Caracterização de interfaces para aplicações em ultra-alto vácuo através de brasagem dissimilar entre nitreto de boro hexagonal (h-BN), a liga de adição Ag-Cu-Ti e o Mo metálico

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Autor(a) principal: Rosales, Marcio José Cuccolo
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSCAR
Texto Completo: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/17971
Resumo: This work aimed to evaluate the vacuum brazing of h-BN/Mo systems for fabrication of the BPM (Beam Position Monitor) in synchrotron radiation beam. The h-BN has low surface wettability and is difficult to weld. The materials used to compose the metal-ceramic joint were Fe-Ni-Co, due to its low coefficient of thermal expansion, metallic molybdenum (Mo) and h-BN, due to its excellent dielectric properties. The formation of the brazing interface depends on the surface wettability of h-BN by the Ag-Cu-4,5-Ti brazing alloy. Brazing was performed at 865 °C, high vacuum atmosphere (10-5 mbar), with a holding time of 5 min. Computational finite element simulation was performed to evaluate thermal stresses in the brazed joint. The microstructural characterization of the brazing interfaces was performed using scanning electron microscopy (SEM) and Localized Ion Beam (FIB). The tightness tests of the brazed BPM were carried out to determine the tightness of the pieces and their application in ultra-high vacuum. The simulation results showed the existence of critical points in the brazed joint due to the BPM geometry, with the formation of residual compressive stresses, originated by the difference between the thermal expansion coefficients of the materials. The microstructural characterization demonstrated the formation of a continuous joint without defects, with formation of new phases and complex compounds. The brazing alloy promoted the reaction between the active metal and the h-BN, forming new phases at the interface, in addition to eutectoid structures inside the remaining alloy. The formation of TiN and TiB2 compounds in a layer adjacent to h-BN was verified. The properties of the brazed component indicated tightness of 3x10-10 mbar to operate in ultra-high vacuum and brittle fracture in the ceramic material, which shows that the mechanical resistance of the brazed joint was superior to that of the base material.
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The materials used to compose the metal-ceramic joint were Fe-Ni-Co, due to its low coefficient of thermal expansion, metallic molybdenum (Mo) and h-BN, due to its excellent dielectric properties. The formation of the brazing interface depends on the surface wettability of h-BN by the Ag-Cu-4,5-Ti brazing alloy. Brazing was performed at 865 °C, high vacuum atmosphere (10-5 mbar), with a holding time of 5 min. Computational finite element simulation was performed to evaluate thermal stresses in the brazed joint. The microstructural characterization of the brazing interfaces was performed using scanning electron microscopy (SEM) and Localized Ion Beam (FIB). The tightness tests of the brazed BPM were carried out to determine the tightness of the pieces and their application in ultra-high vacuum. The simulation results showed the existence of critical points in the brazed joint due to the BPM geometry, with the formation of residual compressive stresses, originated by the difference between the thermal expansion coefficients of the materials. The microstructural characterization demonstrated the formation of a continuous joint without defects, with formation of new phases and complex compounds. The brazing alloy promoted the reaction between the active metal and the h-BN, forming new phases at the interface, in addition to eutectoid structures inside the remaining alloy. The formation of TiN and TiB2 compounds in a layer adjacent to h-BN was verified. The properties of the brazed component indicated tightness of 3x10-10 mbar to operate in ultra-high vacuum and brittle fracture in the ceramic material, which shows that the mechanical resistance of the brazed joint was superior to that of the base material.Este trabalho teve como objetivo avaliar a brasagem a vácuo na formação da interface dos sistemas h-BN/Mo para construção do BPM (Beam Position Monitor) do feixe de radiação síncrotron. O h-BN possui baixa molhabilidade superficial e difícil soldabilidade. Os materiais utilizados para compor a junta metal-cerâmica foram Fe-Ni-Co, devido ao baixo coeficiente de expansão térmico, molibdênio metálico (Mo) e o h-BN, em razão de suas excelentes propriedades dielétricas. A formação da interface de brasagem depende da molhabilidade superficial do h-BN pela liga de brasagem Ag-Cu-4,5-Ti. A brasagem foi realizada em 865 °C, atmosfera de alto vácuo (10-5 mbar), com tempo de patamar de 5 min. Foi realizada simulação computacional por elementos finitos para avaliar tensões térmicas na junta brasada. A caracterização microestrutural das interfaces de brasagem foi realizada por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e Feixe de Íons Localizados (FIB). Os ensaios de estanqueidade do BPM brasado foram conduzidos para determinar sua a estanqueidade das peças e sua aplicação em ultra-alto vácuo. Os resultados de simulação apontaram a existência de pontos críticos na junta brasada em função da geometria do BPM, com a formação de tensões residuais de compressão, originadas pela diferença entre os coeficientes de expansão térmica dos materiais. A caracterização microestrutural demonstrou a formação de uma junta contínua e sem defeitos, com formação de novas fases e compostos complexos. A liga de brasagem promoveu a reação entre o metal ativo e o h-BN, formando novas fases na interface, além de estruturas eutetóides no interior da liga remanescente. Verificou-se a formação de compostos TiN e TiB2 em camada adjacente ao h-BN. As propriedades do componente brasado indicaram estanqueidade de 3x10-10 mbar para operar em ultra-alto vácuo e fratura frágil no material cerâmico, o que evidencia que a resistência mecânica da junta brasada foi superior ao material base.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessBrasagemMolhabilidade superficialNitreto de Boro Hexagonalh-BNENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAOCaracterização de interfaces para aplicações em ultra-alto vácuo através de brasagem dissimilar entre nitreto de boro hexagonal (h-BN), a liga de adição Ag-Cu-Ti e o Mo metálicoInterface characterization for ultra-high vacuum application using dissimilar brazing between hexagonal boron nitride (h-BN), Ag-Cu-Ti filler and metallic Moinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis60060013dc14f5-a2ff-412c-b48e-56a4bda35ecareponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTese_Doutorado MarcioJ.Rosales - final(05-05-23).pdfTese_Doutorado MarcioJ.Rosales - final(05-05-23).pdfTese de doutoradoapplication/pdf4408253https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17971/1/Tese_Doutorado%20MarcioJ.Rosales%20-%20final%2805-05-23%29.pdfd3e96bc310e9fa263ad8b34dfbbeaafaMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8810https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17971/2/license_rdff337d95da1fce0a22c77480e5e9a7aecMD52TEXTTese_Doutorado MarcioJ.Rosales - final(05-05-23).pdf.txtTese_Doutorado MarcioJ.Rosales - final(05-05-23).pdf.txtExtracted texttext/plain174747https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17971/3/Tese_Doutorado%20MarcioJ.Rosales%20-%20final%2805-05-23%29.pdf.txt3bf71feb710a84dc0121bdb8d370af71MD53THUMBNAILTese_Doutorado MarcioJ.Rosales - final(05-05-23).pdf.jpgTese_Doutorado MarcioJ.Rosales - final(05-05-23).pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6884https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/17971/4/Tese_Doutorado%20MarcioJ.Rosales%20-%20final%2805-05-23%29.pdf.jpg78cf0e4e6932d17b415c441f63d6f90dMD54ufscar/179712023-09-18 18:32:38.58oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/17971Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:38Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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