşmesi seramik manşonun kırılmasına neden olur. Bu nedenle, bu tasarım seramikler için geçerli değildir.
Uygun bir seramik-metal kompozit malzemenin bir örneği, bir seramik çekirdek ve bir metal manşon arasındaki sıkıştırmadır. Manşonu büyük bir seramik çubuğa itmek için metal ısıtılmalıdır. Soğutulduğunda, seramik üzerine büzülerek bir sıkma oluşur. Seramik malzemeler sıkıştırma kuvvetini iyi bir şekilde emebildiğinden, bu tasarım prensibi prensip olarak seramik-metal kompozitlerin üretimi için geçerlidir.
Seramik metal kompozit (dişli bağlantı)
En yaygın pozitif olmayan bağlantı iplik bağlantısıdır. Bu ayrıca seramik malzemelerle de elde edilebilir. Oda sıcaklığında, metal dış dişli braketler seramik iç dişlere kolayca vidalanabilir.
Bununla birlikte, seramikteki dış dişler seramikteki uzun kesimleri veya çatlakları temsil eder. Bu nedenle, mümkünse, önceden belirlenmiş bir kırılma noktası riskini azaltmak için çentik tabanındaki yarıçap mümkün olduğunca büyük olmalıdır. Yapı, standart metal vidaların kullanılabileceği veya metal dişli burçların seramiğe yapışabileceği veya kaynaklanabileceği ölçüde ayarlanabilirse, daha anlamlı ve genellikle daha avantajlıdır.
Bununla birlikte, seramikteki dış dişler seramikteki uzun kesimleri veya çatlakları temsil eder. Bu nedenle, mümkünse, önceden belirlenmiş bir kırılma noktası riskini azaltmak için çentik tabanındaki yarıçap mümkün olduğunca büyük olmalıdır. Yapı, standart metal vidaların kullanılabileceği veya metal dişli burçların seramiğe yapışabileceği veya kaynaklanabileceği ölçüde ayarlanabilirse, daha anlamlı ve genellikle daha avantajlıdır.
Seramik metal kompozit (yapıştırıcı)
Organik yapıştırıcılar iki kategoriye ayrılabilir. Kimyasal olarak reaksiyona giren yapıştırıcılar için, sertleşme, reaksiyon tipi polimerizasyon, polimerizasyon veya polikondensasyon ile elde edilir. Reaksiyon tipine bağlı olarak, soğuk kürleme ve termal kürleme ile tek bileşenli veya iki bileşenli sistemler arasında da bir ayrım yapılır. Fiziksel olarak sertleşen yapıştırıcılar, çözücü buharlaşması, substrat kürlemesi kullanın.
Epoksi bazlı yapıştırıcıların seramik-metal kompozit bileşenlerin yapışmasında çok etkili olduğu kanıtlanmıştır. Aşağıdaki özelliklere sahiptirler:
Yapıştırıcı eklemler sadece kesme, gerdirme veya sıkıştırma yükleri altında yapılmalı ve bükme yüklerinden kaçınılmalıdır. Yapışkan yüzeyi kimyasal veya mekanik olarak iyice temizlemek ve aktive etmek önemlidir. Bununla birlikte, organik yapıştırıcılarla yapışmanın bir yaşlanma sürecine maruz kalacağı ve genellikle 150 ° C'nin üzerinde kalıcı olarak ısıtılmaması gerektiği unutulmamalıdır.
Kombine metal-seramik kompozit parçalar, kalıcı gaz giderme nedeniyle vakum teknolojisi için uygun değildir.
Epoksi bazlı yapıştırıcıların seramik-metal kompozit bileşenlerin yapışmasında çok etkili olduğu kanıtlanmıştır. Aşağıdaki özelliklere sahiptirler:
- İyi mekanik özellikler
- İyi kimyasal direnç
- Kürleme sırasında düşük büzülme
- Dolgu maddelerinin kullanımı nedeniyle, büyük yapıştırıcı boşlukları için de uygundur.
- Farklı malzemelerin basit bağlantısı
Yapıştırıcı eklemler sadece kesme, gerdirme veya sıkıştırma yükleri altında yapılmalı ve bükme yüklerinden kaçınılmalıdır. Yapışkan yüzeyi kimyasal veya mekanik olarak iyice temizlemek ve aktive etmek önemlidir. Bununla birlikte, organik yapıştırıcılarla yapışmanın bir yaşlanma sürecine maruz kalacağı ve genellikle 150 ° C'nin üzerinde kalıcı olarak ısıtılmaması gerektiği unutulmamalıdır.
Kombine metal-seramik kompozit parçalar, kalıcı gaz giderme nedeniyle vakum teknolojisi için uygun değildir.
Metal-seramik ve seramik-seramik kompozitler (cam lehim ile kaynaklı)
Cam lehim, seramik bileşenlerin ve platin-seramik kompozit bileşenlerin hava geçirmez bağlantısı için kullanılabilir. Bu bağlantı süreci iyi kimyasal direnç ve yaklaşık olarak yüksek bir seviyededir. Cam lehimine bağlı olarak 1000 ° C. Cam lehim ile kombinasyon için, ne koruyucu bir gaz atmosferine ne de seramik metalizasyonuna gerek yoktur.
Seramik metal kompozit (metal lehim ile kaynak)
Alümina sistemleri için sermet kompozit parçaların üretimi için standart bağlantı işlemi, seramik ve metallerin kaynağıdır. Kaynak yaparken, atomlar lehimden malzemenin ızgarasına yayılır ve metal kaynaklandığında, malzemenin atomları da lehim yapısına yayılır. Islatılmış yüzey boyunca az ya da çok belirgin bir difüzyon bölgesi oluşur. Kaynağın aksine, malzeme katı kalır.
Seramik ve metal arasındaki olası bağlantı ortaklarının sayısı, malzemenin farklı termal genleşme katsayıları ile ciddi şekilde sınırlıdır. Seramik ile metal ve lehim arasındaki termal genleşme katsayısındaki fark ne kadar büyük olursa, kaynaklı eklemler soğuduğunda oluşan kompozit stres de o kadar yüksektir.
Kaynak seramikleri için iki farklı yöntem vardır:
Seramik ve metal arasındaki olası bağlantı ortaklarının sayısı, malzemenin farklı termal genleşme katsayıları ile ciddi şekilde sınırlıdır. Seramik ile metal ve lehim arasındaki termal genleşme katsayısındaki fark ne kadar büyük olursa, kaynaklı eklemler soğuduğunda oluşan kompozit stres de o kadar yüksektir.
Kaynak seramikleri için iki farklı yöntem vardır:
- Seramik pasivasyon lehimleme
- Seramik aktif lehimleme
1.Seramik pasivasyon lehimleme
Lehim üzerindeki lehimin tam ıslatılabilirliğini sağlamak için, seramik yüzey önceden metalize edilmelidir. Bu amaçla, MOMN (molibden, manganez) veya WMN (tungsten, manganez) macunu serigrafi ile uygulanır ve yaklaşık olarak. 1400 ° C, şekillendirilmiş gaz (% 5 hidrojen,% 95 azot).
Bu katmanın iki işlevi vardır. Mn içeren cam Al2O3 seramiklerine bağlanır. Camdaki metal Mo parçacıkları metale bağlanır. Erime işleminden sonra, metalize tabaka üzerinde nikel kaplama. NI'nin birkaç işlevi vardır. Metalitleri korozyondan korur ve metal lehimin iyi ıslatılabilirliğe sahip olmasını sağlar.
Metal ortaklarına bağlı olarak, seramiklerin pasivasyon kaynağı bir indirgeme atmosferinde veya vakumda gerçekleştirilir. En yaygın pasivasyon lehim gümüş-bakır ötektik dayanmaktadır.
Bu katmanın iki işlevi vardır. Mn içeren cam Al2O3 seramiklerine bağlanır. Camdaki metal Mo parçacıkları metale bağlanır. Erime işleminden sonra, metalize tabaka üzerinde nikel kaplama. NI'nin birkaç işlevi vardır. Metalitleri korozyondan korur ve metal lehimin iyi ıslatılabilirliğe sahip olmasını sağlar.
Metal ortaklarına bağlı olarak, seramiklerin pasivasyon kaynağı bir indirgeme atmosferinde veya vakumda gerçekleştirilir. En yaygın pasivasyon lehim gümüş-bakır ötektik dayanmaktadır.
2.Seramik aktif lehimleme
Seramiğin lehimlenmesi için ikinci olasılık, aktif lehim olarak adlandırılmaktır. Reaksiyon bileşenleri olarak titanyum, zirkonyum veya hafniyum içerir. Metalizasyon olmadan bile, aktif lehim seramikle birleştirilebilir. Bununla birlikte, pasif lehim ile karşılaştırıldığında, aktif lehimin seramik yüzeyinde akması zordur. Bu, bağlanma mukavemetine elverişli bir lehim filetosu olmadığı anlamına gelir. Metalizasyon olmadan kaynak yapmak daha elverişli görünse bile, aktif kaynak için yüksek sıcaklıklı vakum veya inert gaz fırınları gereklidir.
Kaynak işleminde en iyi kaynak boşluğunu sağlamak için, metal ve seramikler kaynak işlemi sırasında sadece termal genleşme ile hafifçe ayrılabilir. Bu nedenle, Ni42 (1.3917) veya Kovar (NiCo2918 = 1.3981) gibi demir-nikel alaşımları esas olarak Al2O3 ile kaynak için kullanılır. Burada, oda sıcaklığında Al2O3'ün termal genleşme katsayısındaki fark nispeten küçüktür. Sadece düşük kompozit voltaj üretir. Bu nedenle, 200 MPa'dan fazla sermet kompozitlerinin yüksek reprodüksiyon mukavemeti elde edilmiştir.
Bu demir-nikel alaşımları, daha fazla işlemde paslanmaz çelikle iyi kaynaklanabilir. Bu, seramik-metal kompozit bileşenler için çok sayıda uygulama alanı açar.
Kaynak işleminde en iyi kaynak boşluğunu sağlamak için, metal ve seramikler kaynak işlemi sırasında sadece termal genleşme ile hafifçe ayrılabilir. Bu nedenle, Ni42 (1.3917) veya Kovar (NiCo2918 = 1.3981) gibi demir-nikel alaşımları esas olarak Al2O3 ile kaynak için kullanılır. Burada, oda sıcaklığında Al2O3'ün termal genleşme katsayısındaki fark nispeten küçüktür. Sadece düşük kompozit voltaj üretir. Bu nedenle, 200 MPa'dan fazla sermet kompozitlerinin yüksek reprodüksiyon mukavemeti elde edilmiştir.
Bu demir-nikel alaşımları, daha fazla işlemde paslanmaz çelikle iyi kaynaklanabilir. Bu, seramik-metal kompozit bileşenler için çok sayıda uygulama alanı açar.