本申請描述了一種通過非反應性硬釬焊，用于連接由碳化硅基材料制成的至少兩個零件（21，22）的方法，其中使所述零件與非反應性硬釬焊組合物（26）接觸，將由所述零件（21，22）和所述硬釬焊組合物（26）形成的組件加熱至足以全部地或至少部分地熔化所述硬釬焊組合物（26）的硬釬焊溫度，并且將所述零件（21，22）和硬釬焊組合物（26）冷卻，使得在所述硬釬焊組合物固化之后，形成耐火接頭；其中所述非反應性硬釬焊組合物（26）是按原子百分數計包括45%至65%的硅、28%至45%的鎳、以及5%至15%的鋁的合金。還描述了如上定義的硬釬焊組合物，包括所述硬釬焊組合物的粉末和有機粘合劑的硬釬焊糊劑、懸浮液。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及通過用非反應性硬釬焊組合物進行非反應性硬釬焊，用于連接、組裝由碳化硅基材料制造的零件的方法，具體地用于制備完全基于碳化硅的部件的目的。根據本專利技術的連接、組裝、方法通常在不超過1150°C，優選在1040°C至1150°C之間的溫度下實施。本專利技術進一步涉及硬釬焊組合物，并且涉及通過這種方法獲得的接頭和組件，其 組裝部件的最大使用溫度通常在950°C至980°C之間的組件。“碳化硅基”材料一詞通常是指其SiC含量等于或高于按重量計50%，優選等于或高于按重量計80%，進一步優選按重量計100%的材料，在后一種情況中，可以說所述材料由碳化娃組成或由其構成。碳化硅可以處于碳化硅纖維形式或者燒結的或通過陶瓷粘合劑結合的碳化硅粉末的形式。值得注意地，這些碳化硅基材料可以是純碳化硅(例如純α (a-SiC)或純β(β -SiC )碳化硅)，用滲有硅的碳化硅(Si SiC )制造的基底，或SiC基復合材料(例如具有碳化硅纖維和/或基質的復合材料)。可以將本專利技術的
定義為在通常不超過1150°C的實施溫度(等于硬釬焊平臺期、保持溫度的溫度)下，優選在1040°C至1150°C的溫度下的硬釬焊。因此本專利技術考慮的組件通常認為是“適度耐火的”，即這些組件的最大使用溫度通常是950°C至980°C的等級。這些組件可以用于生產在碳化硅基基底之間需要良好的機械強度以及可選地在接頭的任一側需要令人滿意的密封性的復雜形狀的部件。
技術介紹
已知的是很難制造由陶瓷制造的(具體地由SiC制造的)大尺寸零件。在燒結由碳化硅制造的大尺寸初級部件之后公差不好控制，并且由于成本相關原因，這些部件的機械加工性是不能接受的。此外，并且由于同樣的原因，通常難以用硅基化合物例如碳化硅來制造復雜形狀的零件。因此，通常優選由簡單形狀和/或較小尺寸的陶瓷元件來制造具有較大尺寸和/或復雜形狀的零件或結構，并且然后優選組裝這些元件來形成最終結構。所述技術對于制造熱交換器類型的結構以及具有可能達到高達例如900°C，甚至1000°c的使用溫度的碳化硅的結構部件是尤其必要的。由于高溫，例如接近900°C至1000°C，用于陶瓷(例如碳化硅)的應用中，排除了通過用有機粘合劑結合來連接這些陶瓷，因為這種類型組件的使用溫度最多不能超過200°C。純機械組裝，例如通過U形釘連接或螺釘連接，僅確保零件之間部分地、隨機地接觸。這樣獲得的組件不可能是密封的。機械強度僅由U形釘以及螺釘來確保，這是有限的。為了確保接頭良好的機械強度，在不可能用螺釘或U形釘連接的零件之間建立良好的粘合是必要的。此外，通過依賴于具有或不具有金屬供應的能量束(TIG，電子或激光焊接)的焊接以及涉及部分熔化有待連接的零件的常規連接技術不能用于組裝陶瓷，因為不可能熔化陶瓷制造的基底或零件，并且特別地因為在熔化之前碳化硅分解。用于獲得陶瓷的耐火性組件的常用技術是通過燒結或共燒結的固相擴散粘合以及連接。對于通過擴散粘合的組件而言，在高溫下在界面之間施加壓力以允許在兩種基底之間原子相互擴散。溫度必須始終保持低于最小耐火材料的熔點，并且因此在系統中不存在液相。這種類型的連接在單一方向上在壓力下，或在等壓室中獲得。擴散粘合很好地適用于連接兩種金屬合金但是非常差地適用于連接陶瓷材料，因為在連接處形成陶瓷的原子很少擴散。此外，從機械的觀點看，該方法是不可行的，因為它要求在壓力下放置多孔的易 碎基低以及多種材料例如碳化硅復合物，在這種機械壓縮載荷下這些材料具有高度損壞的風險。通過燒結或共燒結由SiC制造的零件來進行連接不但需要高壓而且另外地需要高溫，以及較長的保持時間，因為這種方法是基于SiC元件之間相互擴散的原理。換言之，從實施的觀點看，通過燒結的固相擴散粘合以及連接具有受限制的缺點，因為-對于固相擴散粘合而言，如果使用單軸向加壓，零件的形狀必須保持簡單，否則就需要復雜的刀具加工以及制備，例如需要制造護套、真空密封、熱等靜壓、最終對護套進行機械加工(如果使用HIP (熱等靜壓)的話)。-對于通過燒結的共燒結或連接而言，問題仍然相同(零件的形狀，復雜的實施方式)，此外，需要控制有待連接的兩種材料之間有待插入的填料粉末的燒結。-這兩種技術另外地需要在高溫下使用較長的保持時間(一至數小時)，因為所使用的方法依賴于固態擴散。承接上文，并且進行概括，為了特別地保證良好的機械強度，以及可選地組件的令人滿意的密封性，可以考慮僅使用液相的那些方法例如硬釬焊。硬釬焊是低成本技術，易于實施并且是最常使用的。可以使用硬釬焊來制備復雜形狀的零件，并且硬釬焊操作限于將稱為硬釬焊合金的填料合金放置在有待連接的零件之間，或在兩個零件之間的接頭附近，以及熔化能夠潤濕并且在有待連接的界面上鋪展的這種合金，填充零件之間的接頭。在冷卻之后，硬釬焊合金固化，以確保組件的結合。用于碳化硅基材料的零件的大部分硬釬焊組合物是不夠耐火的。這些通常是由具有低于甚至遠低于1000°c的熔點的金屬合金形成的硬釬焊組合物。所述熔化溫度對于在900°C至1000°C范圍內的溫度(例如從950V至980V )下的應用顯然是不夠的。此外，在等于以及大于500°C時形成這些金屬硬釬焊組合物的零件的大部分化學元素與碳化硅具有高度反應性，并且生成易碎化合物。其結果是，對于在通常高于1000°C的較高溫度下的硬釬焊而言，不但在硬釬焊操作期間而且在通過固態擴散進行功能性使用期間所述硬釬焊組合物或硬釬焊合金將化學侵蝕碳化娃基材料。還應當指出的是，最小反應性合金也是最小耐火性的，像例如具有Ag-Cu基質和低濃度活性Ti元素的AgCuTi合金。對于本專利技術更具體考慮的應用而言(所述應用是具有通常高達950°C，甚至980°C的使用溫度的適度耐火組件的應用)，由于它們與碳化硅強烈的反應性，因此可以排除主要含有銀，或銀-銅、銅、鎳、鐵或鈷，鉬、鈀或金的所有反應性硬釬焊組合物。在文獻中提供了更耐火的并且具有高硅含量的硬釬焊合金、硬釬焊組合物的配方。這些硬釬焊組合物與SiC幾乎沒有反應行為，甚至無反應性，這防止形成脆性(易碎)化合物。然而，對于保證硬釬焊接頭的良好機械強度而言，無反應性或非常低反應性的這種標準不是充分條件。在文獻中，相對于加入硅基非反應性硬釬焊組合物的第二元素，二元硅基硬釬焊合金的屈服強度值是最大變量。例如，對于非反應性Fe-Si系統(按重量計45% Fe_55%Si)而言，文獻提出2MPa等級的極低的極限拉伸強度，雖然文獻中指出了這種組合物的非反應性，然而對·于Cr-Si系統(按重量計25%Cr-75%Si)而言，同一個文獻給出了 12MPa等級的較高數值。對于非反應性的Co-Si合金(按重量計90%Si_10%Co)而言，文獻提出在壓縮/剪切下約IOOMPa的值。硅基硬釬焊組合物的特性，特別地機械特性是完全不可預測的，并且完全不能從已知的Si基硬釬焊組合物的機械特性中推出，即使是非常相近的類型。換言之，當尋求制備硅基硬釬焊組合物，具體地硬釬焊SiC零件時，絕對不可能涉及由其他已知的Si基硬釬焊組合物展示的可接受的機械性質，因為無論考慮用硅硬釬焊的一種或多種金屬的類型還是其比例，Si基硬釬焊組合物的較小的任何改變，都可能導致組合物特性以及具體地其機械特性不可本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...
【專利技術屬性】
技術研發人員：瓦萊里·肖馬，讓弗朗索瓦·埃納，納迪婭·米勞德阿里，
申請(專利權)人：法國原子能及替代能源委員會，
類型：
國別省市：
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