لحیم­ کاری سخت یک فرایند تجاری کاملا شناخته شده است که توانایی تولید اتصالات با استحکام بالا دارد. این فرایند کاربرد زیادی در صنایع دارد که به دلیل توانایی آن در اتصال­ دهی فلزات و سرامیک­ها است. این فرایند با ارزش می­تواند به صورت دستی یا اتوماتیک انجام شود و این به طراحی و اجراء فرایند ساخت بستگی دارد. با فرایند لحیم­کاری سخت می­توان به تولید انبوه دست یافت و علاوه بر این فلزات غیرمشابه را نیز به یکدیگر متصل کرد. محصولات لحیم­کاری سخت شامل قطعات کوچک، بزرگ، نازک، ضخیم و حتی اتصالات نبشی است. یکی از مزایای لحیم­کاری سخت آن است که صرفه­ جویی قابل­ توجهی در فرایند تولید حاصل می­شود. امروزه فرایندهای تولید انبوه مورد توجه بسیاری از تولیدکنندگان صنعتی است. لحیم­کاری سخت اصولا برای تولید انبوه و حتی مقادیر کم نیز استفاده می­شود.

واژه لحیم­کاری سخت مجموعه­ای از فرایندها را در بر می­گیرد. در این فرایندها از یک ماده پرکننده استفاده می­شود، سپس مجموعه مواد پایه و فلز پرکننده تا دمای بالاتر از دمای لیکوئیدوس فلز پرکننده و کمتر از دمای سالیدوس مواد پایه حرارت داده می­شود. فلز پرکننده لحیم­کاری سخت فضای بین سطوح مجاور اتصال را از طریق نیروی موئینگی پُر می­کند. واژه دمای لحیم­کاری سخت معمولا به دمایی اطلاق می­شود که ماده حرارت داده می­شود تا فلز پرکننده به راحتی پخش شود. این تعریف فرایند لحیم­کاری سخت را از سایر فرایندهای لحیم­کاری نرم و جوشکاری متمایز می­کند. فرایند لحیم­کاری سخت و نرم ویژگی­های مهم و مشترکی دارند، اما اصطلاح لحیم­کاری سخت مربوط به فرایندهای اتصال­دهی است که بالاتر از 450 انجام می­شود، در حالی که فرایند لحیم­کاری نرم پایین­تر از این دما انجام می­شود. لحیم­کاری سخت متمایز از جوشکاری است، زیرا در فرایند لحیم­کاری سخت فلزت پایه ذوب نمی­شوند، در حالی که در جوشکاری مقداری از فلزات پایه ذوب می­شود. فرایند لحیم­کاری سخت به 3 دسته کلی تقسیم می­شود:

الف)لحیم­کاری سخت فلزات

ب)لحیم­کاری سخت سرامیک­ها

ج)لحیم­کاری سخت فلزات به سرامیک­ها

سرامیک­های متداول شامل محصولات سفالی و دیرگدازها است. این مواد معمولا چگالی پایینی (به دلیل مقدار تخلخل نسبتا بالا) دارند. آن­ها معمولا در کاربردهای دما بالا استفاده می­شوند که لحیم­کاری سخت آن­ها عملی نمی­باشد.

سرامیک­های ساختاری شامل موادی مثل اکسید آلومینیوم، اکسید زیرکونیوم، کاربید سیلسیم، نیترید آلومینیوم، نیترید سیالون و اکسی نیترید آلومینیوم-سیلسیم است، همچنین کامپوزیت­های ساخته شده از سرامیک­ها مثل  شامل ویسکرهای  یا کامپوزیت  شامل دی بوراید تیتانیوم هستند. در حین ساخت سرامیک­های ساختاری باید مراقب بود که ترکیب شیمیایی به خوبی کنترل شود و چگالی بالایی حاصل شود. لحیم­کاری سخت سرامیک­های ساختاری امکان­پذیر است و کاربرد زیادی دارد.

جذابیت فناوری در سرامیک­های ساختاری مستقیما با خواص منحصربه­ فرد آن­ها در مقایسه با فلزات در ارتباط است. بسیاری از سرامیک­ها استحکام بالا، نه تنها در دمای اتاق بلکه در دماهای نسبتا بالا، دارند. به عنوان مثال کاربید سیلسیم می­تواند استحکام 200 خود را در دمای 1530 حفظ می­کند. سایر سرامیک­های ساختاری مثل  و کامپوزیت­های سرامیکی خاص نیز استحکام خود را در دماهای بالا حفظ می­کنند.

علاوه بر استحکام بالا، سایر خواصی که سرامیک­ها را برای کاربرهای خاص منحصربه­فرد می­سازد شامل مقاومت به سایش بسیار خوب، مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون عالی، سختی زیاد، ضریب انبساط حرارتی کم و مقاومت الکتریکی زیاد است.

سرامیک­های ساختاری به عنوان ابزارهای برش، یاتاقان، قطعات ماشین ابزار، قالب، اب­بندهای پمپ، مبردهای دما بالا و قطعات موتور توربین گازی و احتراق داخلی استفاده می­شود. با وجود پیشرفت در ساخت سرامیک­های ساختاری و کاربردهای روزافزون آن­ها در صنایع مهندسی جدید، این مواد فوق­العاده هر روز در حال پیشرفت هستند.

شکل 1: مروری بر فرایندهای اتصال دهی سرامیک ها

این پیوند قوی موجب خواص نامطلوب مثل انعطاف­پذیری و استحکام کششی کم می­شود. به هر حال، خواص متنوع این مواد مانع از کاربرد گسترده آن­ها نمی­شود. به عنوان مثال، با توجه به این که سرامیک­ها به عنوان عایق الکتریکی و حرارتی استفاده می­شود، ولیکن سرامیک­های اکسیدی (بر مبنای Y-Ba-Cu-O) برای هدایت حرارتی دما بالا کاربرد دارند. الماس، کاربید برلیوم و کاربید سیلسیم هدایت حرارتی بالاتر از آلومینیوم و مس دارند. با کنترل ریزساختار می­توان بر مشکل سفتی ذاتی آن­ها غلبه کرد و محصولاتی مثل فنرهای سرامیکی و کامپوزیت­های سرامیکی تولید کرد که حداقل بتوانند نصف چقرمگی فولاد را داشته باشند. سرامیک­ها را می­توان به گروه­های زیر تقسیم­بندی کرد:

1)اکسیدها: اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) و زیرکونیا (ZrO₂) مهمترین و پرکاربردترین سرامیک­های اکسیدی هستند. اکسید آلومینیوم (آلومینا) در تناژ بالا تولید و مصرف می­شود.

2)نیتریدها: نیترید سیلسیم (Si₃N₄) و نیترید آلومینوم (AlN) جزء سرامیک­های مهندسی پیشرفته در این گروه هستند. انواع و گروه­های مختلفی از این مواد وجود دارد، مخصوصا نیترید سیلسیم که خواص ویژه­ای دارد.

3)کامپوزیت­های سرامیکی: سرامیک­ها معمولا به عنوان تقویت کننده برای ساخت مواد کامپوزیتی استفاده می­شوند، مثل پلاستیک­های تقویت شده با شیشه و کامپوزیت­های زمینه فلزی مانند آلومنیویم تقویت شده با آلومینا. علاوه بر این، مواد سرامیکی پیشرفته به عنوان مواد زمینه در ساخت کامپوزیت استفاده می­شود.

روش­های متنوعی برای اتصال سرامیک­ها به یکدیگر و مواد غیرمشابه وجود دارد. این روش­ها، از اتصالات مکانیکی تا اتصال مستقیم متنوع است. شکل 1 روش­های اتصال­دهی سرامیک­ها را نشان می­دهد.

انتخاب هر یک از این رو-ها به عوامل زیر بستگی دارد:

1. عملکرد مطلوب قطعه مثل استحکام، عایق الکتریکی یا مقاومت به سایش
2. نوع موادی که باید به یکدیگر متصل شوند.
3. دمای اجرایی
4. کاربرد
5. میزان همگنی و یکنواختی اتصال
6. طراحی قطعه
7. هزینه

در حالی که همه موارد باید در نظر گرفته شود، معمولا دو عامل شباهت موادی که باید به یکدیگر متصل شوند و ظرفیت دمایی مورد نیاز جزء موارد مهم است. شکل 2 ظرفیت دمایی تعدادی از محیط­های اتصال­دهی را نشان می­دهد.

شکل 2: ظرفیت دمایی تعدادی از محیط های اتصال دهی

هنگام اتصال سرامیک­ها به فلزات لازم است تا یک فصل­مشترک بین مواد قرار گیرد. به طور کلی، فصل­مشترک باید موارد زیر را مرتفع کند:

1. اختلاف در ضریب انبساط حرارتی
2. نوع پیوند یعنی یونی/کووالانسی برای سرامیک­ها تا پیوند فلزی برای فلزات
3. عدم انطباق شبکه کریستالوگرافی بین سرامیک و فلز

در مقایسه با فلزات و پلیمرها، سرامیک­ها سخت، غیرمصرفی و خنثی هستند. از این رو، آن­ها در دمای محیط، محیط­های خورنده و کاربردهای تریبولوژیکی استفاده می­شوند. این کاربردها بر اساس ترکیب خواصی که برای صنعت جذاب است شامل موارد زیر می­باشد:

1. حفظ خواص در دمای بالا
2. ضریب اصطکاک کم (مخصوصا در نیروی زیاد و میزان روانکاری کم
3. ضریب انبساط کم
4. مقاومت به خوردگی خوب
5. عایق حرارتی
6. چگالی کم

سرامیک­های مهندسی برای تولید قطعات برای کاربرد در بخش­های مختلف صنعتی ساخته می­شوند که شامل زمینه­های سرامیکی برای قطعات الکترونیکی، روتورهای توربوشارژر و ضربه زن­ها در موتورهای اتومبیل است. علاوه بر این، یاتاقان­های بدون روانکار در صنایع فرآوری مواد غذایی، پره­های توربین هواپیما، میله­های سوخت هسته­ای، جلیقه­های سبک ضد گلوله، ابزارهای برش، پوشش­های سدهای حرارتی و تجهیزات کوره از کاربردهای متداول سرامیک­ها است.