| WYDZIAŁ INŻYNIERII PRODUKCJI P.W. |
|---|
| INSTYTUT TECHNIK WYTWARZANIA |
| LABORATORIUM MATERIAŁÓW METALOWYCH I CERAMICZNYCH |
| Nazwisko i imię: Dorota Grudzień |
| Temat ćwiczenia: Łączenie materiałów niekonwencjonalnych na przykładzie połączeń ceramika- metal |
Prowadzący: Arkadiusz Krajewski |
Cel ćwiczenia:
Zapoznanie z technologiami zgrzewania dyfuzyjnego i lutowania aktywnego w próżni, stosowanymi do spajania materiałów ceramicznych z metalami.
Przebieg ćwiczenia:
LUTOWANIE to proces polegający na spajaniu tworzyw metalowych jedno- lub różnoimiennych, a także materiałów niemetalowych (np. ceramiki) za pomocą dodatkowego roztopionego metalu lub stopu, zwanego lutem. Temperatura topnienia lutu jest znacznie niższa od temperatury topnienia elementów łączonych. Połączenia uzyskuje się przede wszystkim dzięki dyfuzji ciekłego lutu w elementy łączone i odwrotnie.
Rozróżniamy 2 najbardziej rozpowszechnione techniki lutowania
- metoda metalizacji proszkowej
- technika lutów aktywnych
Próbką jest połączenie ceramika- metal- ceramika. W powiększeniu 100 razy obserwujemy materiały poddane lutowaniu. Możemy zauważyć także strefę dyfuzyjną przejściową.
ZGRZEWANIE DYFUZYJNE to łączenie materiałów w stanie stałym realizowane w temperaturze 0,5- 0,8 temperatury topnienia łatwiej topliwego materiału i pod dociskiem nie przekraczającym granicy plastyczności łączonych materiałów w danej temperaturze spajania. Łączenie może zachodzić w środowisku: gazów, ciekłych soli oraz najczęściej stosowanej próżni. Połączenie różnych materiałów zachodzi w wyniku dyfuzji wzajemnej w stanie stałym. Proces zgrzewania dyfuzyjnego przebiega w dwóch zasadniczych etapach: adhezyjnym i dyfuzyjnym.
Próbką jest połączenie metal- przekładka pośrednia- ceramika- przekładka pośrednia metal. W powiększeniu 100 razy możemy widzimy materiały poddane zgrzewaniu dyfuzyjnemu. Obserwujemy 2 strefy dyfuzyjne: połączenie metal- przekładka pośrednia oraz ceramika- przekładka pośrednia. Strefa dyfuzyjna w połączeniu ceramika- przekładka pośrednia jest obszerniejsza niż strefa dyfuzyjna w połączeniu metal- przekładka pośrednia.
Wnioski+ praca domowa
Przy spajaniu ceramiki z metalami najistotniejszym problemem do pokonania jest różnica współczynników rozszerzalności cieplnej obu rodzajów materiałów. Metal, który bardziej się kurczy podczas chłodzenia niż ceramika, tworzy w niej bardzo niekorzystny rozkład naprężeń własnych, które osiągają największe wartości dodatnie przy powierzchniach zewnętrznych ceramiki w strefie złącza. Doprowadza to w rezultacie do obniżenia wytrzymałości połączenia ceramiczno- metalowego lub nawet do pęknięcia w ceramice.
Ze względu na naprężenia własne w złączach ceramiczno- metalowych szczególnie groźne dla ceramiki, przy projektowaniu konstrukcji złączy i realizacji procesu spajania należy pamiętać o podstawowych zasadach:
- masa elementów łączonych, a szczególnie metalowego, powinna być możliwie jak najmniejsza;
- powierzchnia czynna biorąca udział w złączu również powinna być minimalna;
- należy dążyć do stosowania o optymalnych kształtach i wymiarach;
- należy wybrać optymalną metodę relaksacji naprężeń własnych w ceramice;
- szybkość chłodzenia nie może być zbyt duża;
- należy dążyć do takiej intensyfikacji łączenia, aby można było maksymalnie obniżyć temperaturę spajania
Na którym z przypadków notuje się wyższy poziom naprężeń własnych w ceramice i dlaczego?
Na rysunku c naprężenia własne w ceramice są najwyższe ponieważ jest w nim najwięcej metalu w porównaniu do pozostałych możliwości oraz największa powierzchnia biorąca udział w złączu.