Bonding technology and bonding mechanism of metal to ceramic including brazing, diffusion bonding, friction welding and etc were reviewed in this study. Various factors should be considered from a bonding design step to acquire a good bonding joint because of a large difference between metal and ceramic in crystal lattice, coefficient of thermal expansion and various properties. In addition, metal and ceramic bonding technologies are constantly being developed according to precise components, multi-function and application to harsh environment. However, improvement of bonding properties and bonding reliability also should be accompanied. Bonding of ceramics, such as $ZrO_2$, $Ti_3AlC_2$ and SiC, to metals like Ti-alloy, TiAl and steel were described in this paper.
Kim, Myung Dong;Wahid, Muhamad FR;Raju, Kati;Kim, Seyoung;Yu, Ji Haeng;Park, Chun Dong;Yoon, Dang-Hyok
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.55
no.5
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pp.492-497
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2018
This paper reports the efficacy of tape casting using an Ag-10 wt% CuO filler for the successful joining of a sintered $Ce_{0.9}Gd_{0.1}O_{2-{\delta}}-La_{0.7}Sr_{0.3}MnO_{3{\pm}{\delta}}$ (GDC-LSM) ceramic with a SUS 460 FC metal alloy by reactive air brazing. The as-prepared green tape was highly flexible without drying cracks, and the handling was easy when used as a filler material for reactive air brazing. Heat treatment for the GDC-LSM/SUS 460 FC joint was performed at $1050^{\circ}C$ for 30 min in air. Microstructural observations indicated a reliable and compact joining. The room temperature mechanical shear strength of the as-brazed joints was $60{\pm}8MPa$ with a cohesive failure. The flexural strength of joints was measured from room temperature up to $850^{\circ}C$, where the strength retention revealed to be almost 100% at $500^{\circ}C$. However, the joints showed a degradation in strengths at 800 and $850^{\circ}C$, exhibiting strength retentions of 57% and 37%, respectively.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.7
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pp.112-117
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2003
The brazing of copper alloys and duplex stainless steels is an indispensable manufacturing technology for thrust chambers with regenerative cooling. For setting up the optimized brazing conditions, C18200 copper alloy plate with machined cooling channels and S31803 stainless steel plate are brazed with AMS4764 filler metals of which thickness is 50${\mu}m$ and 80${\mu}m$ They are tested by X-ray radiography, strength/leakage and fracture tests, and fracture surface inspection. The results obtained by the suggested conditions are that the specimen brazed with filler metal thickness of 50${\mu}m$ has good strength properties and brazed zone. However, the specimen with filler metal thickness of 80${\mu}m$ has the brazed zone with cooling channel obstruction and enlargement.
Various interlayer materials have been tested for active metal(Cusil ABA) brazing of Si3N4/S. S316 joint. In general multilayer joint had higher strength(80-150 MPa) and better reliability than monolayered one. The joint with Cu(0.2)/Mo(0.3)/Cu(0.2mm) interlayer showed the highest bending strength of abou 490 MPa and the joint with Cu(0.2)/Mo(0.3mm) interlayer the best reliability (14.6 Weibull modulus). The stresses distributed in joint materials during 4-point bending test were estimated by CAE von Mises analysis; the estimated stresses were In good agreement with the measured data. In multilayer joint Cu was though to reduce the residual stresses induced by the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic Mo and metal It apperared that a Cu/Mo was optimum interlayer material for Si3N4/S. S316 joint with high bending strength (420 MPa) and reliability. In addition the various shapes and types of compound were examined by EPMA in joining interface.
Lee, Jung Gu;Lee, Jong Keuk;Lee, Min Ku;Rhee, Chang Kyu
Journal of the Korean Society for Heat Treatment
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v.20
no.1
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pp.17-21
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2007
In this study, brazing characteristics of the dissimilar Ti and Cu metals using a Zr-base amorphous filler ($Zr_{41.2}Ti_{13.8}Cu_{12.5}Ni_{10.0}Be_{22.5}$ in at.%) have been investigated for various bonding temperatures. In the sample brazed at $790^{\circ}C$ for 10 min., the Ti-rich phases in the joint were observed, while the Cu-rich phases were obtained in the sample brazed at $825^{\circ}C$ for 10 min.. Such a different microstructure and composition in the joints could be explained by the degree of the dissolution reaction. At $790^{\circ}C$, the reaction between the Zr-rich liquid phase and the Ti base metal was actively occurred to form Ti-rich liquid phase in the joint. As the temperature increased to $825^{\circ}C$, however, the reaction between the Ti-rich liquid phase and the Cu base metal was promoted to form the Cu-rich liquid phase in the joint finally. Such a different interface reaction is attributed to the reactivity or solubility between the Zr as a main element in the filler and the Ti and Cu as a base metal element.
Joining of AIN ceramics to W and Cu by active-metal brazing method was tried with use of (Ag-Cu)-Ti alloy as insert-metal. Joints were produced under various conditions of temperature, holding time and Ti-content in (Ag-Cu) alloy Reaction and microstructural development in bonded interface were investigated through observation and analysis by SEM/EDS, EPMA and XRD. Joint strengths were measured by shear test. Bonded interface consists of two layers: an insert-metal layer of eutectic Ag- and Cu-rich phases and a reaction layer of TiN. Thickness of reaction layer increases with bonding temperature, holding time and Ti-content of insert-metal. It was confirmed that the growth of reaction layer is a diffusion-controlled process. Activation energy for this process was 260 KJ/mol which is lower than that for N diffusion in TiN. Maximum shear strength of 108 MPa and 72 MPa were obtained for AIN/W and AIN/Cu joints, respectively. Relationship between processing variables, joint strength and thickness of reaction layer was also explained.
Kim, Min-Su;Kim, Hae-Yeon;Yoo, Se-Hoon;Kim, Jong-Hoon;Kim, Jun-Ki
Journal of Welding and Joining
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v.29
no.4
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pp.54-60
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2011
Adhesive bonding is one of the most promising joining methods which may substitute for conventional metallurgical joining processes, such as welding, brazing and soldering. Curing behavior and mechanical properties of adhesive joint are largely dependent on the curing agent including hardener and catalyst. In this study, effects of curing system on the curing behavior and single-lap shear strength of epoxy adhesive joint are investigated. Dihydrazide, anhydride and dicyandiamide(DICY) were chosen as hardener and imidazole and triphenylphosphine(TPP) were chosen as catalyst. In curing behavior, TPP showed the delay of the curing rate for DICY and ADH at $160^{\circ}C$, compared to imidazole catalyst due to the high curing onset/peak temperature. DICY seemed to be most beneficial in the joint strength for both steel and Al adherends, although the type of adherends affected the shear strength of epoxy adhesive joint.
Joining ${Al}_{2}{O}_{3}$ and STS 304 stainless steel by active metal brazing method with using CuI Owt % Ti and Cu -7 .5wt % Zr insert metal, their interfaces were analyzed and strength of the joint brazed with Cu-7.5wt % Zr insert metal also investigated with shear strength testing method. In brazing with Cu-lOwt% Ti insert metal, the single reaction layer was formed by the reaction with Ti and ${Al}_{2}{O}_{3}$ at the interface between ${Al}_{2}{O}_{3}$ and insert metal, but the double reaction layer was found in brazing with Cu-7.5wt % Zr insert metal because of the difference of their wettability on the surface of ${Al}_{2}{O}_{3}$. Fracture shear strength about 86MPa was obtained from ${Al}_{2}{O}_{3}$/Cu-7.5wt% Zr/STS 304 stainless steel joint and reasonable strength of the joints is attributed to the formation of double reaction layer at the interface.
Purpose: In this study, brazing characteristics of $ZrO_2$ and Ti-6Al-4V brazed joints with increasing temperature were investigated. Materials and methods: The sample size of the $ZrO_2$ was $3mm{\times}3mm{\times}3mm$ (thickness), and Ti-6Al-4V was $10mm(diameter){\times}5mm(thickness)$. The filler metal consisted of Ag-Cu-Sn-Ti was prepared in powder form. The brazing sample was heated in a vacuum furnace under $5{\times}10^{-6}$ torr atmosphere, while the brazing temperature was changed from 700 to $800^{\circ}C$ for 30 min. Results: The experimental results shows that brazed joint of $ZrO_2$ and Ti-6Al-4V occurred at $700-800^{\circ}C$. Brazed joint consisted of Ag-rich matrix and Cu-rich phase. A Cu-Ti intermetallic compounds and a Ti-Sn-Cu-Ag alloy were produced along the Ti-6Al-4V bonded interface. Thickness of the reacted layer along the Ti-6Al-4V bonded interface was increased with brazing temperature. Defect ratios of $ZrO_2$ and Ti-6Al-4V bonded interfaces decreased with brazing temperature. Conclusion: Thickness and defect ratio of brazed joints were decreased with increasing temperature. Zirconia was not wetting with filler metal, because the reaction between $ZrO_2$ and Ti did not occur enough.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.25
no.2
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pp.9-17
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2018
Aluminum (Al) and its alloys have been used widely in a variety of industries such as structural, electronic, aerospace, and particularly automotive industries due to their lightweight characteristic, outstanding ductility, formability, high oxidation and corrosion resistance, and high thermal and electrical conductivity. Al have different kinds of alloys according to the various additional elements system and they should be selected properly depending on their effectiveness and suitability for their particular purpose. The major elements for Al alloys are silicon (Si), magnesium (Mg), manganese (Mn), copper (Cu), and zinc (Zn). In order for Al alloys to use for each industry, it is necessary to study of Al to Al joining and/or the Al to dissimilar materials joining to combine the individual parts into one. Many studies on joining technologies about Al to Al and Al to dissimilar materials have been performed such as press joining, bolted joint, welding, soldering, riveting, adhesive bonding, and brazing. This study reviews a variety of Al alloys and their joining method including its principles and properties with recent trends.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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