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工业陶瓷的技术关键(图)

编辑:科众工业陶瓷厂 日期:20-08-07 阅读:30次

随着科学技术的发展,陶瓷的组成、性能、制造工艺和应用领域已发生了根本性的变化,因此工程陶瓷必须采取连接技术来制造复杂的陶瓷件以及陶瓷和金属的复合件。这就涉及到陶瓷与陶瓷以及陶瓷与金属的焊接问题,接下来 ...

随着科学技术的发展,陶瓷的组成、性能、制造工艺和应用领域已发生了根本性的变化,因此工程陶瓷必须采取连接技术来制造复杂的陶瓷件以及陶瓷和金属的复合件。这就涉及到陶瓷与陶瓷以及陶瓷与金属的焊接问题,接下来科众陶瓷为大家介绍一下工业陶瓷的技术关键。


工业陶瓷

工业陶瓷


不论陶瓷与金属焊接,还是用金属填充材料焊接陶瓷与陶瓷时都存在陶瓷/金属界面的结合问题。由于陶瓷与金属在电子结队晶体结构、力学性能、热物理性能以及化学性能等方面存在着明显的差别,因此要实现陶瓷/金属界面的冶金结合是非常困难的;用常规的焊接材料和工艺几乎无法获得可靠的连接,尤其是熔化焊。因为一些工业陶瓷(如SiC、Si3N4、BN)在熔化前就升华或分解,另一些陶瓷(如MgO)熔化时迅速蒸发,其他能熔化的陶瓷,也很难与金属熔合在一起形成组织和性能满意的接头。到目前只有个别用熔化焊方法焊接氧化物陶瓷的报道,如用电子束将Mo、Nb、W或可伐合金丝熔合到Al2O3绝缘体上以及用激光焊接Al2O3等。现有的较成功的焊接方法都是在陶瓷不熔化的条件下进行的,如研究得最多的钎焊与扩散焊。用这些方法焊接陶瓷时的关键问题为:


(1)工业陶瓷界面反应问题无论是扩散焊还是钎焊,陶瓷/金属界面的结合机制都属于化学结合。陶瓷钎焊时钎料熔化后能否与陶瓷润湿也取决于界面反应;


工业陶瓷没有界面反应就不能润湿,不能结合。因此,钎焊时陶瓷/金属的界面反应不仅是产生化学结合的必要条件,而且也是润湿陶瓷的先决条件。例如用常规的Ag-Cu钎料钎焊Si3N4时,既不润湿又不结合;


工业陶瓷用含有活性元素Ti的Ag-Cu-Ti钎料钎焊时,润湿和结合都很好。根据热力学条件,工业陶瓷活性元素的选择原则是以其与陶瓷之间反应的自由能变化ΔG0为准则。在扩散焊时为获得好的界面结合,金属也必须对陶瓷具有活性,例如Si3N4与Al的焊接;若金属的活性很差时,须采用加活性中间层的办法。


(2)工业陶瓷界面两侧的热-力学的匹配问题由于陶瓷和金属之间的热膨胀系数相差很大,因此由焊接温度冷却下来后会产生很大的热应力,降低了接头的断裂强度。甚至开裂。目前主要的解决办法是在陶瓷和金属之间加中间层。作为中间层的金属有两类:①热膨胀系数小的金属;②屈服点σs和弹性模量E低的软金属。但通常二者是相互矛盾的。软金属(如Cu)的热膨胀系数都很大,而膨胀系数小的金属(如W、Mo)的σs、E均较大。通过有限元计算和拉伸试验的结果,说明用软金属Cu作中间层比用低热膨胀系的W、Mo作中间层的降低热应力效果好,而且所得接头的抗拉强度高。如同时采用这两类材料的复合中间层则效果更好。


工业氧化锆陶瓷工业氧化铝陶瓷的优异性能,也被广泛运用于工业中的工业陶瓷棒工业陶瓷板工业陶瓷块工业陶瓷管工业陶瓷泵工业陶瓷刀工业陶瓷轴等这些工业陶瓷零件


工业陶瓷在焊接件的可靠性评定也是一个很重要的问题因为工业陶瓷是脆性材料,因此一旦含有焊接微裂纹或内应力水平过高时,使用过程中发生脆性断裂将是非常危险的。焊接陶瓷为避免热应力,焊前必须预热。采用钨丝小电炉加热,钨丝直径0.7mm,A12O3炉管,用Mo片作隔热反射屏。最大加热电压55~65V,电流17~20A,预热温度700~1800℃。将预热电阻炉放入电子束焊机真空室的支架上。将清洗干净的焊件,夹在无级调速的可移动和旋转的载物台上,并置于电阻炉的炉膛内。当真空度<0.013Pa,预热温度>1500℃时,使焊件自动地平稳旋转,工业陶瓷开始焊接。高压22kV,先用小电流1~2A的电子束散焦打在金属件上,否则易引起焊接陶瓷件微裂。约经过4~5min,然后电子束更散焦,使其部分打在工业陶瓷上,再逐渐增大电子束电流6~10A。此时,电子束功率密度为6.6~11×105W/cm2.温度约2000℃,能使焊接陶瓷与金属局部熔融,形成金属陶瓷结合层,在5~8s之内,焊接即告结束,并缓慢地将束电流降至零位。冷却时,电阻炉亦要缓慢降温,以免瓷件开裂。陶瓷与陶瓷,也可用上述类似的工艺进行焊接。


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