Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Procesy spajania

ceramiki i kompozytów

1.18

opracował:

dr inż. Andrzej Winiowski

Nowelizacja materiału: 01. 2012 r.

Ogólne informacje o materiałach ceramicznych oraz kompozytowych 

 

i typowych procesach ich łączenia 
 
Materiały ceramiczne i ich podstawowe własności 
 

    Materiały ceramiczne to związki chemiczne metali (Al, Fe, W, Cr) z niemetalami 

(O, N, Si, C) lub niemetali miedzy sobą. Najogólniej można je podzielić na: 
- ceramikę inżynierską (inne nazwy: ceramika specjalna, drobnoziarnista), 
wytwarzana w wyniku wysokotemperaturowego spiekania bez udziału fazy ciekłej i 
wykazującą postać krystaliczną i prawie teoretyczna gęstość; 
- ceramikę porowatą (inna nazwa: ceramika tradycyjna, klasyczna), obejmująca 
kamionkę, porcelanę, cegłę, cement, beton oraz materiały ogniotrwałe, wypalaną w 
wysokiej temperaturze, charakteryzującą się 5 – 15% udziałem porowatości w 
wyniku odprowadzenia wody; 
- szkła o strukturze amorficznej lub mieszanej (amorficzna i krystaliczna), w skład 
których wchodzą tlenki kwasowe typu: SiO

2

, B

2

O

3

, P

2

O

5

, tlenki zasadowe typu: 

Na

2

O, K

2

O, MgO, CaO oraz niekiedy tlenki pośrednie BeO, Al

2

O

3

, a także siarka, 

selen i fluorek ołowiu. Przez krystalizację (odszklenie) w odpowiedni sposób masy 
szklanej uzyskuje się tzw. ceramikę szklaną (piroceramikę) o bardzo drobnoziarnistej 
strukturze, bez porowatości, z pozostałością kilku procent masy szklistej o 
własnościach zbliżonych do ceramiki inżynierskiej (odporność na udary cieplne, 
żaroodporność). 

W ceramicznych i metalowo-ceramicznych konstrukcjach spajanych występuje 

zwykle ceramika inżynierska i niekiedy ceramika szklana. 

Ceramika inżynierska dzieli się na: korundową (Al

2

O

3

), steatytową 

(MgO

⋅SiO

2

+2,5%Al

2

O

3

), forstetytową (2MgO

⋅SiO

2

+3%Al

2

O

3

), mulitową             

(3Al

2

O

3

⋅SiO

2

), kordierytową  (2MgO

⋅2Al

2

O

3

⋅5SiO

2

 + dodatki), spinelową (MgO

⋅Al

2

O

3

), 

cyrkonową (ZrO

2

, ZrO

2

+Al

2

O

3

), berylową (95-99,5%BeO), węglikową (TiC,SiC,WC), 

magnezową (MgO), azotkową (AlN, BN, TiN, ZrN, Si

3

N

4

), sialonową (Si

x-6

Al

x

O

x

NX-8 

gdzie X=0

÷4), diament. 

Charakterystyczne własności materiałów ceramicznych to wysoka 

żarowytrzymałość (ponad 3000 

°C), stosunkowo niska masa właściwa, wysoka 

wytrzymałość (określana jako kohezyjna wytrzymałość dla kryształów), wysoki moduł 
sprężystości (200

÷500 MPa), niski współczynnik rozszerzalności cieplnej 

(6

÷10µm/m/°C), wysoka rezystancja właściwa (10

6

÷10

20

µOm⋅cm), niski współczynnik 

przewodności cieplnej (2

÷60 W/m⋅K). 

 

Materiały kompozytowe – definicja, klasyfikacja i podstawowe własności 
 
        Materiały kompozytowe, kompozyty (od compositus, łac. – złożony) to materiały 
uzyskiwane przez połączenie ze sobą co najmniej dwóch różnych materiałów 
(składników) o zróżnicowanych własnościach fizyko-chemicznych i postaci, tak by  
własności kompozytów były wypadkową  własności składników i udziałów 
objętościowych tych składników. Własności powyższe mogą być wynikiem 
oddziaływania addytywnego (sumarycznego) lub synergicznego (stanowi funkcję 
oddziaływania) składników. 
        Kompozyty  dzielą się na naturalne i inżynierskie (syntetyczne). Do pierwszych 
należą pnie i łodygi drzew oraz roślin (celulozowe włókna w osłonie ligniny), a także 
kości zwierząt i ludzi (kolagenowe włókna, nieorganiczne kryształy, woda i tłuszcze). 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze¿one. Powielanie lub rozpowszechnianie ca³oœci wzglêdnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIÊDZYNARODOWEGO

IN¯YNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Procesy spajania 

ceramiki i kompozytów

1.18

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 1

Przy definiowaniu kompozytów inżynierskich wytwarzanych w wyniku celowej 
działalności człowieka, oprócz przedstawionej powyżej definicji, dodaje się często 
dodatkowo warunki, którymi powinny one odpowiadać, jak np.: 
- zawartość drugiego składnika w materiale kompozytowym powinna przekraczać 

5%; 

- składniki kompozytów powinny różnić się własnościami od siebie i od kompozytu; 
- kompozyty powinny być zwykle utworzone przez gruntowne wymieszanie i 

połączenie składników technologiami o znacznym zaawansowaniu tzn., że np. 
dwuskładnikowa struktura stopu powstała podczas swobodnego krzepnięcia nie 
powinna być klasyfikowana jako kompozyt; 

        Kompozyty  składają się z osnowy i wzmocnienia (zbrojenie). Osnowa spaja 
wzmocnienie i przekazuje na wzmocnieniu obciążenia zewnętrzne.  
Z uwagi na postać wzmocnienia, kompozyty dzielą się na: 
•  kompozyty wzmocnione cząstkami i cząstkami dyspersyjnymi 

- o 

uporządkowanym ułożeniu; 

- o 

nieuporządkowanym ułożeniu. 

•  kompozyty wzmocnione włóknami, jedno i wielowarstwowymi 

- ciągłymi; 
- nieciągłymi, o uporządkowanym lub nieuporządkowanym ułożeniu. 

Wśród kompozytów z włóknami wielowarstwowymi są  również tzw. laminaty.  
        Niekiedy  laminaty  złożone z wielu warstw różnie usytuowanych względem 
siebie, a także kompozyty warstwowe-przekładkowe (stosowane zwykle w lotnictwie) 
nazywane również kompozytami typu „plaster miodu” (ang. „honey comb”) lub 
“kanapkowymi” (ang. „sandwich”) zalicza się do tzw. kompozytów konstrukcyjnych 
(strukturalnych).  
        Z uwagi na rodzaj osnowy kompozyty dzieli się na: kompozyty o osnowie 
metalowej, ceramicznej i węglowej oraz polimerowej. 
        W  tabl.1  przedstawiono  przykłady najczęściej spotykanych kompozytów o 
osnowie metalowej (poz. 1 

÷ 6), ceramicznej (poz. 7 ÷ 14), węglowej (poz. 15) i 

polimerowej (poz. 16 

÷ 18). 

        Kompozyty  o  osnowie metalowej (metale i stopy lekkie, kolorowe, reaktywne, 
wysokotopliwe, nadstopy, fazy międzymetaliczne) posiadają  wzmocnienie metalowe, 
ceramiczne i węglowe. Podstawowe ich własności to: stosunkowo niska masa 
właściwa i odpowiednio wysoka ich wytrzymałość mechaniczna, żarowytrzymałość, 
przewodność elektryczna, zdolność tłumienia drgań, własności trybologiczne itp. 
        Kompozyty o osnowie ceramicznej (podstawowe gatunki ceramiki inżynierskiej) 
posiadają wzmocnienia metalowe i ceramiczne, najczęściej w postaci cząstek 
(proszek), nieco rzadziej w postaci włókien. Podstawowe ich cechy to: dobre 
własności i trwałość mechaniczna (wyższa od materiałów ceramicznych), wysoka 
twardość,  żaroodporność (2600

÷3000  °C), odporność chemiczna, dobre własności 

izolacyjne (wysoka rezystancja właściwa i niska przewodność cieplna). 
        Kompozyty o osnowie węglowej (grafitowo-krystalicznej i z tworzyw węglowych 
amorficznych lub o budowie mieszanej) posiadają wzmocnienia węglowe, 
uzyskiwane zwykle przez przemianę w wyniku pirolizy w materiały węglowe  żywic 
fenolowych, związków zawierających alkohol furfurylowy, smoły i paku, polifenylenu 
lub poliamidów.  

        Piroliza  (inaczej  destylacja  rozkładowa) to proces rozkładu termicznego 
substancji prowadzony poprzez poddawanie ich działaniu wysokiej temperatury, ale 
bez kontaktu z tlenem i innymi czynnikami utleniającymi. Jest to proces o złożonym 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze¿one. Powielanie lub rozpowszechnianie ca³oœci wzglêdnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIÊDZYNARODOWEGO

IN¯YNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Procesy spajania 

ceramiki i kompozytów

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.18

AW 2

mechanizmie, wysokotemperaturowy i bezkatalityczny. Zwykle w trakcie pirolizy 
bardziej złożone związki chemiczne wchodzące w skład pirolizowanej substancji 
ulegają rozkładowi do prostszych związków o mniejszej masie cząsteczkowej.  

        Podstawowe    własności kompozytów węglowych to: dobra wytrzymałość i 
trwałość mechaniczna, bardzo wysoka żarowytrzymałość (3550 

°C), wysoka 

odporność chemiczna, wysoka energia absorbcji i pojemność cieplna, mały czynny 
przekrój pochłaniania neutronów, dobra  przewodność cieplna, mały współczynnik 
rozszerzalności cieplnej. 
 

Kompozyty o osnowie polimerowej: termo- i chemoutwardzalnej, 

termoplastycznej i gumowej posiadają wzmocnienia ceramiczne, węglowe i 
polimerowe. Własności ich zbliżone są do tworzyw sztucznych lecz charakteryzują 
się wyższymi własnościami mechanicznymi i twardością. 
 
Tablica 1 

Przykłady kompozytów o osnowie metalowej, ceramicznej, węglowej  

i polimerowej 

 

Lp. Osnowa 

Wzmocnienie

 1)

 

1 

Al, stopy Al serii 2xxx (Al-Cu); 5xxx (Al-Mg); 6xxx (Al-
Si-Mg); 7xxx (Al-Zn) i siluminy (Al-Si) 

WC (p), Be (f), stal nierdz. (f), Al

2

O

3

 (p,w,f), 

W/B (f), BN (f), BorSiC (f), C (f), SiO

2

 

(p,w,f), szkło (f), SiC (p,w,f) 

2 

Mg, stopy MgAlZn 

Be(f),  Ta(f),  Al

2

O

3

 (p,w,f), W/B (f), C(f), 

szkło(f), SiC (p,w) 

3 

Ti, stopy Ti i fazy międzymetaliczne 

(Ti-Al) 

Be(f), Mo(f), Al

2

O

3

 (p,w,f), BorSiC(f), 

SiC(p,w,f), TiB

2

  

4 Cu 

W(f), 

Nb(f), 

Al

2

O

3

 (p,w,f), W/B(f), C(f), 

SiC(p,w,f), WC (p) 

5 

Ni i stopy Ni (nadstopy) 

TaC(p),  HfC(p), stal nierdz.(f), W(f), Nb(f), 
C(f), NbC(p,w,f), TiC(p) 

6 

Nb, Mo 

W(f), SiC(p,w,f) 

7 Al

2

O

3

  

Mo, W, BN, ZrO

2 

8 B

4

C 

Nb, Ta, Mo, W, BN 

9 szkło Al

2

O

3

 (f), C 

10  2Al

2

O

3

 

⋅ 2SiO

2 

Mo, W 

11 SiC 

Al

2

O

3

 (f), C, MgO, Si

3

N

4

, BeO 

12 Si

3

N

4 

Al

2

O

3

 (f), SiC 

13 TiC 

Al

2

O

3

 (f), mulit, Si

3

N

4

 

14 ZrO

2 

Nb, Ta, Mo, W, Cr, SiC 

15 C (materiały węglowe: krystaliczne np.: grafit, 

amorficzne) 

C (materiały węglowe: krystaliczne np.: 
grafit, amorficzne) (f) 

16 polimery termo- i chemoutwardzalne (żywice 

epoksydowe i poliestrowe, fenoloplasty, aminoplasty, 
itp.) 

W/B, C (f i p), szkło organiczne (f), 
polimery termoplastyczne (f), aramid 

17 polimery  termoplasyczne:  krystaliczne  i 

niekrystaliczne (szkło organiczne, PMMA-akryl, 
poliamidy, poliwęglany, polipropylen, polistyren, 
polietylen, kopolimery: stylen-propylen,  etylen-winyl 
itp.) 

W/B, Al

2

O

3

, C (f, p), materiały szklano-

epoksydowe, grafitowo-epoksydowe, szkło 
organiczne, polietylen, aramid 

18 gumy (lateks, polibutadien, kopolimery:styren-

butadien, nitryl-butadien itd.) 

C(p), Al.(OH)

3

 (p), stal (f) 

1)

 p – wzmocnienie proszkowe, w – wiskersy (pojedyncze kształty z dyslokacją śrubową względem osi 

centralnej), f - włókna. 
BorSiC – włókna borowe pokryte SiC (ochrona przed dyfuzją), W/B – drut wolframowy pokryty warstwą 
boru (włókno borowe). 
 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze¿one. Powielanie lub rozpowszechnianie ca³oœci wzglêdnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIÊDZYNARODOWEGO

IN¯YNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Procesy spajania 

ceramiki i kompozytów

1.18

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 3

Procesy łączenia materiałów ceramicznych i kompozytowych 
 
Łączenie materiałów ceramicznych i kompozytów na ich osnowie (między sobą 
i z metalami) 

•  Spawanie wiązką skoncentrowanej energii (laserowe, elektronowe) i spawanie 

łukowe. 

•  Spajanie szkliwami (tzw. lutami szklanymi). 

•  Zgrzewanie dyfuzyjne (w próżni) i tarciowe. 

•  Lutowanie twarde lutami aktywnymi oraz lutami „klasycznymi” z 

wykorzystaniem metalizacji proszkowej. 

Łączenie kompozytów na osnowie metalowej 

•  Spawanie skoncentrowaną wiązką energii (laserowe, elektronowe). 

•  Spawanie  łukowe elektrodą nietopliwą w osłonie gazu neutralnego (TIG) i 

spawanie plazmowe. 

•  Zgrzewanie rezystancyjne – kondensatorowe, tarciowe, dyfuzyjne. 

•  Lutowanie twarde. 

Łączenie kompozytów węglowych 

•  Lutowanie twarde lutami aktywnymi z dodatkami węglikotwórczymi. 

•  Lutowanie twarde po pokryciu powierzchni kompozytu warstwą metaliczną. 

•  Klejenie z wykorzystaniem pirolizy. 

W przypadku łączenia materiałów i kompozytów węglowych z metalami stosowane 
jest najczęściej lutowanie twarde lutami aktywnymi lub z wykorzystaniem powłok 
technologicznych. 
Łączenie kompozytów polimerowych 
Kompozyty o osnowie termo- i chemoutwardzalnej 

•  Klejenie klejami zbliżonymi do osnowy kompozytów, jednoskładnikowymi – 

termoutwardzalnymi lub dwuskładnikowymi – chemoutwardzalnymi. 

Kompozyty o osnowie termoplastycznej 

•  Spawanie i zgrzewanie technikami zalecanymi dla polimerów 

termoplastycznych. 

•  Klejenie klejami termoplastycznymi. 

•  Klejenie klejami zawierającymi rozpuszczalniki przeprowadzające osnowę 

kompozytu w stan plastyczny. 

Kompozyty o osnowie gumowej 

•  Klejenie klejami organicznymi. 

 
 Ogólny opis zasad poszczególnych procesów łączenia. Zalety i wady. 
 
 Procesy łączenia materiałów ceramicznych i kompozytów na ich osnowie. 
 
 Spawanie wiązką skoncentrowanej energii i spawanie łukowe. 
        Spawanie jest bardzo rzadko stosowane do łączenia materiałów ceramicznych i 
tylko dla niektórych rodzajów. Decydują o tym takie czynniki jak: skłonność 
materiałów ceramicznych do sublimacji przy topieniu (ceramika azotkowa i 
węglikowa), zbyt wysoka temperatura topnienia  (ceramika magnezowa i zawierająca 
tlenek magnezu w większych ilościach) a także negatywny wpływ wysokiej 
temperatury procesu, szybkiego ochłodzenia po spawaniu oraz zjawiska topienia 
ceramiki na jej strukturę (porowatość, pęknięcia) i własności mechaniczne 
(kruchość). Podstawowymi metodami spawania materiałów ceramicznych są: 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze¿one. Powielanie lub rozpowszechnianie ca³oœci wzglêdnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIÊDZYNARODOWEGO

IN¯YNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Procesy spajania 

ceramiki i kompozytów

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.18

AW 4

spawanie wiązką elektronów i laserowe ( z użyciem laserów CO

2

 i Nd:YAG) oraz 

spawanie łukowe elektrodą wolframową (TIG) bez dodatku spoiwa w osłonie gazów 
neutralnych i plazmowe Znane są przykłady wykonywania wiązką elektronów i 
laserem połączeń: Al

2

O

3 

- Al

2

O

3

, Al

2

O

3

 – Ta oraz przez spawanie plazmowe i metodą 

TIG: ZrB

2

 - ZrB

2

, TaC – TaC, ZrB

2

 – Mo, a także materiałów szklano-ceramicznych 

(ceramika krzemionkowa). Połączenia tak wykonane wykazują często wysoką 
kruchość. 

 Spajanie szkliwami 

                W tym procesie spajania na łączone ze sobą powierzchnie (ceramika – 

ceramika, ceramika – metal) nanosi się głównie metodą natrysku szkliwo (zwane też 
„lutem szklanym”). Szkliwa są to odpowiednie mieszaniny tlenków np. typu :    Al

2

O

3

–

MnO-SiO

2

, Al

2

O

3

–CaO-MgO-SiO

2

, Al

2

O

3

–SiO

2

–MgO, SiO

2

-Al

2

O

3

–Y

2

O

3

 o 

temperaturach mięknięcia 800

÷1200  °C. Warstwy szkliwa są następnie spiekane 

(glazurowane) z podłożem. Po złożeniu tak przygotowanych części i wygrzaniu w 
temperaturze wyższej o około 40 

°C od temperatury mięknięcia szkliwa następuje ich 

trwałe połączenie. Własności uzyskanych połączeń odpowiadają  własnościom 
stosowanych szkliw. 
 Zgrzewanie dyfuzyjne i tarciowe 
        Zgrzewanie dyfuzyjne i tarciowe jest stosowane niekiedy do wykonywania 
połączeń ceramiki i kompozytów na jej osnowie z metalami.  
       Przy zgrzewaniu dyfuzyjnym w wyniku zastosowania odpowiedniej temperatury i 
czasu procesu oraz docisku elementów łączonych zapewnione są warunki do dyfuzji 
reaktywnej na granicy ceramika-metal. Przykładem takiego procesu łączenia może 
być dyfuzyjne zgrzewanie ceramiki korundowej (Al

2

O

3

) z miedzią w atmosferze 

wodoru i azotu. Można również  łączyć w ten sposób dwa elementy ceramiczne, 
stosując przekładkę z miedzi. Inne przykłady zgrzewania dyfuzyjnego  to zgrzewanie 
ceramiki azotkowej Si

3

N

4

 z aluminium i jego stopami (wytrzymałość  złączy ok. 110 

MPa). W miejsce przekładek można w tych procesach stosować warstwy pośrednie, 
uzyskane np.: metodą metalizacji proszkowej na powierzchni ceramiki, które 
podobnie jak przekładki przyspieszają proces dyfuzji podczas łączenia i wpływają na 
podwyższenie jakości połączeń. 
        Przykłady zgrzewania tarciowego materiałów ceramicznych obejmują  łączenie 
ceramiki azotkowej (Si

3

N

4

) i korundowej (Al

2

O

3

) z aluminium i jego stopami. Można 

również zgrzewać tarciowo ze sobą elementy z ceramiki korundowej, stosując 
przekładkę aluminiową, Wykonane złącza charakteryzują się wytrzymałością na 
rozerwanie ok. 40

÷80MPa. 

Lutowanie twarde lutami aktywnymi oraz „klasycznymi” z wykorzystaniem 
metalizacji proszkowej. 
        Obie powyższe metody lutowania twardego są najpowszechniej stosowanymi w 
praktyce procesami łączenia ceramiki i kompozytów na jej osnowie, zrówno ze sobą i 
z metalami. Pierwsza z nich jest realizowana w piecach próżniowych lub z czystą 
atmosferą neutralną chemicznie czy też wodorową, przy zastosowaniu spoiw 
zawierających pierwiastki reaktywne Ti, Zr, Be. Przykładami takich spoiw są 
następujące stopy: AgCu(27-33)Ti(2-5); AgCu23,5In14,5Ti1,25; AgTi1; Ti48Zr48Be4; 
TiCr25V21; CuTi43; TiNi30 o strukturach krystalicznych lub amorficznych. W czasie 
lutowania w wysokiej temperaturze  składniki aktywne spoiw dyfundują do podłoża 
ceramicznego tworząc trwałe połączenia chemiczne. Stosowaną dość często 
odmianą tej metody, zwłaszcza dla ceramiki korundowej (Al

2

O

3

),  jest lutowanie z 

użyciem pasty z wodorkiem tytanu TiH

2

 i „klasycznego” lutu np. typu Ag-Cu. Warstwę 

pasty z  wodorkiem o grubości 10-20 

µm układa się pomiędzy łączonymi elementami 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze¿one. Powielanie lub rozpowszechnianie ca³oœci wzglêdnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIÊDZYNARODOWEGO

IN¯YNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Procesy spajania 

ceramiki i kompozytów

1.18

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 5

wraz ze spoiwem. W trakcie nagrzewania wodorek tytanu rozkłada się na tytan oraz 
wodór, który częściowo redukuje Al

2

O

3

. Zredukowane aluminium tworzy z tytanem 

związek (Ti

3

Al), stanowiący bardzo wytrzymałą warstwę pośrednią, zwilżalną  przez 

spoiwo tworzące lutowinę. Luty aktywne znalazły praktyczne zastosowanie przede 
wszystkim do łączenia ceramiki korundowej (Al

2

O

3

), a także azotkowej (Si

3

N

4

), 

węglikowej (SiC), cyrkonowej (ZrO

2

), a także do wykonywania połączeń ceramiki z 

metalami, w tym również diamentów z metalami. Pozwalają one uzyskać połączenia 
o wytrzymałości 130

÷260 MPa.  

        Druga  metoda  lutowania  z  wykorzystaniem metalizacji proszkowej obejmuje 
wytworzenie tą techniką na łączonych powierzchniach elementów ceramicznych 
warstwy pośredniej, silnie związanej z podłożem i zwilżalnej przez lut, a następnie 
lutowanie przy użyciu klasycznych, standardowych spoiw np.: typu AgCu28, CuAu36, 
AuNi18 itp. W celu wytworzenia powyższej warstwy pośredniej stosuje się pastę 
złożoną z proszku wolframowego lub molibdenu z manganem lub niekiedy 
zawierającą dodatkowo żelazo-krzem. Pastę  tę nakłada się  ręcznie przez 
stemplowanie  lub sitodrukiem (10

÷50 µm) na łączone powierzchnie ceramiczne i po 

wysuszeniu poddaje się spiekaniu (temperatura 1200

÷1700  °C) w wilgotnym 

wodorze (punkt rosy 15

÷30  °C), w efekcie czego powstaje  tlenek manganu, który 

reaguje z podłożem ceramicznym, tworząc trwałe wiązanie chemiczne (z ceramiką 
korundową tworzy wiązanie spinelowe MnAl

2

O

4

). Proszek  molibdenu lub wolframu 

zawarty w paście pozostaje elementem metalicznym w utworzonej warstwie 
pośredniej silnie związanej z podłożem. Warstwę  tę pokrywa się następnie                  
galwanicznie, chemicznie lub  przez spiekanie metalem łatwo zwilżalnym przez 
spoiwa np.: Fe, Cu lub Ni. Tak przygotowane elementy lutuje się „klasycznymi” 
spoiwami srebrnymi lub złotymi w piecach z atmosferami kontrolowanymi. Warstwy 
pośrednie do lutowania ceramiki można również uzyskiwać w wyniku osadzania 
metodami fizycznymi lub chemicznymi z fazy parowej (PVD, CVD) takich metali jak: 
Hf, Ta, Ti, Zr na powierzchnie łączone.  
Klejenie 
        Klejenie  materiałów ceramicznych i kompozytów na ich osnowie można 
wykonywać przy użyciu klejów ceramicznych na bazie elastomerów, kitów lub 
wosków, żywic epoksydowych, kauczuku syntetycznego itp. Wytrzymałość połączeń 
jest niewysoka i nie są one odporne na podwyższone temperatury. 
 
Procesy łączenia kompozytów o osnowie węglowej 
 
 

Lutowanie twarde lutami aktywnymi oraz z wykorzystaniem powłok 

technologicznych 
        Lutowanie  twarde  to  najczęściej stosowana metoda łączenia materiałów 
węglowych i kompozytów na ich osnowie między sobą oraz z metalami. Proces może 
być realizowany w piecach próżniowych lub z czystą atmosferą neutralną w dwojaki 
sposób: 
 - z użyciem lutów aktywnych, zawierających chrom, tytan lub cyrkon (pierwiastki 
węglikotwórcze), takich jak: TiZr48Be4, TiCu49B2, AgCu27Ti4, TiCu15Ni15, 
CuTi10Sn10, umożliwiających utworzenie na granicy lutowiny trwałych węglikowych 
wiązań chemicznych; 
 - z użyciem „klasycznych” lutów srebrnych, złotych i miedzianych po uprzednim 
pokryciu  łączonych powierzchni warstwą o grubości do kilku 

µm metalu 

wysokotopliwego (Mo, W) np.: przez osadzanie chemiczne z fazy parowej (CVD). 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze¿one. Powielanie lub rozpowszechnianie ca³oœci wzglêdnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIÊDZYNARODOWEGO

IN¯YNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Procesy spajania 

ceramiki i kompozytów

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.18

AW 6

Klejenie z wykorzystaniem zjawiska pirolizy 
        Klejenie  z  zastosowaniem klejów na osnowie  żywic fenolowych lub 
zawierających alkohol furfurylowy, ulegających w wyniku obróbki termicznej i 
zjawiska pirolizy samoczynnej przemianie przez rozkład na materiały węglowe. 

 
 

Procesy łączenia kompozytów o osnowie metalowej 
 
        Kompozyty  o  osnowie  metalowej  łączy za pomocą spawania łukowego – 
metodą TIG i plazmowego, spawania laserowego i elektronowego, zgrzewania 
rezystancyjnego (kondensatorowego), dyfuzyjnego i tarciowego oraz lutowania 
twardego, stosując warunki i parametry procesów odpowiednie dla metalu lub stopu 
osnowy kompozytu. Zgrzewanie dyfuzyjne tych materiałów przebiega w 
temperaturach niższych od temperatur likwidus osnowy kompozytu (najczęściej 
400

÷600  °C) i przy czasie do ok. 1h w zależności od zawartości składników i 

temperatury zgrzewania.  
        Wybór  metody  łączenia kompozytów o osnowie metalowej powinien 
uwzględniać warunek zachowania ciągłości ich struktury, a w zasadzie ciągłości  
wzmocnienia w strefie łączenia. Dlatego też  łączeniu metodami spawalniczymi 
poddaje się najczęściej kompozyty o wzmocnieniach cząstkowych. 
 
Procesy łączenia kompozytów o osnowie polimerowej 
 
 Procesy łączenia kompozytów o osnowie utwardzalnej 
 
        Kompozyty  tego  typu  łączy się przez klejenie, stosując kleje o składzie 
zbliżonym do składu osnowy kompozytu jednoskładnikowe – termoutwardzalne lub 
dwuskładnikowe – chemoutwardzalne. 
 
Procesy łączenia kompozytów o osnowie termoplastycznej 
 
        Kompozyty o osnowie termoplastycznej łączy się za pomocą: 
 -   spawania i zgrzewania techniką zalecaną dla polimerów termoplastycznych; 
 -  klejenia klejami termoplastycznymi (akrylowy, poliamidowy, z octanem celulozy, 
azotanem celulozy, fenoplastowy, z octanem poliwynilu itp.) o wysokich 
temperaturach mięknięcia (topnienia); 
-  klejenia klejami zawierającymi rozpuszczalniki przeprowadzające osnowę 

kompozytu w stan plastyczny. 

 
 Procesy łączenia kompozytów o osnowie gumowej 
 
        Kompozyty o osnowie gumowej można kleić przy pomocy klejów organicznych, 
przeznaczonych dla wyrobów gumowych.  
 
Kompozyty polimerowe można również łączyć z metalami lub ceramiką -  wyłącznie 
za pomocą klejenia. 
 
 
 
 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze¿one. Powielanie lub rozpowszechnianie ca³oœci wzglêdnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIÊDZYNARODOWEGO

IN¯YNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Procesy spajania 

ceramiki i kompozytów

1.18

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 7

Zastosowanie i problemy specjalne 
 
        Podstawowe zastosowanie ceramiki i kompozytów na osnowie ceramicznej to: 
dysze dopalaczy silników, obudowy i osłony izolacyjne w samolotach, statkach 
kosmicznych, izolatory, narzędzia (części robocze), elementy urządzeń 
elektropróżniowych i elektronicznych, implanty w medycynie. 
        Zastosowanie  kompozytów  węglowych obejmuje żaroodporne części oraz 
elementy konstrukcyjne samolotów, pojazdów kosmicznych (osłony ablacyjne, 
izolatory termiczne) i sprzętu militarnego, obudowy reaktorów nuklearnych, sprzęt 
sportowy i ochronny. 
        Kompozyty o osnowie metalowej są wykorzystywane w lotnictwie i 
kosmonautyce do wytwarzania dysz silników (Cu/C, Ti/SiC, Ni/W, Ni/Al

2

O

3

, Ti/TiC, 

Al/SiC, Al/C, Al/B, Mg/C, Mg/ Al

2

O

3

),  łopatek turbin (Ti/TiB

2

), anten (Mg/ Al

2

O

3

, 

Mg/C), wymienników ciepła (Cu/W) w pojazdach kosmicznych i samolotach, płyt 
akumulatorowych (Pb/C), styków elektrycznych i łożysk (Cu/W, Cu/C), den tłoków 
(Al/Al

2

O

3

, Al/C) w silnikach samochodowych itp. 

        Zastosowanie  kompozytów  o  osnowie polimerowej obejmuje z kolei elementy 
izolacyjne i elektrostatyczne, łopatki wirników, zbiorniki i instalacje wodne, pokrycia 
elewacyjne budynków, meble, wyposażenie wnętrz samochodów, elementy karoserii 
samochodowych, elementy kadłubów i skrzydeł samolotów, sprzęt ochrony osobistej, 
sprzęt sportowy. 
       Stanowiąc element określonej konstrukcji, powyższe materiały muszą być 
niekiedy łączone z innymi podzespołami. Najczęściej zaleca się do tego celu metody 
łączenia nie wprowadzające ciepła do strefy złącza, takie jak nitowanie, skręcanie 
śrubami, zaciskanie, klejenie (materiały i kompozyty ceramiczne, metalowe i niektóre 
polimerowe) czy też spinanie, sczepianie i zszywanie (niektóre materiały 
polimerowe). W przypadku konieczności stosowania termicznych metod łączenia 
(spawanie, zgrzewanie, lutowanie) dobór metody i warunków procesu musi 
zapewnić: 
 - zachowanie w strefie łączenia ciągłości struktury kompozytu, a w zasadzie 
ciągłości występowania jego wzmocnienia; 
- ograniczenie możliwości oddziaływania dyfuzyjnego składników wzmocnienia z 
osnową w warunkach temperaturowo-czasowych procesu łączenia; 
- ograniczenie lokalnych sił i naprężeń cieplnych powstających podczas procesu 
łączenia pomiędzy osnową kompozytu, a wzmocnieniami zwłaszcza w postaci 
ciągłych warstw i włókien o odmiennej od osnowy rozszerzalności cieplnej (np. 
kompozyty metalowo-ceramiczne, metalowo-węglowe, ceramiczno-metalowe). 
        Dlatego  też termiczne metody łączenia kompozytów muszą zapewniać 
równomierne nagrzewanie kompozytu w całej objętości (lutowanie piecowe) lub 
bardzo wąską strefę wpływu ciepła i karb postaciowy (spawanie skoncentrowaną 
wiązką energii, zgrzewanie oporowe, kondensatorowe i tarciowe). 
        W większym stopniu niż w przypadku innych materiałów konstrukcyjnych należy 
rozważyć zastosowanie do łączenia kompozytów klejenia. Metoda ta pozwala łączyć 
ze sobą różnoimienne materiały a ponadto nie wymaga wprowadzenia ciepła 
wpływającego często negatywnie na łączone materiały. 
        Wymagane  warunki  bhp  dla  procesów łączenia materiałów kompozytowych są 
podobne jak w przypadku łączenia tymi metodami materiałów stanowiących osnowę 
kompozytów. 
 
 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze¿one. Powielanie lub rozpowszechnianie ca³oœci wzglêdnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIÊDZYNARODOWEGO

IN¯YNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Procesy spajania 

ceramiki i kompozytów

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

1.18

AW 8

Literatura uzupełniająca 
 

1.  Blicharski M.: Wstęp do inżynierii materiałowej. WNT Warszawa, 2003. 
2. Dobrzański L.A. : Podstawy nauki o materiałach i metaloznawstwo. WNT 

Warszawa, 2002.  

3.  Praca zbiorowa : Poradnik Inżyniera, Spawalnictwo. T. 1 , WNT, Warszawa, 

2005. 

4.  Praca zbiorowa : Poradnik Inżyniera, Spawalnictwo. T. 2, WNT, Warszawa, 

2007. 

5.  Śleziona J.: Podstawy technologii kompozytów. Wyd. Politechniki Śl. Gliwice, 

1998. 

6. Winiowski A.: Spajanie materiałów kompozytowych. Przegląd  Spawalnictwa   

nr 12/1999   

7. Włosiński W.: Spajanie metali z niemetalami. PWN Warszawa, 1989. 
8.  Hyla J.: Wybrane zagadnienia z inżynierii materiałów kompozytowych. WNT 

Warszawa 1996 

 
 

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze¿one. Powielanie lub rozpowszechnianie ca³oœci wzglêdnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIÊDZYNARODOWEGO

IN¯YNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Procesy spajania 

ceramiki i kompozytów

1.18

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 9