Simulasi dan persamaan empiris untuk tegangan termal pada sambungan keramik Al 2 O 3 / Si 3 N 4 yang dibrazing dengan paduan logam Kovar/Monel

Abstrak
Studi ini menyajikan metodologi simulasi untuk memilih kombinasi material yang optimal sebelum membangun sambungan komposit keramik-logam. Dua jenis rakitan/struktur sambungan dirancang dengan dan tanpa pori-pori dan delapan kombinasi material diuji. Diskritisasi elemen hingga model diimplementasikan menggunakan Abaqus. Efek tegangan termal dievaluasi secara fungsional oleh Von Mises Stress (VMS) dan tegangan volumetrik rata-rata sebagai parameter keputusan. Rakitan sambungan dengan material komposit Al2O3 / Ag ‒ Cu‒Ti/Kovar ditemukan memiliki batas yang relatif lebih besar untuk mengalami fraktur. Laju regangan termal untuk kombinasi material yang optimal adalah 3,77 × 10−6 K ‒ 1 (dengan pori-pori) dan 6,11 × 10−6 K ‒ 1 (tanpa pori-pori). Tegangan termal rata-rata struktur sambungan berpori (∼30%‒50%) lebih rendah daripada struktur sambungan tidak berpori. Analisis menyimpulkan bahwa pori-pori tidak selalu memperburuk kinerja sambungan. Persamaan yang sesuai secara empiris diturunkan untuk memperkirakan nilai VMS untuk bentuk, ukuran, lokasi, porositas, dan sifat material pori apa pun. Persamaan tersebut dapat digunakan untuk memprediksi nilai VMS untuk kombinasi material komposit keramik-logam apa pun. Persamaan linier empiris juga diturunkan untuk memprediksi koefisien ekspansi termal efektif sebagai fungsi struktur mikro (bentuk, ukuran, lokasi, dan porositas) dan jenis material (massa molekul efektif).