Desarrollo microestructural durante la unión de alúmina a niobio (Al2O3/Nb) por difusión en fase líquida

Abstract

The metal-ceramic joining has been considerate as the key point that allows increasing the commercial use of ceramic, due to the fact that in the majority of the applications it is necessary to use these materials in combination with metals. This assessment focuses in the research of distinct aspects during the synthesis and joining of alumina (or aluminum oxide) and niobium, using an alloy of Cu-Zn (Copper and Zinc) as an element of joint, using the liquid phase process or „Brazing‟. It all began with the necessary characterizations of the materials used to obtain composition data, purity, bumpy textures and morphology. In the first stage of the research, a sintering of alumina powders was used to produce 7mm diameter and 2mm thick tablets. The tablets were synthesized at 1550°C for two hours. Double sandwich joints Al2O3/Cu-Zn/Nb/Cu-Zn/Al2O3 were made up in a tubular oven using a controlled atmosphere of Ar (Argon). Joint fittings were treated does treated in this case mean mechanically shortened varying the temperature to 920°C, 950°C and 980°C as well as different „Brazing‟ joint times. The sintering results showed a high densification tablets, higher than 96%. On the info:eu-repo/semantics/other hand, the results show that it is possible to make alumina and niobium joints in the different time-temperature conditions previously used. However, Joint fittings produced at 920°C show few interactions between the metal and the ceramic associated to the development of the solid-phase process, that is why the joint turns out to be weak. In the fitting obtained at 950°C, there is a separation in its interface; nevertheless, the fitting remains jointed. The joints made at 980°C presented an adequate joint between the materials. This joint is produced by the formation of a diffusion zone and the interaction between the components, being characterized by its homogeneity and lack of porosity or residual cracks in the joint area.

Las uniones metal/cerámico se han considerado como el punto clave que nos permita ampliar el uso comercial de los cerámicos, ya que en la mayor parte de las aplicaciones es necesario usar estos materiales en combinación con metales. El presente trabajo se enfoca en el estudio de distintos aspectos durante la sinterización y unión de alúmina a niobio empleando una aleación de Cu-Zn como elemento de unión empleando el proceso en fase líquida o “Brazing”. Se comenzó con caracterizaciones necesarias de los materiales empleados para obtener datos de composiciones, pureza, rugosidades y morfología. En la primera etapa de la investigación, se realizó la sinterización de polvos de alúmina para producir pastillas de 7 mm de diámetro y 2 mm de espesor. Las pastillas se sinterizarón a 1550°C por 2 horas. Se prepararon uniones tipo doble “sándwich” Al2O3/Cu-Zn/Nb/Cu-Zn/Al2O3 en un horno tubular usando una de atmósfera controlada de Ar. Los ensambles de unión fueron tratados variando la temperatura de 920°C, 950°C y 980°C y diferentes tiempos de unión. Los resultados de la sinterización mostraron unas pastillas con alta densificación, mayor al 96%. Por otro lado, los resultados muestran que es posible producir uniones de alúmina a niobio a los distintos parámetros de temperatura y tiempo empleados. Sin embargo, los ensambles producidos a temperatura de 920°C muestran poca interacción entre el metal y el cerámico asociado al desarrollo del proceso en fase sólida, por lo que la unión resulta débil. En los ensambles obtenidos a 950°C se muestra separación en su interfase, sin embargo, el ensamble permanece unido. Las uniones realizadas a 980°C presentaron una buena unión entre los materiales que se produce por la formación de una zona de difusión e interacción entre los componentes, caracterizándose por su homogeneidad y ausencia de porosidades o grietas residuales en la zona de unión. Así mismo en las uniones realizadas a 980°C es posible observar, mediante la técnica de caracterización usada, la difusión del Niobio a través de la interfase, precipitando en formas circulares en la línea de unión con la alúmina.