Orientador: Cecilia A. Zavaglia, Maurizio Ferrante

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica

Resumo: Os objetivos deste trabalho envolvem o estudo de diversas condições de brasagem metal-cerâmica, utilizando o processo de metal ativo, caracterizar as junções obtidas através de ensaios de cisalhamento, fadiga térmica, estanqueldade sob vácuo e observações macro e microestruturais (MEV). A...

Resumo: Os objetivos deste trabalho envolvem o estudo de diversas condições de brasagem metal-cerâmica, utilizando o processo de metal ativo, caracterizar as junções obtidas através de ensaios de cisalhamento, fadiga térmica, estanqueldade sob vácuo e observações macro e microestruturais (MEV). A combinação de materiais metálicos e cerâmicos é muito utilizada na indústria moderna em aplicações estruturais e na indústria eletro-eletrônica. O interesse nestas combinações se dá porque as cerâmicas apresentam grande estabilidade química, refratariedade, resistência ao desgaste e às suas características elétricas e opto eletrônicas. Os metais são utilizados principalmente devido às suas características mecânicas. A grande dificuldade da união entre os metais e os materiais cerâmicos reside no fato que eles possuem propriedades físicas, químicas e mecânicas muito diferentes, mas utilizando-se ligas metálicas com coeficiente de expansão térmica controlado como metal base, juntamente com ligas metálicas com elementos muito reativos, como o Ti, torna-se possível a junção entre classes de materiais tão distintos. O titânio reage. com oxigênio do óxido metálico (AI203), promovendo o molhamento da cerâmica pelo metal, produzindo compostos complexos na intertace responsáveis pela ligação. Os corpos de prova toram compostos por 1 peças cerâmica de alta alumina (99%), Kovar A ou molibdênio ou cobre e pelo metal de adição Ag-Cu- Ti 68,8%-26,7%; 4,5%. As brasagens foram realizadas em torno à vácuo sob diferentes condições de temperatura (860°C, 870°C e 880°C), tempo (10, 20 e 30 minutos) e metal base, posteriormente submetidas a ensaios de cisalhamento, fadiga térmica em três condições e observações ao microscópio eletrônico de varredura. Os resultados dos ensaios de cisalhamento forneceram uma idéia da resistência das junções, apresentando valores comparáveis com a literatura. Os ensaios de fadiga térmica indicam que as junções Kovar-alumina e cobre-alumina suportam bem a solicitações cíclicas moderadas (400°C e resfriamento ao ar). As observações macro e micro estruturais apresentaram resultados esperados, compatíveis com a literatura, quanto a composição e morfologia das fases observadas nas junções. São apresentadas sugestões para novos trabalhos, como a utilização de ensaios de tlexão em 4 pontos para caracterização mecânica e um estudo na microestrutura das juntas submetidas após fadiga térmica

Abstract: The objectives of this work are the study of various metal-ceramic welding conditions, utilizing the active-metal process, characterization of the joints obtained by shearing tests, thermal fatigue, leakage under vacuum, macro and micro structural observations (MEV). The combination of...

Abstract: The objectives of this work are the study of various metal-ceramic welding conditions, utilizing the active-metal process, characterization of the joints obtained by shearing tests, thermal fatigue, leakage under vacuum, macro and micro structural observations (MEV). The combination of metallic and ceramic materiaIs is very utilized by modem industry in structural applications and by the electric/electronic industry. The interest in these combinations is due to the fact that ceramics present great chemical inertia, refraction, resistence to wear and also due to their electric and optoelectric characteristics. Metais are used mainly because of their mechanical characteristics. The difficulty encountered in the joining of these two materiais is their lack of compatibility caused by these different properties. But, by brazing metais with a controlled thermal expansion coefficient and with metallic alloys containing highly reactive elements, metal ceramic joining is possible. Titanium reacts with the oxygen of the metallic oxide (AI203), causing the wetting of the ceramic by the metal, producing complex compositions in the interface, responsible for the joining. The samples were composed of one high-alumina ceramic piece (99%), Kovar A or molybidenium or copper and t>y the additive metal Ag-Cu-Ti (68,8% - 26,7% - 4,5%). The brazings were made ina vacuum oven under varied conditions ánd later submitted to shearing tests, thermal fatigue under three different conditions and observations by the electronic scanning microscope. The results of the shearing tests gave an idea of the joints' resistence, presenting values comparable with the literature. The thermal fatigue tests indicate that the Kovar alumina and copper-alumina tolerate the moderate cyclical solicitations well (400Q C and cooling at room temperature). The macro and micro structural observations presented the expected results, compatible with the literature. As for the comparison and morphology of the phases observed in the joints, suggestions are presented for new works, such as the utilization of flextion tests in 4 points for mechanical characterization and a study of the microstructure of the joints after submission to thermal fatigue