Zircônia tetragonal estabilizada com ítria foi mecanicamente metalizada com titânio e a condição de molhamento avaliada com as ligas convencionais Ag-28Cu e Au-18Ni. Estas dissolveram o revestimento de titânio para uma completa distribuição deste metal ativo na superfície cerâmica, gerando uma liga ativa in situ e possibilitando adequadas ligações químicas ao metal base na temperatura de união. Os melhores resultados de molhamento foram selecionados para brasagem indireta em forno de alto-vácuo nas juntas ZrO2/Ti-6Al-4V. Testes de detecção de vazamento de gás hélio foram realizados na interface de união das juntas; amostras removidas na seção transversal de juntas estanques foram examinadas por técnicas de análise microestrutural. Formou-se uma camada escura adjacente à cerâmica metalizada, responsável pelo molhamento ocasionado pela liga Ag-28Cu. Entretanto, o uso da liga Au-18Ni resultou em precipitação de intermetálicos e microtrincamento interfacial. Perfis de microdureza através da interface resultante até onde a zircônia mostrou típico escurecimento não indicaram alternância significativa entre medições consecutivas; os resultados dos ensaios de resistência mecânica à flexão-3p foram considerados satisfatórios.

Yttria tetragonal zirconia polycrystal was mechanically metallized with titanium and the wetting behavior on the ceramic surface was analyzed using the conventional fillers Ag-28Cu and Au-18Ni. These alloys had dissolved the active metal coating, which acts to zirconia reduction on its surface and promoting suitable chemical bonding to the metallic member. Better wetting results were selected for indirect brazing in a high-vacuum furnace for ZrO2/Ti-6Al-4V simple butt joints. Helium gas leak detection was made at the joints interface; samples were removed from the tight joints cross-section and examined by microstructural analysis techniques and EDX analysis. There was formation of a dark reaction layer close to the metalized ceramic surface, which was responsible for its good wetting behavior using the filler Ag-28Cu. However, the Au-18Ni filler alloy caused an excessive presence of intermetallics and interfacial microcracking. Microhardness profiles were made across the joints interface to where zirconia undergone typical darkening and there was no significant variation between consecutive measurements; performance of brazed joints was considered satisfactory by three-point flexure testing.

A brasagem direta é uma técnica bem conhecida para união de cerâmicas entre si bem como aos metais, segundo a qual as ligas de adição requeridas são consideradas uma relativa desvantagem devido ao aumento nos custos do processo. Neste trabalho, a brasagem indireta da zircônia à zircônia mecanicamente metalizada com Ti foi alcançada com sucesso, usando-se ligas de adição convencionais. A metalização mecânica especialmente aplicada aos óxidos cerâmicos é uma técnica bem sucedida que foi patenteada pelo Forschungszentrum Juelich, Alemanha, e tem sido tema de pesquisas nos últimos 10 anos. Esta metalização particular é feita à temperatura ambiente com baixo custo de produção, sendo ambientalmente segura. Zircônia parcialmente estabilizada com ítria (Y-PSZ) foi mecanicamente metalizada com Ti e as condições de molhamento foram avaliadas usando as ligas de adição Ag-28Cu e Au-18Ni. Estas ligas de adição convencionais dissolvem parte do revestimento de titânio, tornando-se ligas ativas na temperatura de brasagem para reagir com o óxido de zircônio e acentuar o molhamento na superfície cerâmica. Os melhores resultados foram selecionados para os testes de brasagem em forno de alto-vácuo (< 3×10-5 mbar). A detecção de vazamento de gás hélio foi efetuada na interface cerâmica/cerâmica à temperatura ambiente; amostras de juntas estanques confiáveis foram examinadas por análise microestrutural e pela técnica linescan através de análise por difração de raios X na seção transversal das mesmas. Perfis de microdureza foram feitos através da interface da junta onde zircônia passou por efeito de escurecimento durante o processo de brasagem. Juntas brasadas de boa qualidade foram produzidas quando apenas uma das superfícies cerâmicas em contato foi previamente metalizada, devido à difusão de titânio desta superfície para a outra face cerâmica não-metalizada.

Direct brazing is a well-known technique for joining ceramics either themselves or to metals, whereby the required costly active filler alloys are considered a handicap of this process. In this work the indirect brazing of zirconia to zirconia mechanically metallized with Ti was successfully achieved using conventional filler alloys. The mechanical metallization specially applied to oxide ceramics is a successfully technique that was patented by Forschungszentrum Juelich, Germany, and it has been the subject of applied researches in the last 10 years. This particular metallization is made at room temperature with low cost production and is environmentally safe. Partially stabilized zirconia with yttria was mechanically metallized with Ti and wetting conditions were evaluated using Ag-28Cu and Au-18Ni fillers. These conventional fillers dissolve part of the Ti-coating becoming on-site at brazing temperature an active filler alloy which reacts with the zirconium oxide to improve wetting on the ceramic surface. Better results were selected for brazing tests in a high-vacuum furnace (< 3×10-5 mbar). Helium gas leak detection was made at the ceramic/ceramic interface at room temperature; samples from reliable vacuum tight joints were examined by microestructural analysis and linescan technique by energy dispersive X-ray analysis in its cross-section. Microhardness profiles were made across the joint interface where zirconia undergone darkening after brazing process. Sound brazed joints were produced even when just one ceramic surface of the joint assemble was previously metallized, due to titanium diffusion from the metallized ceramic surface to the other ceramic side at the joint assemble.

O interesse no estudo de métodos de junção-cerâmica para aplicações industriais tem crescido gradativamente ao longo dos anos. A evolução dos processos de união tem permitido a utilização de cerâmicas em conjunto com metais na fabricação de diversos componentes híbridos incluindo lâmpadas tradicionais, juntas para vácuo, ferramentas de corte de alto desempenho e modernos dispositivos eletrônicos de medição e monitoramento. Novos métodos de união e aprimoramentos de métodos convencionais têm sido estudados com o intuito de produzir-se juntas com alta confiabilidade e interfaces capazes de suportar altas temperaturas de trabalho com o mínimo de tensões residuais. O presente trabalho apresenta um panorama dos recentes avanços em técnicas alternativas de união, incluindo união por laser e junção direta com fases líquidas transientes. Além disso, apresenta-se uma discussão sobre novas tendências em brasagem de cerâmicas metalizadas e seleção de ligas de adição, já que este processo continua sendo amplamente utilizado por seu baixo custo de fabricação de grandes lotes de peças. Por fim, métodos de análise de resistência mecânica e tensões residuais são apresentados juntamente com alternativas para melhoria de confiabilidade de juntas por meio da redução de tensões.

Metal-ceramic joining has slowly but steadily become an important manufacturing step. The evolution of joining processes has allowed ceramics to be used in combination with metals in a number of hybrid devices from traditional light bulbs and seals to improved cutting tools and modern monitoring and measuring electronic devices. New joining methods and newer approaches to conventional methods have been developed aiming at joints characterized by improved reliability, and interfaces capable of withstanding high-temperature resistance with minimum residual stresses. A summary of recent improvements on alternative approaches to ceramic-metal joining as well as new developments on brazing are presented herein. The present review also focuses on recent advances towards brazing metallized ceramics and the selection of filler alloys, since in a scenario that includes joining by laser and direct bonding with liquid transient phases, brazing continues to be by far the most widely used approach to joining as a result of its low-cost and possibility to join intricate geometries for large-scale production. Finally, methods to evaluate the mechanical strength and residual thermal stresses are presented in addition to alternative approaches to minimize residual stresses and, consequently, improve joint reliability.