1980年代是一个繁荣工程陶瓷的时候了。新兴材料,如氮化硅亚博网站下载和SiAlONs被视为事物的形状来在几个行业,大规模取代金属组件。了十多年,密集的努力进入这些新材料。亚博网站下载一个目标是产生一个陶瓷汽车引擎。然而,这样一个所有陶瓷未来永远不会成为现实,现实没有匹配的期望。今天,陶瓷的一个重要组成部分和其他材料一起玩。亚博网站下载他们可以添加特定功能或为一个组件提供额外的好处,如表面耐磨,超强材料在切削工具、耐蚀性和高温保护。亚博网站下载陶瓷不被用于隔离,加入是一个越来越重要的技术集成的材料。亚博网站下载 加入陶瓷尽管明显的重要性,加入在设计过程中往往被忽视。很多工程师陶瓷合并到一个组件仿佛高性能金属,给服务条件或加入操作小想法。这可能会导致两种结果,要么失败,它的设计者认为陶瓷是不合适的,应该使用金属,或者可能需要一个昂贵的设计如果必须使用陶瓷。 加入考虑有许多重要的问题要考虑与加入如材料选择、最佳实践和联合设计,但是这篇文章集中于加入技术和陶瓷,特别是一些新颖的方法生产陶瓷/陶瓷和陶瓷/金属债券。亚博网站下载 陶瓷连接技术陶瓷今天加入技术(其中一些已经开发专门为这类材料)的范围从简单的机械附件压缩等适合用于火花塞,图1 a,通过液相过程粘合剂和钎焊等。亚博网站下载航天飞机的热保护系统使用粘合剂、陶瓷涡轮增压器转子使用钎焊,图1 b。有问题与这些过程包括处理注意事项(如组件尺寸和加入大气)、时间限制和成本,这就是为什么新的陶瓷加入本文中描述的技术正在开发中。
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图1所示。(一)火花塞生产使用压缩配件和(b)涡轮增压器转子总成由氮化硅 |
超声波加入超声波加入,这是广泛使用在塑料行业,已被用于陶瓷/金属组合如铝/铝、铝/不锈钢、氧化锆/钢铁和玻璃陶瓷(cordierite-based) /铜。典型应用包括电池,线程指南,纺织切割设备、重型电气保险丝。app亚博体育流程的优势很快加入倍(小于1秒),表面处理的事实并不重要(与几乎所有其他陶瓷加入流程)和融化的缺乏和金属间化合物的形成。然而,加入硬金属,如钢铁、柔软、可变形的夹层是必要的。超声波加入陶瓷的一个限制是,只有电影或金属薄片可以加入陶瓷。 这个过程加入需要超声波换能器装配操作在大约20千赫(超声波)的源耦合sonotrode。sonotrode提示放在接触,通常在一个夹紧1-10Nmm负载2工件,图2。是本地化的界面所产生的热,创建一个温度高达600°C当使用铝夹层。
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图2。超声波焊接。 |
结合机制依赖于金属的振动剪切应力超过其弹性极限,再加上表面氧化膜的破裂暴露自动清洁的金属。夹紧力施加在金属塑性变形,这就增加了金属和陶瓷之间的界面接触。机械键控然后发生在界面和联合成立,也许还有一些化学相互作用。 应用程序在未来,超声波加入可以应用于气密容器密封(灯),加入金属薄膜在光学组件和陶瓷的身体。 瞬时液相焊另一个技术,瞬间液相连接(TLPB),有能力产生一个债券在较低的温度下,它将最终使用。这项技术目前正在使用“夹层”改编的陶瓷要么基于眼镜(如氮氧化物加入SiAION)或纯金属或合金(如通用电气和比格斯加入碳化硅和SiC /碳化硅复合材料)。 结合SiAlON系统如图3所示。氮化硅、氧化钇、二氧化硅和氧化铝表面喷涂应用的一个关节。样品被加热到1600°C,一堆2极小值2应用。联合形成发生在这个温度在10 - 80分钟。在1400°C,氧化组件形成Y-Si-Al-O液相反应。这导致致密化烧结。氮化硅溶解成液体,促进Si和N内容和改变Y-Si-Al-O-N的成分。同时,(ß-SiAlON谷物生长和形成一个联锁网络联合,形成一个原位强化阶段。第二个过程胶混合物的扩散到周围附着材料。在这个扩散区陶瓷的组成和性质逐渐改变。
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图3。瞬态液相结合的过程。 |
TLPB方法的缺点是有利的反应之间的夹层和基质是必需的。对于硅氮化物,玻璃层间必须重新分配本身和穿透的微观结构。 渗透过程高强度、高温材料操作超过1000°C,如应用、结构应用需要热交换亚博网站下载器、燃气轮机等组件。这是因为传统的不锈钢和高温合金已达到他们的操作限制。行业因此希望发展一个强有力的加入过程适合SiC单一和复合材料。亚博网站下载聚合物反应,渗透到散装材料提供了一个潜在的解决方案。 在这些所谓的渗透过程中,聚合物的混合物前体(碳源)、铝、硼和硅应用于关节表面(磁带,粘贴或浆),然后加热,一般到1200°C,在惰性气氛和/或空气使用丙烷火炬或炉。的共同形式通过热解聚合物前体物质,后来与硅反应的铝和硼烧结艾滋病形成原位,高密度原文如此。优势的范围从约95极小值2air-joined样本到40极小值2在氩气氛样本。联合可以使用一个简单的气体生产火炬可能产生重大影响的修理或现场生产陶瓷/陶瓷关节。到目前为止,各种等级的SiC、SiC / SiC和C /碳化硅复合材料已经加入了使用这种技术。 微波加入一起加入陶瓷的微波提供另一种技术。微波能量已经被应用于干燥/解雇耐火材料和白色器皿。现在被认为是作为能源等加入陶瓷氧化铝、氧化锆、莫来石、氮化硅和碳化硅。陶瓷的微波的直接耦合导致体积加热,所以有潜力巨大大部分均匀加热。控制最大电场和磁场的位置还允许精确、选择性加热。 传统的扩散连接技术使用辐射加热方法和时间达到温度和时间在焊接温度可以只要8小时。这是特别的材料,如铝,扩散保税的温度接近1600°C。亚博网站下载使用微波热源,结合时间可以减少一个数量级。 高纯度氧化铝很难热量,由于低固有的介电性能使加入困难。不纯,85%氧化铝另一方面是容易加入。夹层的使用,包括密封的眼镜和氧化铝凝胶都是追究生产高纯氧化铝关节。氧化铝凝胶提供了优势,在加入温度、凝胶转换成胶体α随后氧化铝的烧结提供一个均匀界面。85%氧化铝显示债券之间的关节力量相当于母质。联合形成研究和一些可能的机制已确定,根据材料。不洁净的氧化铝、玻璃晶界相软化和协助在焊接过程中,而对于氧化锆,一个固态的过程已被确认。 钎焊工作双胞胎是主要关注的更传统的方式加入陶瓷、钎焊、扩散焊、眼镜和粘合剂。然而,发展计划也在研究铜焊合金的修改添加陶瓷强化。这个钢筋提供了一个加入介质与热膨胀系数(CTE)之间的陶瓷和金属,也给出了提高接头强度由于引入的第二阶段即原位金属基复合材料。加入的裁缝CTE的能力中是更大的利益。额外的联合力量是一个奖金,这引发了设计钎的可能性,以适应热应力,否则建立在加入过程中。 溶胶-凝胶法对于低温应用程序,基于小说有机粘合剂钢筋与纳米级陶瓷颗粒被捏造的双胞胎使用溶胶-凝胶化学液相的过程。yabo214这种技术可以让亲密的混合陶瓷和有机组分的分子规模,生产高纯度的材料和同质性高的水平。亚博网站下载溶胶-凝胶法处理提供一个加入培养基,是艰辛而又灵活,可以设计成疏水性和自我修复。申请这些强劲,改性胶粘剂可能在光学,生物医学国防工业。 总结在陶瓷领域的加入过程作为一个整体,从派生技术已经进化的金属和塑料加入到离散的方法技术。然而,这些现有技术的改进和修改还需要让他们更容易适应。在协会,选择适当的材料和联合设计开发加入时至关重要的技术。 越来越多的陶瓷的发展加入设计演习开始新组件的造型设计和几何图形。造型是将陶瓷引入新的应用程序非常重要,因为它可以减少昂贵的试验和错误故障的数量在材料选择、联合设计和选择适当的加入程序和过程的循环。 造型面临的困难在造型方法是缺乏可再生的材料属性数据等陶瓷和加入媒体钎,焊料粘合剂等。如果错误数据,不正确的联合设计生产和将给可怜的支持决策过程。因此,大量的工作集中在适当的数据代入模型的发展。在那之前,使用陶瓷造型的共同发展将继续支持一系列的实际试验。 |