陶瓷對陶瓷接合件及相關方法技術

本發明專利技術提供了一種陶瓷對陶瓷接合件及其制備方法。通常，接合件包含第一陶瓷部件（15）和第二陶瓷部件（20），其中所述第一陶瓷部件（15）和第二陶瓷部件（20）分別包含碳化陶瓷或者氮化陶瓷材料。在一些情況下，鋁引發的接合區域對第一陶瓷部件（15）和第二陶瓷部件（20）進行接合。該接合區域通常包含從第一陶瓷部件（15）和第二陶瓷部件（20）擴散進入到接合區域的化學物質。此外，第一陶瓷部件（15）和第二陶瓷部件（20）通常分別包含與接合區域相鄰設置的接合擴散區，該接合擴散區包含從接合區域擴散進入到接合擴散區的鋁物質。還描述了其他實施方式。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般涉及陶瓷材料。更具體地，本專利技術提供了一種陶瓷對陶瓷接合件及其制備方法，所述接合件包含多相陶瓷結合區域。
技術介紹
將一片陶瓷材料與另一片陶瓷材料或者一片金屬接合的方法可用于許多
實際上，制造許多復雜多功能系統(例如，熱交換器、燃氣輪機、發動機以及高溫和低溫·都能使用的其他系統)要求陶瓷與其他陶瓷或者金屬進行接合。在一些情況中，使用金屬釬焊技術將一件陶瓷與另一件陶瓷連接，或者將一件陶瓷與金屬連接。但是，一些金屬釬焊在氧化環境，特別是高溫下易受到氧化。因此，當用金屬釬焊形成的接合件用于氧化環境和高溫時，氧化作用傾向于使得接合變弱并縮短其運行壽命。雖然已經對一些釬焊技術進行了改進，從而提升了它們制得的釬焊和接合件在高溫下氧化作用的抗性，但是所述改進未必是沒有缺點的。例如，在許多情況下，一些釬焊技術所提升的抗氧化性會帶來接合強度的降低，以及釬焊對陶瓷基材進行侵潤能力的降低。因此，盡管存在用于將一件陶瓷與另一件陶瓷(或金屬)進行連接的技術，該技術仍存在包括如上所述的挑戰。針對這一點，本領域需要一種技術，該技術使得特定類型陶瓷間的結合之如金屬釬焊般容易(金屬釬焊形成了高溫下具有優秀強度特性的接合件)，但是該接合件沒有由于氧化作用及其相關弱化和特性損失導致的溫度限制的相關缺陷。因此，用其他接合技術對某些傳統釬焊技術進行增強或者甚至替換對于本領域是一種改進。專利技術概述本專利技術提供了一種陶瓷對陶瓷接合件及其制備方法。在一些實施方式中，接合件包含第一陶瓷部件，其中所述第一陶瓷部件是碳化陶瓷或者氮化陶瓷。此外，接合件包含第二陶瓷部件，其中所述第二陶瓷部件是碳化陶瓷或者氮化陶瓷。除此之外，接合件包含鋁引發的接合區域，該接合區域連接了第一和第二陶瓷部件。在此方面，接合區域包含來自第一和第二陶瓷部件，并在所述接合區域中發生擴散的化學物質。進而，第一陶瓷部件包含設置在與接合區域相鄰位置的第一接合擴散區，所述第一接合擴散區包含來自接合區域并在第一接合擴散區中發生擴散的鋁物質，第二陶瓷部件包含設置在接合區域相鄰位置的第二接合擴散區，所述第二接合擴散區包含來自接合區域并在第二接合擴散區中發生擴散的鋁物質。在其他實施方式中，接合件包含第一和第二陶瓷部件，所述第一和第二陶瓷部件分別包含選自碳化陶瓷或者氮化陶瓷的材料。此外，在該實施方式中，接合件還包含連接了第一和第二陶瓷部件的鋁引發的接合區域，該接合區域的特征在于化學物質在接合區域和鄰接的第一和第二陶瓷部件之間發生擴散和逆擴散。雖然接合區域可以具有任意合適的強度，但是在一些情況下，所述接合區域的接合強度大于第一和第二陶瓷部件的本體強度的50%。在其他情況下，接合件的強度比第一和第二陶瓷部件的本體強度大約60%、約70%、約80%和約90%。但是在其他情況下，接合件的強度大于或等于第一和第二陶瓷部件的本體強度。對于形成陶瓷對陶瓷接合件的方法，在一些實施方式中，該方法可以包括以下步驟得到第一陶瓷部件和第二陶瓷部件，將(包含鋁的)接合引發劑置于在所述第一陶瓷部件和第二陶瓷部件之間并與它們相鄰的接合區域中，將接合引發劑以及與所述接合引發劑相鄰的第一和第二陶瓷部件加熱到大于約700° C的溫度一段時間，該時間足以引起接合引發劑與鄰接的第一和第二陶瓷部件之間的化學物質發生擴散和逆擴散。在其他實施方式中，將接合引發劑以及相鄰的陶瓷基材加熱到以下溫度約800° C、約900° C和約1,000。Co 通過以下描述和所附權利要求書或者通過學習下文中所述的本專利技術的實踐，可以更充分地理解本專利技術的這些特征和優點。附圖說明為了得到并易于理解實現本專利技術的上述及其他特征和優點的方式，下面結合附圖所示的具體實施方式更詳細地描述了上文已作出簡單描述的本專利技術。應當理解這些附圖僅描述了本專利技術的代表性實施方式，并且不是按比例繪制，因此不應視為對其范圍的限制，本專利技術將通過使用如下附圖由補充特點和細節得以描述和解釋圖I顯示了在形成多相陶瓷接合件之前，在第一和第二基材之間的接合引發劑的一些實施方式的示意圖；圖2顯示了用于形成多相陶瓷接合件的方法的代表性實施方式的流程圖；圖3-5分別顯示了鋁引發的接合件的一些實施方式的掃描電鏡的截面圖；圖6-9所示分別是能量色散X-射線光譜結果，顯示了在接合區域的代表性實施方式中的化學物質的交叉擴散，其中所述X-射線光譜結果來自圖4所示的鋁引發的接合件中的不同位置；圖10顯示了用于形成多相陶瓷接合件的改進方法的代表性實施方式的流程圖；圖11顯示了通過掃描電鏡得到的鋁引發接合件的一些實施方式的截面圖，其中所述接合件用單步加熱步驟制備；圖12顯示了通過掃描電鏡得到的鋁引發接合件的一些實施方式的截面圖，其中所述接合件用多步加熱步驟制備；圖13-15所示分別是能量色散X-射線光譜結果，顯示了在接合區域的代表性實施方式中的化學物質的交叉擴散，其中所述X-射線光譜結果來自圖12所示的鋁引發的接合件中的不同位置；以及圖16所示是一些試驗結果圖，其指出了幾種類型的陶瓷對陶瓷接合件的所得的失效位置。專利技術詳述說明書中提及的“一個實施方式”或“一種實施方式”或者類似語言表示結合實施方式描述的具體特征、結構或性質包括在本專利技術的至少一個實施方式中。因此，在本說明書中各種地方出現的短語“在一個實施方式中”或“在一種實施方式中”可以，但未必都涉及同一個實施方式。此外，雖然以下描述涉及本專利技術的各種組件和方面的數種實施方式和實施例，但是所有的所述實施方式和實施例應理解為在所有方面僅起了說明作用，而不是以任意方式進行限制。此外，本專利技術所述的特征、結構、或性質可以任何合適的方式組合在一個或多個實施方式中。在如下描述中，提供了各種具體詳述，例如合適的陶瓷、接合引發劑、加熱方法、清潔方法等，以提供對本專利技術的實施方式的完全理解。但是相關領域的普通技術人員能認識到，本專利技術能在一個或多個具體細節缺失或經由其他方法、組件材料等實施。在其他情況下，沒有顯示眾所周知的結構、材料或操作或者對其進行詳述，以避免模糊本專利技術的各個方面。 用于在陶瓷之間形成接合件的許多傳統的釬焊技術包含以下步驟用來自釬焊材料的化學物質對陶瓷基材進行侵潤，陶瓷基材自身之間沒有任意明顯的本體相互作用和改變。也就是說，在許多傳統釬焊技術中，盡管在形成接合件時釬焊材料自身的化學性質和相會發生改變，但是釬焊材料仍基本是獨立的，并與陶瓷本體發生粘結。作為結果，由一些傳統釬焊技術制得的接合件基本依賴于釬焊材料及其化學物質對于相應陶瓷基材的侵潤(以及凝固)。相反地，本專利技術的一些實施方式提供了陶瓷對陶瓷接合件(及其制備方法)，其涉及多相陶瓷的原位形成。在此方面，可以通過化學物質從接合引發劑(例如，鋁箔)擴散進入到兩個或更多個相鄰陶瓷基材中，并通過化學物質從陶瓷基材逆擴散進入到接合引發劑(或者進入初始所在的區域)中來形成所述的接合件。當發生該擴散和逆擴散時，在連接的陶瓷基材本體之間的接合區域中可以形成多種陶瓷。因此，所述陶瓷對陶瓷接合件在本文可以稱作多相陶瓷接合件。例如，圖I顯示了一些實施方式，其中接合引發劑10 (即，鋁層)位于第一陶瓷部件(或基材)15和第二陶瓷部件(或基材)20之間。雖然圖I顯示了接合件形成之前的接合引發劑10和基材(15和20)，該圖顯示了對各種本文檔來自技高網...

【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：J·費洛斯，M·威爾森，
申請(專利權)人：塞拉麥泰克股份有限公司，
類型：
國別省市：