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Tesis para optar al título de Magister en ciencia y tecnología de materiales

Este trabajo es un estudio de la mojabilidad de cerámicos con materiales de aporte activos, para ser utilizados en procesos de soldadura por 'brazing'. Se trabaja sobre la base de aleaciones plata-cobre con el agregado de titanio como elemento activo, sobre un sustrato cerámico (Al2O3 de alta pureza) con el fin de caracterizar la unión cerámico-metal. La mojabilidad se investigó midiendo los ángulos de contacto entre el metal fundido y la alúmina, simulando una condición de 'brazing' de 10 minutos a 950 grados C. El mojado se incrementó al aumentar el porcentaje de titanio; obteniéndose un aumento más notorio cuando se lo aleó junto con la plata y el cobre en lugar de sólo hacer un compacto a partir de sus limaduras. El grado de mojado y la velocidad de esparcimiento del metal sobre la alúmina fueron mayores cuando se utilizó como base una aleación plata-cobre en composiciones ligeramente apartadas de la eutéctica. El agregado de níquel y estaño como aleantes también mejoró el mojado, aunque el efecto no fue superior al de modificar la aleación base. No fue posible llegar a identificar algún tipo de óxido de titanio producto de la reducción del aluminio. Sin embargo, la presencia de oxígeno y titanio en la interfase en relaciones Ti/O que variaban entre 4 y 2 junto con la observación de precipitados en la zona interfacial se consideran como un indicio de la formación de óxidos subestequiométricos. Se determinó que en la interfase se encuentran en forma mayoritaria cobre y titanio. Se propone como mecanismo de establecimiento de la unión que el titanio y algo del cobre presentes en el aporte, segregan a la interfase cerámico-metal. El titanio reacciona con el oxígeno proveniente de la alúmina y, el resto de material activo que no participa de la reducción del aluminio, formaría solución sólida o, eventualmente, algún tipo de compuesto con el cobre.

The wettability of ceramics by active filler materials, to be used in brazing processes was studied in the present work. Ag-Cu based alloys were used with the addition of titanium as an active element, on a ceramic substrate (high purity Al2O3) in order to make a characterization of a ceramic-metal joint. Wettability was investigated by measuring contact angles between the molten metal and the alumina, at a simulated brazing condition at 950 degree C from 10 minutes. Increasing additions of titanium to the alloys promoted wetting, and the efficiency of this effect was higher when the titanium had been alloyed instead of being just pressed together with the primary alloy. Wetting angles and the spreading rate of the braze were increased for Ag-Cu basic alloys slightly deviated from the eutectic. Small additions of nickel and tin also result beneficial for the wetting behavior although the effect was no better than modifying the base alloy. It was not possible to identify some particular titanium oxides, formed as a result of aluminum reduction. However, the present of oxygen and titanium in a Ti/O ratio varying from 4 to 2 together with the observation of precipitates in the interfacial zone, could be taken as a clue for the formation of nonstoichiometric oxides. The presence of copper and titanium as major elements at the interface was determined. The mechanism of production of the joint is considered to be the segregation of the titanium and some of the copper present in the filler material to the interface followed by the reduction of the aluminum in a reaction with the active material. The titanium remaining could form a solid solution or some kind of copper-titanium compound