Металлизация оксидной керамики с помощью интерметаллида Al₃Ti
Для металлизации опробован ZrO₂- и Al₂O₃-керамики интерметаллид Al₃Ti. Для ZrO₂-керамики получено покрытие с высокой адгезией к керамике, которое выдерживает нагревание на воздухе до 1000 ºС в течение 60 мин....
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України
2009
|
| Назва видання: | Адгезия расплавов и пайка материалов |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167461 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Металлизация оксидной керамики с помощью интерметаллида Al₃Ti / А.В. Дуров, В.Ю. Бойко // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2009. — Вып 42. — С. 90-94. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-167461 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1674612020-03-29T01:25:45Z Металлизация оксидной керамики с помощью интерметаллида Al₃Ti Дуров, А.В. Бойко, В.Ю. Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Для металлизации опробован ZrO₂- и Al₂O₃-керамики интерметаллид Al₃Ti. Для ZrO₂-керамики получено покрытие с высокой адгезией к керамике, которое выдерживает нагревание на воздухе до 1000 ºС в течение 60 мин. Для металізації випробуваний ZrO₂- та Al₂O₃-кераміки інтерметалід Al₃Ti. Для ZrO₂-кераміки отримане покриття з високою адгезією до кераміки, яке витримує нагрівання на повітрі до 1000 ºС на протязі 60 хв. The Al₃Ti was tested for ZrO₂- and Al₂O₃-ceramic metallization. For ZrO₂-ceramic coating with high adhesion to ceramic sustained air heating to 1000 ºC during 60 min. 2009 Article Металлизация оксидной керамики с помощью интерметаллида Al₃Ti / А.В. Дуров, В.Ю. Бойко // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2009. — Вып 42. — С. 90-94. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. 0136-1732 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167461 621.791.3 ru Адгезия расплавов и пайка материалов Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов |
| spellingShingle |
Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов Дуров, А.В. Бойко, В.Ю. Металлизация оксидной керамики с помощью интерметаллида Al₃Ti Адгезия расплавов и пайка материалов |
| description |
Для металлизации опробован ZrO₂- и Al₂O₃-керамики интерметаллид Al₃Ti. Для ZrO₂-керамики получено покрытие с высокой адгезией к керамике, которое выдерживает нагревание на воздухе до 1000 ºС в течение 60 мин. |
| format |
Article |
| author |
Дуров, А.В. Бойко, В.Ю. |
| author_facet |
Дуров, А.В. Бойко, В.Ю. |
| author_sort |
Дуров, А.В. |
| title |
Металлизация оксидной керамики с помощью интерметаллида Al₃Ti |
| title_short |
Металлизация оксидной керамики с помощью интерметаллида Al₃Ti |
| title_full |
Металлизация оксидной керамики с помощью интерметаллида Al₃Ti |
| title_fullStr |
Металлизация оксидной керамики с помощью интерметаллида Al₃Ti |
| title_full_unstemmed |
Металлизация оксидной керамики с помощью интерметаллида Al₃Ti |
| title_sort |
металлизация оксидной керамики с помощью интерметаллида al₃ti |
| publisher |
Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Пайка. Адгезионные покрытия. Адгезионные явления в технологических процессах получения материалов |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/167461 |
| citation_txt |
Металлизация оксидной керамики с помощью интерметаллида Al₃Ti / А.В. Дуров, В.Ю. Бойко // Адгезия расплавов и пайка материалов. — 2009. — Вып 42. — С. 90-94. — Бібліогр.: 23 назв. — рос. |
| series |
Адгезия расплавов и пайка материалов |
| work_keys_str_mv |
AT durovav metallizaciâoksidnojkeramikispomoŝʹûintermetallidaal3ti AT bojkovû metallizaciâoksidnojkeramikispomoŝʹûintermetallidaal3ti |
| first_indexed |
2025-07-15T00:33:34Z |
| last_indexed |
2025-07-15T00:33:34Z |
| _version_ |
1837670993810685952 |
| fulltext |
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42
90
УДК 621.791.3
А. В. Дуров, В. Ю. Бойко∗∗∗∗
МЕТАЛЛИЗАЦИЯ ОКСИДНОЙ КЕРАМИКИ С ПОМОЩЬЮ
ИНТЕРМЕТАЛЛИДА Al3Ti
Для металлизации опробован ZrO2- и Al2O3-керамики интерметаллид Al3Ti. Для ZrO2-
керамики получено покрытие с высокой адгезией к керамике, которое выдерживает
нагревание на воздухе до 1000 ºС в течение 60 мин.
Ключевые слова: смачивание, металлизация, жаростойкость.
При соединении (пайке, металлизации) керамических материалов —
прежде всего, оксидных — часто используется титан, вводимый в
припойные сплавы на основе олова, меди, серебра, никеля и др.
Адгезионные свойства металлических расплавов, содержащих титан,
исследованы во многих работах [1—10]. Разработаны припои и
технологии пайки, обеспечивающие достаточно высокие прочностные
характеристики паяных соединений.
Недостатком подобных технологий являются малая жаростойкость
припоев и металлизационных покрытий вследствие низкой температуры
плавления, а также окисления титана. Поскольку соединения керамики
используются в устройствах, работающих при высоких температурах
(детали турбин, двигателей внутреннего сгорания, электронно-лучевая
аппаратура, топливные ячейки и т. д.), необходима разработка высоко-
температурных припоев с повышенной жаростойкостью и технологий их
применения [11—20]. До сих пор главным образом исследовались
бескислородные виды керамических материалов [12—20].
Что касается оксидных материалов, то для их металлизации и пайки
могут быть использованы сплавы системы алюминий—титан с большим
содержанием алюминия. При окислении металлических материалов с
высоким содержанием алюминия на их поверхности формируется
оксидный слой, состоящий из Al2O3 [21], что обеспечивает повышенную
жаростойкость сплавов. В то же время алюминий и титан обладают
высоким сродством к кислороду, что должно обеспечить хорошее
смачивание оксидных материалов этими сплавами.
На рис. 1 представлена фазовая диаграмма алюминий―титан [22].
На диаграмме видно, что в системе алюминий―титан существует интер-
металлид Al3Ti, который является подходящим вариантом использования
в качестве металлизационного состава, поскольку его температура плавле-
ния составляет 1377 ºС, что обеспечивает высокую температуру плавления
материала, а содержание алюминия достаточно высокое, чтобы получить
высокую устойчивость к окислению. При большем содержании алюминия
∗ А. В. Дуров ― кандидат химических наук, научный сотрудник, Институт проблем
материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, г. Киев; В. Ю. Бойко ―
студентка Национального технического университета Украины “Киевский политехни-
ческий институт”.
© А. В. Дуров, В. Ю. Бойко, 2009
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42
91
Рис. 1. Фазовая диаграмма алюминий—титан
Fig. 1. Aluminium—titanium phase diagram
слишком велико расстояние между солидусом и ликвидусом, жидкая фаза
будет появляться при температуре плавления алюминия. Интерметаллид
Al 3Ti также обладает достаточно высокими механическими свойствами, в
том числе высокотемпературными, к примеру прочность составляет 700―
900 МПа [23]. В данной работе интерметаллическое соединение Al3Ti
опробовано для металлизации оксидной керамики на основе Al2O3 и ZrO2.
В работе использованы монокристаллы и керамика из ZrO2,
стабилизированного 3% Y2O3, Al2O3-керамика и сапфир. Поверхность
керамических и монокристаллических образцов была отполирована по
четырнадцатому классу. Для приготовления металлизационного состава
использовали алюминий и титан высокой чистоты, порошок гидрида
титана технической чистоты.
Сначала были проведены опыты по смачиванию монокристаллических
ZrO2 и Al2O3 расплавом Al3Ti. Опыты осуществляли в вакууме 5⋅10-5 Па.
Расплав готовили непосредственно в процессе эксперимента: были
приготовлены навески алюминия и титана из расчета Al—25Ti, на
поверхности монокристалла располагали титановую навеску, на нее
укладывали навеску алюминия, при температуре около 800 ºС алюминий и
титан вступали в реакцию с образованием Al3Ti. Равновесный краевой
угол смачивания после плавления Al3Ti и достижения температуры
1400 ºС устанавливался на протяжении нескольких секунд. Для ZrO2
краевой угол смачивания составил 35º, для Al2O3 — 47º, однако капля не
держалась на поверхности керамики.
T
, K
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42
92
Металлизацию проводили методом капиллярной пропитки: на
поверхность керамики наносили слой порошка гидрида титана в виде
суспензии в органическом растворителе, образец отжигали в вакууме при
750 ºС, при этом гидрид титана разлагался с выделением водорода и
образованием очень чистого титанового порошка. Потом на покрытую
титановым порошком поверхность укладывали навеску алюминия и
нагревали в вакууме. Алюминий при плавлении пропитывает титан,
взаимодействует с ним и формируется рыхлый пористый слой Al3Ti. При
дальнейшем нагреве до 1377 ºС Al3Ti плавится и покрывает поверхность
керамики ровным слоем. Толщина покрытия составила 0,5―0,7 мм. Были
металлизированы образцы Al2O3- и ZrO2-керамики. Для Al2O3 прочность
сцепления покрытия с керамикой была очень низкой, металлизационный
слой отслаивался самопроизвольно, но для ZrO2-керамики было получено
равномерное покрытие с высокой адгезией к поверхности оксидного
материала. Фотография образца представлена на рис. 2.
Была оценена жаростойкость металлизированных образцов. Для этого
образцы отжигали на воздухе при 970 ºС в течение 60 мин. Метал-
лизированная поверхность приобрела белый цвет, однако толщина
оксидной пленки составила не более 5 мкм. Отслоения металлизационного
слоя от поверхности керамики не произошло. Также следует отметить, что
ZrO2-керамика, которая после металлизации в вакууме приобрела черный
цвет вследствие потери кислорода, после отжига на воздухе снова
приобрела белый цвет.
Был изготовлен шлиф металлизированного образца, микроструктура
переходной зоны Al3Ti―ZrO2 которого представлена на рис. 3. На шлифе
не заметно формирования переходного слоя на границе оксид―металл и
отсутствуют следы окисления металлизационного покрытия. Также было
изготовлено паяное соединение ZrO2-керамики с использованием в
качестве припоя Al3Ti. Прочность соединения на сдвиг составила около
80 МПа, разрушение происходило полностью по керамике.
Рис. 2. Образец ZrO2-керамики, метал-
лизированный Al3Ti
Fig 2. Al3Ti metallized ZrO2-ceramic
sample
Рис. 3. Микроструктура (× 1000)
переходной зоны Al3Ti―ZrO2-
керамика для образца, отожженного
на воздухе
Fig. 3. Microstructure (× 1000) of
Al 3Ti―ZrO2-ceramic transition zone for
sample annealed in air
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42
93
Таким образом, применение Al3Ti в качестве состава для металлизации
оксидной керамики позволяет получить металлизированные образцы с
повышенной жаростойкостью. Это открывает возможность получения
жаростойких паяных соединений керамики с металлом, если в качестве
металлической части соединения будет использован жаростойкий металл.
РЕЗЮМЕ. Для металізації випробуваний ZrO2- та Al2O3-кераміки
інтерметалід Al3Ti. Для ZrO2-кераміки отримане покриття з високою
адгезією до кераміки, яке витримує нагрівання на повітрі до 1000 ºС на
протязі 60 хв.
Ключові слова: змочування, металізація, жаростійкість.
1. Найдич Ю. В. Контактные явления в металлических расплавах. —
К.: Наук. думка, 1972. — 196 с.
2. Семенченко В. К. Поверхностные явления в металлах и сплавах. —
М.: Гостехиздат, 1957. — 491 с.
3. Найдич Ю. В., Чувашов Ю. Н., Журавлев В. С. Адгезионная активность
титана, ванадия, хрома, марганца в сплавах с галлием // Журн. физ.
химии. — 1979. — № 9. — С. 2342—2344.
7. Nikolas M. Physical aspect of liquid metal—ceramic interaction //
Ingenierus Blad. — 1974. — 43, No. 5. — P. 139—143.
8. Rhee S. K. Wetting ceramic by liquid metals // J. Amer. Ceram. Soc. —
1971. — 54, No. 7. — P. 332—334.
9. Коганицкая Е. В. Спаи керамики с активными металлами //
Электроника. — 1959. — № 4. — С. 86—93.
10. Harding F. L., Rossington D. R. Wetting of ceramic oxides by molten
metals under ultrahigh vacuum // J. Amer. Ceram. Soc. — 1970. — 53,
No. 2. — P. 87—90.
11. Zyang Yong, Feng Di, He Zhi-yong, Chen Xi-chun. Progress in joining
ceramics to metals // J. of Iron and Steel Research, Internat. — 2006. —
13(2). — P. 01—05.
12. Junqin Li, Ping Xiao. Joining ceramic to metal using a powder metallurgy
method for high temperature applications // J. Mater. Sci. — 2001. — 36,
No. 6. — Р. 1383—1387.
13. Hua-Ping Xiong, Wei Dong, Bo Chena et al. Wettability of Ni—V, Co—V,
and Ni—Cr—V system brazing alloys on Si3N4 ceramic and interfacial
reactions // Mater. Sci. and Eng.: A. — 2008. — 474, Issues 1—2. —
Р. 376—381.
14. McDermid J. R., Pugh M. D., Drew R. A. L. The interaction of reaction-
bonded silicon carbide and INCONEL 600 with a nickel—based brazing
alloy // Metallurgical Transactions A. — 1989. — 20A. — P. 1803—1810.
15. Koltsov A., Hodaj F., Eustathopoulos N. Brazing of AlN to SiC by a Pr
silicide: Physicochemical aspects // Mater. Sci. and Eng.: A. — 2008. —
495, Issues 1—2. — P. 259—264.
16. Hua-Ping Xiong, Wei Mao, Yong-Hui Xie et al. Brazing of SiC to a wrought
nickel—based superalloy using CoFeNi(Si, B)CrTi filler metal // Mater.
Lett. — 2007. — 61. — P. 4662—4665.
ISSN 0136-1732. Адгезия расплавов и пайка материалов, 2009. Вып. 42
94
17. Blugan Gurdial, Kuebler Jakob, Bissig Vinzenz, Janczak-Rusch Jolanta.
Brazing of silicon nitride ceramic composite to steel using SiC-particle-
reinforced active brazing alloy // Ceram. Internat. — 2007. — 33. —
P. 1033—1039.
18. Scott Weil K., Joseph P. Rice. Substrate effects on the high-temperature
oxidation behavior of a gold-based braze filler metal // Scripta Mater. —
2005. — 52. — P. 1081—1085.
19. Hua-Ping Xiong, Bo Chen, Yan-Sheng Kang et al. Wettability of Co—V,
and PdNi—Cr—V system alloys on SiC ceramic and interfacial reactions //
Ibid. — 2007. — 56. — Р. 173—176.
20. Hua-Ping Xiong, Wei Dong, Bo Chen et al. Wettability of Ni—V, Co—V,
and Ni—–Cr—V system brazing alloys on Si3N4 ceramic and interfacial
reactions // Mater. Science and Engineering A. — 2008. — 474. —
Р. 376—381.
21. Алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов: (Справ.) /
Под ред. И. В. Горынина.— М.: Металлургия, 1978. — 274 с.
22. http://www.factsage.cn/fact/documentation/SGTE/Al-Ti.jpg
23. Ciach R. Advanced light alloys and composites // Proc. of the NATO
Advanced Study Institute on Advanced Light Metals and Composites,
Zakopane, Poland, September 5—15, 1997. — 1998. — 532 p.
Поступила 22.11.09
Durov O. V., Boyko V. Y.
Oxide ceramic by Al3Ti intermetallide metallization
The Al3Ti was tested for ZrO2- and Al2O3-ceramic metallization. For ZrO2-
ceramic coating with high adhesion to ceramic sustained air heating to 1000 ºC
during 60 min.
Keywords: wetting, metallization, heat-resistance.
|