تم استخدام ربط المواد في التصنيع منذ بداية البشرية وأصبح أحد التقنيات الرئيسية في العديد من الصناعات التحويلية. تعد القدرة على اختيار عملية الربط المناسبة في كل خطوة أمرًا بالغ الأهمية في إنتاج أجهزة موثوقة للغاية ، والبدائل متنوعة على الرغم من أن جميعها لها مزايا ومحددات. يعتمد الاختيار على اقتصاديات الإنتاج بالإضافة إلى الخصائص الميكانيكية المطلوبة في التجميع النهائي. تتجاوز هذه الخصائص القوة فقط ، وتغطي مشكلات مثل التخميد الاهتزازي والمتانة ، ومقاومة البلى أو التآكل ، فضلاً عن القدرة على تصحيح التجميع النهائي.



حتى تشكيل المفصل الناجح لا يضمن السلامة الميكانيكية للمفصل. تجعل الاختلافات الكامنة في الخواص الفيزيائية بين السيراميك والمعدن من الصعب جدًا العثور على عملية فعالة للانضمام تحافظ على القوة والمرونة التفصيلية والشاملة. هناك عاملان أساسيان يسببان مشكلة موثوقية المفصل مثل عدم تطابق معامل التمدد الحراري (CTE) والاختلاف في طبيعة رابط السطح البيني. يتم تحفيز الضغوط الحرارية المتبقية في المفصل أثناء التبريد بسبب عدم تطابق CTE والاستجابات الميكانيكية المختلفة للسيراميك والمعدن. هذا قد يؤدي إلى تأثير ضار على قوة المفصل. توجد العديد من المشاكل بين السيراميك والمواد المعدنية ، مثل الرابطة الذرية. التكوين ، والخصائص الكيميائية والفيزيائية ، وما إلى ذلك. هذه المشاكل تجعل من الصعب ربط السيراميك بالمعادن. المشاكل الرئيسية التالية مثل الروابط الأيونية والروابط التساهمية هي تكوينات الروابط الذرية المميزة لمواد السيراميك. الإلكترونات المحيطية مستقرة للغاية. يكاد يكون من المستحيل استخدام طريقة اللحام العامة للحام الانصهار لربط السيراميك بالمعادن ، ولا يبلل المعدن المنصهر بشكل عام على أسطح السيراميك. عندما يكون هناك انتقال جماعي عبر الواجهة ، يتم تكوين الترابط عن طريق الانتشار أو التفاعلات الكيميائية.
تؤدي التفاعلات الكيميائية في الواجهة إلى تكوين طبقات تفاعل بينية بخصائص تختلف عن كل من السيراميك والمعدن. يمكن أن يكون لذلك تأثيرات إيجابية على جودة الوصلات من خلال زيادة قابلية الترطيب الأولي للمعدن على أسطح السيراميك ؛ ومع ذلك ، فإن طبقات التفاعل السميكة تزيد من ضغوط عدم التوافق الحجمي والضغوط الحرارية المتبقية التي تضر بقوة المفصل كما هو موضح في الشكل.


يُظهر السيراميك سلوك تمدد حراري مختلف تمامًا مقارنة بالمعادن ؛ وبالتالي ، يمكن أن يتراكم قدر كبير من الإجهاد المتبقي أثناء التبريد. يفرض عدم تطابق التمدد الحراري هذا بشكل أو بآخر استخدام مادة حشو مطيلة. لذلك فإن معظم أنظمة اللحام بالنحاس التجارية هي من الفضة والنحاس. قد لا تكون الطبقة البينية اللينة كافية لتعويض الاختلافات الكبيرة في معاملات التمدد الحراري. في مثل هذه الحالات ، يتم استخدام الطبقات البينية المصفحة التي توفر معامل تمدد حراري متدرج مستمر.
اللحام المعدن – سيراميك : اللحام البرونز هو عملية ربط المواد متشابهة أو غير متشابهة باستخدام معدن حشو. يتم تسخين معدن الحشو قليلاً فوق نقطة الانصهار الخاصة به بحيث يتدفق ، ولكن تظل درجة الحرارة أقل من نقطة انصهار المفاصل المعدنية السيراميكية. المواد المستخدمة كمواد مالئة للنحاس هي تلك التي تذوب فوق 450 درجة مئوية. يتم استخدام التدفق أو الغلاف الجوي الخامل للحفاظ على سطحين قد انضموا إلى مادة مختلطة من الأكسدة أثناء عملية التسخين. تتدفق مادة الحشو فوق المعدن الأساسي والسيراميك ، ثم يتم تبريد المجموعة بأكملها لربط القطع معًا. يشكل اللحام مفاصل قوية ودائمة للغاية. يعتبر اللحام بالنحاس من العمليات التجارية الراسخة للمفاصل المعدنية الخزفية أيضًا ، حيث يتم استخدامه على نطاق واسع في الصناعة ، في أجزاء مختلفة ، لأنه يمكن ربط كل مادة معدنية وسيراميك تقريبًا بهذا. ينتج عن العمل الشعري ظاهرة حيث يتسبب التوتر السطحي في سحب معدن حشو بالنحاس المنصهر إلى المنطقة التي تغطي الأسطح المتوازية التي سيتم لحامها بالنحاس. الشعيرية هي نتيجة التوتر السطحي بين المعادن الأساسية (المعادن) أو المعدن الحشو أو التدفق أو الغلاف الجوي وزاوية التلامس بين المعدن الأساسي ومعدن الحشو. الترطيب هو قدرة معدن الحشو المنصهر على الالتصاق بسطح المعدن في الحالة الصلبة ، وعند تبريده إلى ما دون درجة حرارة صلبه ، على تكوين رابطة قوية مع هذا المعدن. عملية الترطيب ، تكون قوة الالتصاق بين المادة الصلبة والسائلة أكبر من قوة تماسك السائل. من الناحية العملية ، فيما يتعلق بالنحاس ، فإن الترطيب يعني أن معدن حشو السائل ينتشر على المعدن الأساسي الصلب بدلاً من التكتل على سطحه.