MAMET Lab 3.doc

1. CEL ĆWICZENIA

              Poznanie właściwości ceramiki, zapoznanie się metodami łączenia ceramiki z metalami, oraz poznanie zastosowania takich połączeń.

2. PRZEBIEG ĆWICZENIA

              Poznajemy właściwości ceramiki.

              Ceramiką są: tlenki, azotki, węgliki, borki. Najbardziej popularne to: Al2O3, ZrO2, Y2O3, Si C, W2C, B4C, Al N, Si Al O N, B N,Si3N4.

              Ceramika jest materiałem o wielu zaletach, takich jak:

·         Struktura krystaliczna (jak w metalach)

·         Nie przewodzi prądu (metale są dobrymi przewodnikami)

·         Al2O3 – to najlepszy izolator

·         Posiada niski współczynnik przewodności cieplnej (metale mają wysoki)

·         Izoluje ciepło (metale nie)

·         Ma niską rozszerzalność cieplną

·         Ma niską gęstość (metale mają wysoką)

·         Posiada znakomitą odporność na korozję (niektóre metale szybko korodują)

·         Jest żaroodporna

·         Jest żarowytrzymała

·         Ma niski współczynnik tarcia

·         Ma dużą twardość i związaną z nią odporność na ścieranie

Dodatkowym  atutem jest stosunkowo niska cena ceramiki

Wadą między innymi jest jej kruchość, ale także trudność w procesie jej kształtowania oraz łączenia się ceramiki z innymi materiałami.

              Przygotowanie kształtki ceramicznej

Suszenie T=200°C

Formowanie wtryskowe

Proszek ceramiczny

Wypalanie na biskwit

Prasowanie

Dodatki ułatwiające spiekanie

Mieszanie mielenie

Suszenie na powietrzu

Odlewanie do form

Obróbka kształtowania

Inhibitory rozrostu ziarna

Suszenie

Wytłaczanie

Spiekanie

Dodatki

Obróbka wykańczająca powierzchni

     Przebieg procesu wytwarzania kształtki ceramicznej.

              Łączenia metaliczno – ceramiczne.

              Sposoby łączenia ceramiki z metalami:

·         Lutowanie lutami miękkimi

·         Lutowanie lutami twardymi metodą metalizacji proszkowej

·         Lutowanie lutami twardymi aktywnymi

·         Spajanie szkliwami

·         Spajanie bezpośrednie

·         Równoczesne spiekanie warstw metalicznej i ceramicznej

·         Zgrzewanie dyfuzyjne

·         Napylanie warstw

·         Spajanie w zewnętrznym polu elektrycznym

Lut

Ceramika

Ceramika

Zgrzew dyfuzyjny

Ceramika

Ceramika

Metal

Metal

      Przykłady sposobów spajania ceramiki z metalami.            

              Lutowanie jest procesem spajania tworzyw metalowych, a także ceramiki za pomocą dodatkowego roztopionego metalu lub stopu, zwanego lutem. Temperatura topnienia lutu jest niższa nią temperatura topnienia elementów łączonych. Połączenie jest uzyskane dzięki dyfuzji ciekłego lutu w elementy łączone i odwrotnie.

              Problem jaki może wystąpić podczas lutowania to jest brak zwilżania. Ciekły lut nie rozkłada się na powierzchni tylko zbija w kulkę.

Ag Cu 20 In 5 Ti 3

Ag Cu 28

Zwilżanie

Brak zwilżania

Obudowa tyrystora mocy.

Lut

Lut

Tyrystor mocy składa się z trzech elementów: łącze ostrzowe, ceramika, łącze cylindryczne. Poszczególne elementy wkłada się do specjalnej formy. Pomiędzy elementy metalowe i ceramikę włożony jest lut w kształcie pierścieni. Po złożeniu elementów forma jest zamykana i dociskana. Następnie złożona forma jest włożona do pieca i nagrzewana do odpowiedniej temperatury w określonym czasie. Następnie całość jest chłodzona, forma rozbierana i otrzymujemy gotowy tyrystor.

Metal

Ceramika

Metal

              Pod mikroskopem metalograficznym obserwujemy dwie próbki.

                     Próbka 1

Próbka przedstawia złącze tytanu z ceramiką zgrzewane dyfuzyjnie. Widać wyraźnie zachodzącą dyfuzję w miejscu łączenia materiałów.

Próbka przedstawia metal z ceramiką Si C łączoną metodą lutowania wielozłożeniowego. W miejscu łączenia widać warstwę lutu.

                      X 400

                    Próbka 2

                     X 250

3. WNIOSKI

              Na laboratorium poznaliśmy sposoby łączenia metali z ceramiką, która jest materiałem trudnym do połączenia. Poznaliśmy różnorodność technik jakie można stosować w zależności od potrzeb. Dzięki obserwacji wybranych materiałów pod mikroskopem, można zauważyć jak wyglądają połączenia metalu z ceramiką. Jak różni się struktura połączenia zgrzewanego, a łączonego za pomocą lutu.