首页 -> MICROWAVE JOINING OF ALUMINA CERAMIC
 

MICROWAVE JOINING OF ALUMINA CERAMIC

时间:2008-08-06 02:31:25  浏览:        

MICROWAVE JOINING OF ALUMINA CERAMIC

AND HYDROXYLAPATITE BIOCERAMIC*

ZHOU Jian ZHANG Qiaoxin MEI Bingchu YAN Yuhua

Wuhan University of Technology

  Abstract: Microwave joining is a rapid developmental new techniqu e in recent years.This paper introduces a new microwave joining equipment which was made by our lab,succeeds in alumina ceramic-hydroxylapatite bioceramic j o in in the equipment, and analyzes the join situation of join boundary by using s canni ng electron microscope(SEM),this paper analyzes the mechanism of microwave joini ng also.

  Key words: Al2O3 ceramic; hydroxylapatite bioceramic; microwave joining

1 Introduction

  Bioceramic is a kind of hopeful and developable advanced ceramic,it is drawn att ention to especially in fields of man-made bone, tooth material etc. In rec ent research and ap plication,bioceramic is a main kind of apatite structure bioceramic,such as hyd r oxylapatite ceramic Ca10(PO46OH)2,its biocompatibility to man' s ti ssue is very superior1.However this kind of ceramic has lower strength,is not suitable for load-carrying construction but mainly regaid as filling m aterial and coating material,so it is an important task how to improve the strength of this kind of ceramic.Al2 O3 ceramic can be used as b ioceramic with higher strength,but it belongs to non-bio-active material. It i s a very significant attempt to prepare composite using high strength of Al2O3 ceramic and biocompatibity of bioceramic,but the two materials are different in the sintering temperature and have several hundreds of centigr ade temperature difference,bioceramic can decompose when temperature is excessively high.

  Microwave joining is based on dielectric loss of material in microwave field, w hich makes microwave energy change into molecular and ionic kinetic energy and po t ential energy, and absorbability and couple ability with different material co ntents are different , thus, leads to different temperature, moreover, in the effect of mi crowave energy, the molecular and ionic kinetic energy of materia l inside are improved,and its quick diffusion is increased, thus it can be joined in lower temperatur e comparing with that by the conventional thermal conductive heat joining method .In the meantime, microwave joining has some charactistics such as more rapide temperat ure rising (only need several to ten minutes), local heating and easily control ling,unremarkable change in structure of material inside2-4. Micr owave joining of ceramic is only l imitted to the same kind of ceramics such as Al2O3,Si3N4,SiC, the repo rt on microwave joining between different kind of ceramic is not found yet.

2 Experimental

2.1 Equipment

  The microwave joining equipment was mainly composed of following parts(shown i n Fig.1). In the system, modified TE103 single mode rectanglar cavity was u sed as joining cavity at 915MHz(shown in Fig.2), adjustment of plunger can kee p in critical coupling condition and continuous resonance, and make the sample rea ching requisite join temperature, microwave power is continuous and adjustable f ro m 0 to 20 kW, a bidirectional coupler was connected with cavity and microwave s ource so as to measure incident and reflex power in order to judge the resonance and coupling situation of the system.

Fig.1 Schematic of microwave joining equipment

Fig.2 Schematic of microwave joining cavity

  Temperature control system connectes optical fiber thermograph with control syst em, and controlls temperature of join surface. Pressure system was installed in the axis of the sample, and controlled requisite pressure in joining.

2.2 Method

  Experimental materials are Al2O3 ceramic (about 90% purity) and hydroxylapat ite bioceramic with bending strength of ceramic 65±4MPa.The join boundary gr ound with fine emery paper and cleaned in alcohol, Al2O3 -bioce ramic immediate joining was carried ,then the sample was cutted,the bo nding strength o f boundary was measured using 6mm×5mm×35mm three point winding method, the bou ndary was pla ced in the middle of strided distance, joining surface location was corroded by nitric acid, joining situation was observed using scanning electron microscope. 

3 Results and Analyses

  The sintering temperature has several hundred of centigrade difference between Al2O3 and bioceramic. The sintering temperature of hydroxylapatite biocerami c is about 1150, it is difficult to make Al2O3-bioceramic join together using conventional joining method. However, in this work we succeed in makin g the two kinds of c eramic join together using microwave in 1200, thermal preservation 15-20 min a nd 2.5MPa pressure. Strength measurement shows that bending strength of boundary is 56±5MPa, it shows that join strength of boundary still keeps in high v alue. Bo undary microstructure characteristic SEM photograph is showed in Fig.3. It show s that boundary is joined perfectly, the boundary disappear completely, the left is bio ceramic, the right is alumina ceramic, it is difficult to differentiate ceramic from bioceramic if no difference of two types substra te, moreover,boundary reaction charactistic near the region of bo undary is not found, thus non-boundary reaction phase exists, the change of sub strate is co ntinuous in the boundary point, it can fully show that join of boundary is reali zed by ionic diffusion, microwave electromagnetic alternate effect makes ionic f orced vibration and quickens diffusion, according to research dynamics of microw ave joning ceramic, in the effect of microwave energy, diffusion factor increase s greatly and sintering activation energy decrease to ceramic material, microwav e sintering activation energy is only one-third of conventional sintering activa t ion energy to Al2O3 ceramic, so, microwave joining can realize join between ceramic materials in lower temperature and more rapid speed, microwave joining m ethod is still that of diffusion join .

    

Fig.3. SEM for join bound ary

  ZHOU Jian(周健):Born in 1967;Assoc. Prof.; State Key Laboratory of Advance d Technology for Materials Synthesis and Processing, Wuhan Univ. of Tech., Wuhan 430070,China

  *The research was supported by the Natural Science Foundation of Hubei Prov ince(95J57)

References

1 Li Shipu. Bioceramic.Wuhan: Wuhan Univ. of Tech. Press, 1989(in C hinese)

2 D.Palaith, R Siberglitt. Microwave Joining of Ceramic. Am. Ceram. Bu ll., 1989,68(9):1601-1606

3 T T Meek, R D Black. Ceramic-Ceramic Seals by Microwave Heating. J. Mater. Sci. Lett. 1986, 5:270-274

4 H Fukushima, T Yamanaka, M Matsui. Microwave Heating of Ceramic and Its Application to Joining. J. Mater. Res., 1990,5(2):397-405

  
】【关闭
 
 搜索信息
 产品分类
v 微波干燥 v 微波杀菌
v 微波烧结 v 微波真空
v 微波萃取 v 微波解冻
v 微波消解 v 微波合成
v 微波等离子 v 微波加热
v 微波化学 v 商业微波炉
v 微波硫化 v 微波专利
v 微波备件
 热点信息 
·凯尔微波致全体客户一封 05-26
·企业文化 05-10
   
 

电话:86 535 6820199/077/288   传真:86 535 6820288     咨询:8618653505872

公司地址:烟台市西盛街28号第一大道1007-1
生产工厂:山东省蓬莱市经济技术开发区上海路1号   邮编:264000  粤ICP备05020791号