Soldadura y Procesos Aliados para Cerramiento de Cerámica.
Entre los diferentes procesos de soldadura y aliados utilizados para unir cerámica se incluyen los siguientes: 1. Soldadura por fusión 2. Soldadura por fricción y unión ultrasónica 3. Unión por difusión 4. Unión por difusión a través de la capa intermedia 5. Unión isostática 6. Unión por esmalte 7. Metalización y soldadura fuerte 7. Adhesivo Vinculación
1. Soldadura por fusión:
El uso exitoso de la soldadura por haz de electrones para formar parejas de Al 2 O 3 -Ta, ZrO 2 -Mo, ZrO 2 -Nb con una fuerza de unión sustancial se ha reportado desde la década de 1960. Sin embargo, la aplicabilidad de los métodos de soldadura por fusión a sistemas de metal-cerámica es muy limitada. Es imperativo hacer coincidir la temperatura de fusión y las características de contracción térmica de las piezas que se están uniendo.
2. Soldadura por Fricción y Enlace Ultrasónico:
Los resultados prometedores en la soldadura por fricción de aluminio de alúmina, aluminio a zirconia y aluminio a nitruro de silicio han sido reportados en la Queens University of Belfast. Estas tres cerámicas también pueden soldarse a otros metales, pero a veces requiere el uso de una capa intermedia.
La unión ultrasónica del aluminio a varios metales se puede lograr en las condiciones atmosféricas normales, mientras que la unión del titanio a la cerámica mediante el mismo proceso requiere el uso de vacío.
3. Enlace de difusión:
En este método, los componentes que se unen se presionan juntos y se someten a una temperatura alta durante un cierto período de tiempo. La presión utilizada debe ser lo suficientemente alta para que se produzca la difusión en las superficies de contacto, pero no debe causar una deformación masiva en los componentes que se unen.
La temperatura empleada está en el rango de 0, 65 a 0, 98 Tm, donde Tm es el punto de fusión del metal en grados absolutos. Las reacciones físicas y químicas complejas tienen lugar en la interfaz para efectuar una articulación. Mediante este proceso se puede unir con éxito una amplia gama de metales a la cerámica y los vidrios a la vitrocerámica, siempre que las características de contracción térmica de las piezas que se unen coincidan.
4. Enlace de difusión a través de la capa intermedia:
En este método de unir cerámica a metales, se introduce una capa intermedia de metal dúctil entre las caras que se unirán, por lo que no es necesaria la aplicación de alta presión. Esta capa intermedia ayuda a distribuir las tensiones en la interfaz evitando la concentración de tensiones, así como acomoda parte de la expansión diferencial y la contracción de los dos componentes durante el calentamiento. Si la temperatura de la capa intermedia no es muy alta, entonces es posible unir los componentes sin tener efectos perjudiciales sobre las propiedades mecánicas de la pieza de trabajo, incluso si es de una aleación tratable térmicamente.
El acero inoxidable se puede unir a la alúmina utilizando aluminio como capa dúctil. El oro se ha utilizado como capa intermedia para unir varias cerámicas de óxido y vidrios a aleaciones ferrosas. El cobre se puede soldar a la alúmina colocándolos en una atmósfera ligeramente oxidante a una temperatura de 1060-1080 ° C. Esto da como resultado la formación de un líquido eutéctico en la superficie del cobre que resulta en un enlace químico entre el cobre y la alúmina. En un campo de energía nuclear, los anillos aislantes de alúmina y los electrodos de aleación de titanio se unen entre sí proporcionando capas intermedias de aluminio de 0, 1 mm de espesor.
5. Enlace isostático:
Este proceso se utiliza para fabricar piezas relativamente complejas al unir componentes simples como se muestra en la Fig. 22.38.
El polvo de cerámica se presiona en formas simples:
(a) Uso de la presión uniaxial o presión isostática. Luego se ensamblan los componentes de forma simple.
(b) Formar una forma más compleja. Las piezas ensambladas se revisten luego.
(c) Con una capa delgada de un material elastomérico impermeable, flexible. El recubrimiento ayuda a sellar el conjunto contra el fluido a alta presión durante la operación posterior de la unión isostática, y
(d) Que une los dos componentes.
El conjunto adherido se sinteriza luego para lograr la resistencia total que es comparable a la resistencia del material original. Con este método se pueden fabricar piezas de cerámica como alúmina, circonia y nitruro de silicio. Los enlaces producidos por este método muestran una homogeneidad completa como si el componente hubiera sido producido por una sola operación sin unión.
6. Enlace de esmalte:
Este método se usa con mayor frecuencia en el ensamblaje de piezas complejas grandes y la unión de componentes cerámicos diferentes. Las superficies a unir son rectificadas y luego recubiertas con un deslizamiento de esmalte adecuado. Luego, las superficies se colocan en contacto y se fijan para fusionar el esmalte y unir las piezas.
La mayoría de las cerámicas de óxido se pueden unir con vidrios de silicato o esmaltes y las uniones también se pueden hacer con vidrios a base de borato y fosfato. Las cerámicas sin óxido son más difíciles de unir por este proceso, ya que tienden a reaccionar con los esmaltes liberando burbujas de gas que debilitan la unión. Los esmaltes especiales están disponibles para unirse a algunas de las combinaciones de cerámica y metal.
7. Metalización y soldadura fuerte:
Por lo general, este método se emplea para unir cerámica a metales. La soldadura fuerte requiere que la aleación de soldadura fuerte humedezca las superficies a unir. La mayoría de las superficies metálicas se pueden humedecer con aleaciones de soldadura fuerte, pero las cerámicas no. Por lo tanto, al componente cerámico se le da primero una capa de aleación compatible mediante el proceso de metalización.
Luego se continúa con la soldadura fuerte utilizando las aleaciones convencionales. Otra alternativa es utilizar soldaduras de metal activas. La selección depende de las reacciones químicas que ocurren en la interfaz metal-cerámica para promover la humectabilidad. El éxito se ha logrado mediante el uso de soldaduras a base de plata y cobre eutécticas con adiciones de titanio o circonio. Una aleación de soldadura fuerte típica puede contener 68.8% Ag + 26.7% Cu + 4.5% Ti en peso.
8. Unión adhesiva:
Las juntas libres de tensión pueden producirse mediante pegado y cementación cuando las altas temperaturas y la estanqueidad al vacío no están involucradas. Las resinas y colas de curado en frío se adhieren bien a la cerámica. El rendimiento de la junta depende de la temperatura de servicio, así como de la duración y la tasa de tensión.
Los adhesivos de epóxido, fenólicos, acrílicos y poliuretano se pueden usar para aplicaciones que involucran temperaturas de hasta 200 ° C. Para aplicaciones a altas temperaturas por encima de 200 ° C, se utilizan poliamidas u otros polímeros térmicamente estables.
Los cementos inorgánicos, por ejemplo el cemento portland, a veces se usan para unir cerámica a metales. Los aisladores de porcelana de alto voltaje se hacen a menudo uniendo secciones individuales con cemento.
