Spajanje topljenjem kompozita na bazi polimera se ostvaruje mehanizmom difuzije i entanglement

ZAVARIVANJE KOMPOZITNIH I KERAMI^KIH MATERIJALA

Kompozitni materijali predstavljaju kombinaciju dva ili vi{e materijala sa razli~itim fizi~ko-mehani~kim svojstvima u mikro i/ili makroskopskoj razmeri. Ovako dobijeni materijali pokazuju najbolja svojstva svojih komponenata, a ponekad i svojstva koje komponente ne poseduju.

Kompozitni materijali mogu se svrstati u tri kategorije: ~esticama oja~ani, vlaknasto oja~ani i laminatni kompozitni materijali (sl.13.1). Primer za ~esticama oja~ani kompozitni materijal je beton, to je me{avina cementa i {ljunka-peska; stakloplastika je primer za vlaknasto oja~ane kompozitne materijale, sa~injena od staklenih vlakana koja su uba~ena u polimere; primer laminata su {per plo~e koje se sastoje od unakrsno lepljenih furnira drveta.

^esticama oja~ani kompozitni materijal.

^esticama oja~ani kompozitni materijali sastoje se od ve}e koli~ine ~estica koje su razli~itog geometrijskog oblika, ali su pribli`no istih dimenzija u svim pravcima. Veli~ina ~estica ima uticaj na svojstva kompozitnih materijala. Za uspe{no oja~avanje ~estice bi trebalo da budu malih dimenzija, manje od 1 (m u pre~niku i ravnomerno raspore|enih unutar matrice. Sadr`aj ~estica - koncentracija tako|e ima uticaja na svojstva, normalno je izme|u 30% do 40% zapreminskog u~e{}a.

Vlaknasto oja~ani kompozitni materijali

Vlaknasto oja~ani kompozitni materijali dobijeni su sjedinjavanjem ~vrstih, krutih i krtih vlakana (prekidna i disperzna faza) sa mekom i plasti~nom matricom (neprekikna faza). Matrica slu`i da prenosi silu sa vlakna na vlakno, da obezbe|uje plasti~nost i `ilavost i sposobnost oblikovanja, dok vlakna prenose optere}enje. Oja~avaju}a vlakna u kompozitu mogu biti razli~ito raspore|ena i orijentisana (slika 13.3).

Slika 13.3. Razli~iti oblici vlaknasto oja~anih kompozita: (a) neprekidna jednosmerno orijentisana vlakna, (b) proizvoljno orijentisana isprekidana vlakna, (c) upravno orijentisana neprekidna vlakna, (d) mnogostruko isprevijana proizvoljno orijentisana vlakna Staklena vlakna. Staklena vlakna se izra|uju izvla~enjem rastopljenog stakla kroz male otvore u alatima od platine, i to od dve vrste stakla: (1) E-staklo (2) S-staklo. E-staklo ima relativno dobru zateznu ~vrsto}u i modul elasti~nosti, najvi{e se koriste za izradu dugih - neprekidnih vlakana. S-staklo ima ve}u vrednost specifi~ne ~vrsto}e i krutosti od E-stakla, ali je znatno skuplje.

Ugljena vlakna. Ugljena vlakna izra|uju se procesom hemijskog razlaganja na povi{enim temperaturama dugih vlakana poliakrilnitrida (PAN). Ugljena vlakna sadr`e oko 93-95%C, dok grafitna vlakna sadr`e 99%C. Ugljena vlakna imaju malu gustinu i visoke vrednosti specifi~ne ~vrsto}e i krutosti. U odnosu na staklena vlakna znatno su skuplja.

Aramidna vlakna (KEVLAR). Aramidna vlakna su aromati~ni poliamidni polimeri oja~ani benzolovim prstenom. Zbog svoje male gustine ova vlakna imaju najve}u specifi~nu ~vrsto}u i krutost u odnosu na druga vlakna (sl.13.7). Pod optere}enjem ona se pre kidanja prvo plasti~no deformi{u. Otporna su na zamor. Svojstva aramidnih vlakana sa porastom temperature preko 100(C jako se smanjuju.

Borna vlakna. Borna vlakna sastoje se od bora koji se nanosi (postupkom naparavanja) na vlakna volframa, pre~nika 0.01mm. Obzirom da je osnova ovih vlakana volfram, ona imaju veliku gustinu, ali visoke vrednosti zatezne i pritisne ~vrsto}e, modula elasti~nosti i otporna su na visoke temperature.@ice kao vlakna relativno velikog pre~nika, tako|e se koriste za oja~avanje kompozita. @ica kao oja~avaju}i materijal koristi se kod radijalnih automobilskih guma. Materijali koji se koriste za `ice su: ~elik visoke ~vrsto}e, molibden i volfram. Tabela 13.2. Fizi~ko-mehani~ka svojstva oja~avaju}ih vlakana

MaterijalGustina

g/cm3Zatezna

~vrsto}aN/mm2Modul

elasti~nostiN/mm2x103Specifi~na

~vrsto}a

mx104Specifi~na

krutost

mx106Ta~ka

topljenja(C

E-staklo2.55344772.313.72.89( 1725

S-staklo2.50448186.818.23.54(1725

SiO22.19586072.327.23.351728

Al2O33.952068379.25.39.782015

Ugljenik, HS(1.903000241.316.012.93700

Ugljenik,HM((1.902000344.710.718.43700

BN1.90138089.67.34.82730

Bor2.363448379.214.816.32030

B4C2.362275482.69.820.82450

SiC4.092068482.65.112.02700

TiB24.48103510.20.2311.62980

W19.44000406.82.12.13410

Polietilen0.972585117.227.112.3147

Najlon1.148282.757.40.24249

Kevlar1.444480124.119.88.7500

(Vlakna visoke ~vrsto}e

(( Vlakna visokog modula

Matrica kod vlaknasto oja~anih kompozitnih materijala ima nekoliko funkcija. Prvo, povezuje vlakna me|usobno i deluje kao posrednik koji spoljna optere}enja prenosi i raspore|uje na vlakna; samo vrlo mali deo optere}enja prima matrica. Druga funkcija matrice je da {titi vlakna od mehani~kih o{te}enja ili hemijskih uticaja sredine. Kona~no matrica slu`i i da razdvoji vlakna i posredstvom njene relativne meko}e i plasti~nosti spre~i {irenje krtog loma od vlakna do vlakna {to bi dovelo kona~no do loma; drugim re~ima matrica slu`i kao barijera {irenju prslina.

Kao materijal matrice koriste se metalni i polimerni materijali, jer poseduju potrebnu plasti~nost. Metali koji se naj~e{}e koriste kao matrica su: aluminijum, aluminijum - litijum, magnezijum i titan. Nematlne matrice obi~no su: epoksidi, poliestri, polietarsulfan, poliamidi i sililkon. Najvi{e ~ak i do 80% od svih polimera se koriste epoksidne smole, zatim poliester koji je znatno jeftiniji od epoksidnih smola. ZAVARIVANJE KOMPOZITA Spajanje topljenjem kompozita na bazi polimera se ostvaruje mehanizmom difuzije i umre`avanja i predstavlja kriti~nu operaciju u izradu konstrukcija od kompozita.

Kompoziti na bazi polimera se dele (kao i polimeri) na termostabilne i termoreaktivne. Termoreaktivni kompoziti ne mogu da se zavaruju zbog popre~nih veza polimernih lanaca, koje ne mogu da se ponovo uspostave posle kidanja na povi{enoj temperaturi, ve} mogu da se spajaju samo mehani~ki ili lepljenjem. Termoplasti~ni kompoziti mogu da spajaju zavarivanjem, jer su kod njih polimerni lanci povezani slabim sekundarnim vezama, posle ~ijeg kidanja lanci mogu da se slobodno kre}u, tj. ostvare vezu difuzijom.

Termoplasti~ni kompoziti se dalje dele na amorfne i polukristalne. Kod amorfnih termoplasti~nih kompozita lanci su raspore|eni slu~ajno, dok se kod polukristalnih termoplasti~nih kompozita, osim slu~ajno raspore|enih lanaca, nalaze i pravilno raspore|eni lanci, sli~no kristalima kod metala. Za amorfne termoplasti~ne kompozite kriti~na temperatura za zavarivanje je temperatura prelaza u staklasto stanje. Za polukristalne termoplasti~ne kompozite kriti~na temperatura za zavarivanje je temperatura topljenja.

Ve}ina postupaka koji su pogodni za spajanje termoplastike tako|e su pogodni za spajanje termopalsti~nih kompozita. Ovi postupci mogu da se podele u dve grupe:

prva grupa koristi spoljni izvor toplote kao {to je vru} vazduh, vru}a plo~a, indukcioni ili elektrootporni greja~i, infracrveni zraci ili laser.

druga grupa koja koristi unutra{nji izvor toplote kao {to je dielektri~no ili mikrotalasno zagrevanje, zagrevanje trenjem, vibraciono zavarivanje i ultrazvu~no zavarivanje.

Zavarivanje termoplasti~nih kompozita topljenjem se odvija u pet faza:

1. Priprema (~i{}enje) povr{ine

2. Zagrevanje i topljenje termoplasti~ne matrice na povr{inama spajanja

3. Delovanje sile pritiska da bi se obezbedilo te~enja i kva{enje

4. Intermolekularna difuzija i umre`avanje polimernih lanaca

5. Hla|enje i ponovno o~vr{}avanje termoplasta.

Priprema povr{ine je bitna kod zaprljanih povr{ina, a izvodi se mehani~ki ili hemijski. Prljav{tina, ulje i masno}e mogu da se uklone standarnim metodama ~i{}enja, a problem predstavljaju eventualni ostaci kalupa na povr{ini kompozita. Ovaj problem treba re{avati preventivno, odnosno koristiti kalupe koji ne ostavljaju tragove na povr{ini kompozitnog proizvoda.

Zagrevanje mo`e da se ostvari na vi{e na~ina, a najpovoljnije su metode koje zagrevaju i tope samo povr{inu u okolini spoja. Oja~anje kompozita mo`e bitno da uti~e na njegovo zagrevanje. Kod vlaknasto-oja~anih kompozita provo|enje toplote je anizotropno, kao {to je pokazano na sl. 1.19-4 u slu~aju kompozita oja~anog grafitnim vlaknima u jednom pravcu, koja dobro provode toplotu. Takva oja~anja tako|e br`e odvode toplote od polimerne matrice. Ako ova pojava predstavlja problem, povr{ine za spajanje treba pripremiti tako da uticaj vlakna bude {to manji.

Ako se pri zagrevanju ne bi primenio dodatni pritisak, termoplasti~ni kompozit bi se dekonsolidovao, uz formiranje velikih {upljina, kao posledica elasti~ne energije u vlaknima koja se osloba|a pri zagrevanju i hla|enju matrice.

Delovanjem pritiska na povr{ine spajanja ostaruje se kontakt, neophodan za intermolekularnu difuziju. Mehanizam spajanja je veoma komplikovan i osim intermolekuralne difuzije uklju~uje jo{ i te~enje polimerne matrice. Imaju}i u vidu ~injenicu da vlakna zna~ajno pove}avaju viskozitet polimerne matrice, i sa te ta~ke gledi{ta povr{ine spajanja treba da bude sa {to manje vlakana. Intermolekularna difuzija obezbe|uje ~vrsto}u spoja, zajedno sa umre`avanjem polimernih lanaca.

Zavarivanje zagrejanom plo~om. Ovaj potupak zavarivanja se zasniva na zagrevanju pripremljenih povr{ina pomo}u plo~e koja se nalazi izme|u njih, sve dok se ne dostigne potrebna temperatura, posle ~ega se plo~a sklanja, a delovi spajaju dodatnim protiskom, sl. 1.19-5. Povr{ine plo~a se ~esto premazuju tankim slojem teflona da se ne bi zalepile za porv{ine kompozita. Ovaj postupak je naro~ito pogodan za masovnu proizvodnju malih delova jednostavnog oblika. Po{to pri delovanju pritiska nema zagrevanja, ovaj postupak nije pogodan za kompozite sa velikim udelom vlakana, koja bi u takvim uslovima brzo ohladila povr{ine i uslovila njihovo o~vr{}avanje pre spajanja.

Zavarivanje zagrejanim vazduhom. Ovaj postupak zavarivanja se zasniva na zagrevanju pripremljenih povr{ina pomo}u vru}eg vazduha koji topi dodatni i osnovni materijal, sl. 1.19-6. Postupak se izvodi ru~no ili poluautomatski, pogodan je za manje debljine, ali je i tada relativno spor. Osnovna primena je za jefitine kompozite sa matricom niske temperature topljenja.

Slika 1.19-5. Zavarivanje zagrejanom plo~om

Slika 1.19-6. Zavarivanje zagrejanim vazduhom

Zavarivanje elektri~nim otporom. Ovaj postupak zavarivanja se zasniva na zagrevanju pripremljenih povr{ina pomo}u toplote razvijene D`ulovim efektom, sl. 1.19-7. Greja~ (elektrootpornik) ostaje ugra|en u kompozit posle zavarivanja, tako je njegova kompatibilnost sa kompozitom veoma bitna. Osnovna primena je za kompozite koji imaju elektroprovodno oja~anje, dok je kod kompozita koji nisu provodni ovaj postupak primenjiv samo ako provodni sloj u spoju ne smeta radu kompozita.Indukciono zavarivanje. Ovaj postupak zavarivanja se tako|e zasniva na zagrevanju pripremljenih povr{ina pomo}u toplote razvijene D`ulovim efektom, sl. 1.19-8, s tim da se struja dobija indukcijom magnetnog polja. Greja~ (induktor) tako|e ostaje ugra|en u kompozit posle zavarivanja, tako je njegova kompatibilnost sa kompozitom veoma bitna. Osnovna primena je za kompozite koji imaju elektroprovodno oja~anje, dok je kod kompozita koji nisu elektro provodni ovaj postupak primenjiv samo ako se na povr{ine spoja nanesu elektroprovodne ~estice, {to se preporu~uje i u prvom slu~aju, da bi se pove}ala elektroprovodnost.

Slika 1.19-7. Zavarivanje elektri~nim otporom

Slika 1.19-8. Zavarivanje induktorom

Zavarivanje zagrejanim umecima (zavrtnjima). Ovaj postupak zavarivanja se zasniva na zagrevanju umetnutih delova, kao {to su zavrtnji, koji prvo mehani~ki vezuju kompozitne plo~e, a zatim se kroz njih propu{ta struja pa se pomo}u toplote razvijene D`ulovim efektom kompozit oko zavrtnjeva lokalno topi i o~vr{}ava, sl. 1.19-9. Ovakva veza treba da ima ve}u ~vrsto}u ostalih varijanti, ali je u praksi ~est slu~aj o{te}enja kompozita pri ubacivanju umetka. U novije vreme se radi na razvoju minijaturnih umetaka koji bi funkcionisali na isti na~in, ali bi izazivali manja o{te}enja.

Zavarivanje infracrvenim zracima i laserom. Infracrveni ili laserski zraci se ~esto koriste za zagrevanje pripremljenih povr{ina pre delovanja pritiska, sl. 1.19-10, pri ~emu se toplota razvija efektom elektromagnetnog zra~enja. Zraci treba da deluju na povr{ine spoja sve dok ne po~ne njihovo topljenje, a zatim treba da po~ne delovanje pritiska, uz istovrmeno hla|enje i o~vr{}avanje. Prema tome, ovaj postupak je veoma sli~an zavarivanju zagrejanom plo~om.

Slika 1.19-9. Zavarivanje umecima Slika 1.19-10. Zavarivanje infracrvenim zracima i laserom

Zavarivanje dielektri~nim i mikrotaslanim zagrevanjem. Dielektri~na i mikrotalasna (elektromagnetna) polja se ~esto koriste za zagrevanje i topljenje termoplatike. Pri tome je pobuda molekula razli~ita zavisno od frekvencije elektromagnetnog polja i prirode polimera, a njihovo kretanje uslovljava (unutra{nje) zagrevanje materijala. Ovaj postupak nije mogu}e primeniti na kompozite oja~ane elektroprovodnim vlaknima, jer bitno remeti opisani uticaj elektromagnetnog polja.

Zavarivanje trenjem (spinom). Delovi koji se spajaju se zagrevaju trenjem izme|u rotirajau}e i fiksne povr{ine, sl. 1.19-11. Postupak je isti kao kod zavarivanja metala, zna~i uz dodatni pritisak (sila P, sl. 1.19-11). Pogodan je masovnu proizvodnju malih cilindri~nih delova. Kod vlaknasto oja~anih kompozita te{ko je podesiti da se vlakna nastave posle spajanja.

Vibraciono zavarivanje. Jo{ jedna vrsta zavarivanja unutra{njom energijom, odnosno trenjem. Trenje nastaje pravolinijskim pomeranjem (napred-nazad) jednog dela u odnosu na drugi, sl. 1.19-12. Korisit se za delove male i srednje veli~ine, do 1 m du`ine, a primenjivo je na {irok spektar oblika. Tako}e postoje problemi sa pravcem vlakana posel zavarivnja, kao u prethodnom slu~aju.Ultrazvu~no zavarivanje. Ultrazvu~ne vibracaje se prenose preko povr{inskih neravnina i uslovljavaju zagrevanje povr{ina u dorirnim ta~kama. ^esto se namerno napravi ispup~enje na jednoj od pov{ina koje deluje kao upravlja~ energije.

Slika 1.19-11. Zavarivanje trenjem Slika 1.19-12. Vibraciono i ultrazvu~no zavarivanje

Kompoziti sa metalnom matricom (MMC)

Kod ve}ine postupaka zavarivanja topljenjem treba imati u vidu zna~ajne promene u strukturi koje nastaju kao posledica topljenja i o~vr{}avanja dodatnog i osnovnog materijala. Ovo je posebno zna~ajno za kompozite sa osnovom od Al legura 2xxx i 7xxx. U nekim slu~ajevima nivo primarnih legiraju}ih elemenata mo`e da bude tako visok da izazove njihovu segregaciju po granicama zrna u fazi o~vr{}avanja. Osim toga, talozi u ZUT mogu da porastu (okrupnu) usled dejstva toplote u metalu {ava. Tokom zavarivanja topljenjem kompozita sa matricom od legure koja oja~ava termi~om obradom treba imati u vidu pojavu omek{avanja ZUT na isti na~in kao kod same legure (npr. durala). Drugi, ~esto jo{ bitniji problem, su hemijske reakcije izme|u matrice i vlakna u metlanoj kupki koje mogu da budu nepovratne, kao npr. u slu~aju MMC napavljenog od Al/SiC:

4Al+3SiC=Al4C3+3Si

pri ~emu su kao bold ozna~ene komponente u ~vrstom stanju, dok je sam Al u te~nom stanju, a Si je rastvoren u te~nom Al. Ova nepovratna reakcija se odigrava na 730(C (ako je sadr`aj Si manji od 7%!) ne samo da tro{i SiC vlakna, nego proizvodi acikularnu komponentu Al4C3. Stoga je zavarivanjem topljenjem mogu}e jedino ako se temperatura metalne kupke odr`ava ispod 730(C ili ako je sadr`aj Si ve}i od 7%, {to mo`e da se postigne i dodatnim materijalom. Postoje i druge varijante da se ovaj problem re{i koje koriste modifikovane hemijske reakcije uslovljene prisustvom npr. Ti.

Priprema `leba u slu~aju MMC je znatno te`a od pripreme `leba samog metala, jer je oja~anje po pravilu veoma tvrda keramika. Obi~no se koriste alati sa radnim delom od WC i brzinom rada manjom od 100 m/min, a u slu~aju potrebe za br`im radom moraju da se koriste dijamatski alati. ^i{}enje povr{ina `leba je veoma bitno, posebno kod MMC na osnovi Al legura, a izvodi se hemijski ili mehani~ki.

Kontrola unosa toplote je od su{tinske va`nosti jer bitno uti~e na strukturu zavarenog spoja MMC. Ukoliko ova kontrola nije dovoljno efikasna, umesto zavarivanja topljenjem mo`e da se koristi lemljenje ili zavarivanjem trenjem. Naj~e{}e kori{}eni postupci zavarivanja MMC topljenjem su elektrolu~no (posebno TIG i MIG/MAG), lasersko, elektronskim snopom, i elektrootporno zavarivanje. Tako|e se ~esto koristi specijalna tehnika elektrolu~nog zavarivanja, tzv. pra`njenje kondenzatora, tj. radnog komada koji treba da se zavari, a koji je prethodno (napunjen(. Postupci sa velikom gustinom snage (laser, snop) su na prvi pogled veoma privla~ni jer proizvode veoma male ZUT, ali se retko koriste jer su temperature u metalnoj kupki izuzetno visoke. Ipak u novije vreme su razvijeni postupci sa preciznom kontorlom unosa toplote koji mogu da prevazi|u ovaj problem. Kod konvencionalnih elektrolu~nih postupaka zavarivanja (TIG, MIG/MAG) treba voditi ra~una o nepovoljnom dejstvu vlakana na luk, koji je ~esto veoma nestabilan. Ovaj problem se re{ava smanjenjem du`ine luka, odnosno njegovog napona, a tako|e i njegovim uronjavanjem u metalnu kupku.

KERAMI^KI MATERIJALI

Kerami~ki materijali su neorganski, nemetalni materijali koji se sastoje od jedinjenja metalnih i nemetalnih elemenata povezanih jonskim i/ili kovalentnim vezama. Svojstva razli~itih keramikih materijala jako se razlikuju {to se pripisuje razlikama u vezivanju atoma. Kerami~ki materijali su po pravilu veoma tvrdi i krti, imaju malu plasti~nost, dobri su elektri~ni i termi~ki izolatori, otporni su na habanje i koroziju, imaju visoku temperaturu topljenja.

Kerami~ki materijali mogu da se podele u dve grupe: tradicionalna i industrijska keramika. Tradicionalna keramika na~injena je od tri osnovne komponente: gline, silicijum dioksida (SiO2) i feldspata. Ova keramika se koristi za opeke i plo~ice u gra|evinarstvu i za elektroizolacioni porcelan kod visokih napona.

Industrijska keramika sastoji se iz istih ili skoro istih jedinjenja od kojih su najva`niji Al2O3, ZrO2, WC, SiC i Si3N4, B4C i BN. Industrijska keramika se koristi u oblasti visokih tehnologija kao {to je izrada delova gasnih turbina izlo`enih visokim temperaturama, sve}ica motora SUS, prevlaka na ~eonim povr{inama klipa motora SUS i grana izduvnih cevi motora SUS.

Kako kerami~ki materijali imaju malu plasti~nost, delovi se izra|uju presovanjem vla`nih ~estica ili praha (pudera) u `eljeni oblik, posle ~ega sledi su{enje i pe~enje, ili livenjem.

Struktura kerami~kih materijala

Kristalna struktura i dijagrami stanja kerami~kih materijala su veoma kompleksni, zato {to se kerami~ki materijali sastoje od najmanje dva elementa i to razli~itih polupre~nika jona. Kao primeri mogu da se navedu strukture Al2O3 (2 elementa) i BTiO3 (3 elementa). Kod Al2O3 re{etka je heksagonalna, pri ~emu su joni O2- na mestima koja odgovaraju HGP re{etci, a joni Al3+ u me|uravnima. Kod BTiO3 re{etka je kubna, pri ~emu su joni Ba u }o{kovima re{etke, joni O na mestima koja odgovaraju prostorno centriranoj kubnoj re{etci, a joni Ti na mestima koja odgovaraju povr{inski centriranoj kubnoj re{etci.

Tabela 12.3. Fizi~ka i mehani~ka svojstva nekih kerami~kih materijala Materijal

Gustina gr/cm3Zatezna

~vrsto}aN/mm2Savojna

~vrsto}aN/mm2Pritisna

~vrsto}aN/mm2Modul elasti~nostiGPaTvrdo}aHK@ilavost

loma

N/mm3/2

Al2O33,9820755227603862000170

SiC sinterovan3,117255238644142100136

RBSN *2,513824110352072000103

HPSN **3,25528973450310-165

Sialon3,244149663450310-309

ZrO2 (PTZ) 5,844869018632071100351

ZrO2 (TTZ)5,83457931725201-391

WC10-15-103045002002000

TiC5,5-140031003101800

BN3,4-72570008504000

Dijamant3,5-140070008308000

* RBSN - Si3N4 dobijen hemijskom reakcijom** HPSN - Si3N4 dobijen presovanjem na toplo

Kerami~ki materijali imaju relativno malu gustinu od 3-5,8 gr/cm3. Ovako niske vrednosti gustine uti~u na smanjenje mase delova, a manje su i inercijalne sile pokretnih delova.

Ta~ka topljenja je vrlo visoka od 1900(C (Si3O4) do 3120(C (WC), {to omogu}ava visoke radne temperature delova izra|enih od kerami~kih materijala. Ve}ina kerami~kih materijala ima nisku toplotnu provodljivost, tako da su oni dobri termi~ki izolatori. Veliki koeficijent linearnog {irenja i mala toplotna provodljivost mogu prouzrokovati termi~ke napone. Sklonost ka pojavi prslina se smanjuje sa smanjenjem koeficijenta linearnog {irenja i pove}anjem toplotne provodljivosti. Osim toga relativni koeficijent linearnog {irenja izme|u kerami~kih materijala i metala je veoma va`an razlog za kori{}enje kerami~kih materijala za izradu komponenti toplotnih motora.

Jo{ jedna karakteristika kerami~kih materijala je anizotropija termi~kog {irenja, tj. razli~ito termi~ko {irenje u razli~itim pravcima (do 50%). Ovo je naro~ito izra`eno kod oksidnih keramika. Ovako pona{anje mo`e da uslovi termi~ke napone i pojavu prslina kod kerami~kih komponenti.

Keramika mo`e da se spaja sa keramikom ili sa metalom difuzijom ili tvrdim lemljenjem. Ovo podru~je je u fazi razvoja, pa jo{ ne postoje standardi ~ak ni za odre|ivanje ~vrsto}e spoja, pa ni za ostale mehani~ke osobine.

Osnovni problem u primeni tvrdog lemljenje na kerami~ke materijale je da se obezbedi dobro kva{enje, jer je keramika po prirodi stvari veoma stabilna struktura koja se te{ko kvasi te~nim metalima. Tipi~ne vrddnoti ugla kva{enja za Al2O3 i Si3N4 sa nekim uobi~ajenim lemovima su date u tab. 1, gde se vidi da je uslov za kva{enje (ugao manji od 90) zadovoljen samo kod nekih kombinacija, a da je uslov za dobro kva{enje (ugao manji od 45) zadovoljen samo u jednmom slu~aju. Stoga je o~igledno da treba preduzeti neke mere da bi se popravilo kva{enje keramike, kao {to su npr. prevla~enje povr{ina pre spajanja i legiranje lemova materijama koje aktiviraju kva{enje.

Naj~e{}e kori{}en postupak lemljenja Al2O3 je Mo-Mn postupak ili sinterovanje metalnog praha, {to je u su{tini prevla~enje povr{ine Al2O3 prahom koji se sastoji od oksida i metala (Mo-Mn), posle ~ega se primenjuje sinterovanje na visokim temperaturama (1500C) u atmosferi vodonika, sl. 1.19-??. Na tako pripremljenu povr{inu se nanosi tanak sloj nikla (tj. boje na osnovi nikal oksida), koja zna~ajnno popravlja kva{enje Mo-Mn prevlake lemovima kao {to su BAg-8 (72Ag-28Cu), BAu-1 (64Cu-36Au) ili BAu-4 (82 Au-18 Ni).