用于通過具有添加加強物的非反應性釬焊接合由SiC為基礎的材料制成的部件的方法，釬焊組合物以及通過所述方法獲得的接合部和組件技術

本申請描述了一種通過非反應性釬焊接合由碳化硅為基礎的材料制成的至少兩個部件(1，2)的方法，其中，使部件(1，2)與非反應性釬焊組合物(3)接觸，將由部件(1，2)和釬焊組合物(3)形成的組件(1-3)加熱到足以完全地或至少部分地熔化釬焊組合物(3)的釬焊溫度，并且將部件和釬焊組合物(3)冷卻，從而使得在所述組合物已固化之后形成適度耐火接合部；其中，非反應性釬焊組合物(3)是按照原子百分比包括60%到66%的硅和34%到40%的鎳的二元合金，并且其中，在使部件(1，2)與釬焊組合物接觸之前，添加加強物。本申請還描述了一種用于由碳化硅為基礎的材料制成的部件的非反應性釬焊的組合物，其包括所述非反應性釬焊組合物，并且還包括加強物的添加，并且通過所述方法獲得接合部和組件。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及一種用于通過具有非反應性釬焊組合物以及加強物的增加的非反應性釬焊(non-reactive brazing)組裝、接合由碳化娃為基礎的材料制成的部件的方法，以用于特別是制備完全地以碳化硅為基礎的部件的目的。根據本專利技術的組裝、接合方法通常地在不超過1150° C (優選地在1020° C與1150° C之間)的溫度下執行。本專利技術還涉及釬焊成分以及通過該方法獲得的接合和組件，一種組件的最大使用溫度大致在850° C與880° C之間。通常,通過“適度耐火材料(moderately refractory)”意味著組裝部件的最大使用溫度大致在850° C與880° C之間。通過“碳化硅為基礎”的材料大致表示這樣的材料，即，其碳化硅成分在重量上等于或大于50%,優選地重量上等于或大于80%,進一步優選地重量上為100%,在該后一種情形中，可以說是該材料由碳化硅組成或構成。碳化硅可以是以碳化硅的纖維的形式或者通過陶瓷結合劑燒結或者結合的碳化硅的粉末。這些碳化硅為基礎的材料特別地可以是純碳化硅(諸如純a (a-SiC)或者純3(^ -SiC)碳化硅)、由滲入有硅的碳化硅(SiSiC)制成的基板、或者諸如具有碳化硅纖維和/或基質(matrix,基質)的復合物材料的碳化娃為基礎的復合物材料。本專利技術的
可以定義為在大致地不超過1150° C ((等同于釬焊平穩期(plateau)保持溫度的溫度)，優選地在1020° C到1150° C的溫度)的實施溫度釬焊。本專利技術相關的裝備因此大致地認為是“適度耐火材料”，即，這些組件的最大使用溫度大致是850° C到880° C的等級。這些組件可以進入到復雜形狀的部件的生產，在碳化硅為基礎的基板之間要求良好的機械強度并且可選地在接合的任一側處要求令人滿意的密封。
技術介紹
已知的是，難以制造由陶瓷制成(特別地由碳化硅制成)的大尺寸部件。在燒結大尺寸碳化硅中的主要部件之后，公差不好控制，并且由于成本相關的原因，這些部件的機械加工是不可接受的。此外，并且出于相同的原因，通常很難以諸如碳化硅的硅為基礎的化合物制造復雜形狀的部件。因此，通常優選的是從簡單形狀和/或小尺寸的陶瓷元件制造大尺寸和/或具有復雜形狀的部件或結構，并且然后組裝置這些元件以形成最終的結構。所述技術對于制造熱交換器類型的結構是特別有必要的，并且在碳化硅中的結構部件具有可能高達例如900° C、甚至1000° C的使用溫度。考慮到在諸如碳化硅的陶瓷的應用中使用的高溫，例如接近900° C到1000° C，這些陶瓷通過與有機粘合劑的接合被排除，因為該類型的組件的使用溫度最大不能超過200。 Co純機械組件，例如通過裝訂或擰緊，僅確保多個部件之間的局部、隨機的接觸。由此獲得的組件不能是不受影響的。機械強度僅通過裝訂釘與螺釘確保，這是有限的。為了確保接合的良好的機械強度，很關鍵的是在待連接的部件之間形成良好的粘附，這通過螺釘與裝訂釘是不可能的。此外，通過焊接的傳統的接合技術依靠具有或沒有填充金屬的能量束(TIG焊、電子或激光焊接)并且涉及待連接的部件的局部熔融不被用于組件陶瓷，因為其不能熔融陶瓷的基板或部件，并且特別地因為碳化硅在熔融之前分解。用于獲得陶瓷的耐火組件的通常技術是固相擴散結合和通過燒結或者共燒結接口 o對于通過擴散結合的組件來說，在界面之間以高溫施加壓力，以允許兩個基板之間的原子相互擴散。該溫度通常保持低于最小耐火材料的熔融點，并且因此在該系統中沒有液相。在沿著單個方向的按壓下、或者在等壓的室中獲得這種連接類型。擴散結合很適于接合兩種金屬合金并且很少適于接合陶瓷材料，因為形成陶瓷的原子幾乎不在接合處擴散。此外，從機械光電來說，該方法是抑制性的，因為其要求在壓縮多孔下布置易碎基板以及諸如碳化硅復合物的材料，所述基板和材料面臨在該機械按壓載荷下高度損壞的風險。通過燒結或共燒結由碳化硅制成的部件的接合要求高壓以及高溫和長的保持時間，因為該過程是以在碳化硅元件之間的相互擴散的原則為基礎的。換句話說，通過燒結的固相擴散結合和接合從實施的觀點來看具有被約束的弊端，因為-對于固相擴散結合來說，如果使用單軸按壓，該部件的形狀必須保持簡單，否則其要求復雜工具和準備，例如，如果使用HIP (熱等靜壓)，則需要制造外套、真空密封、熱等靜壓、外套的最終機械加工。-對于通過燒結的共燒結或接合來說，存在相同的問題(部件的形狀、實施復雜)與，此外，需要控制在待接合的兩種材料之間待插入的填充粉末的燒結。-這兩種技術額外地要求在高溫下使用長的保持時間(一個到幾個小時)，因為使用的過程依靠固相擴散。根據上述內容，并且總結起來，為了確保良好的機械強度(特別地并且可選地，組件的令人滿意的密封)，僅能夠設想使用液相的那些過程，諸如釬焊。釬焊是低成本技術，容易執行并且被最通常地使用。可以使用釬焊制備復雜形狀的部件，并且釬焊操作受限于在待接合的部件之間、或者在兩個部件之間的接合處附近布置被稱作釬焊合金的填充合金、熔化該合金、填充部件之間的接合，其中所述填充合金能夠在待接合的界面上方潤濕并且擴散。在冷卻釬焊之后，合金固化，從而使得組件能夠結合。對于碳化硅為基礎的材料中的部件來說，大部分釬焊組合物是不足以耐火。這些大致是由具有甚至遠低于1000° C的熔化點的金屬合金形成的釬焊組合物。所述熔化溫度對于在800° C或900° C的范圍中(例如從850° C到880° C)的溫度的應用是明顯地不夠的。此外，在500° C與之后，形成這些金屬釬焊組合物的部分的大部分化學元素與碳化硅是高度反應性的并且導致脆性的化合物。因此，對于通常地在1000° C以上的較高溫度的釬焊來說，不僅在釬焊操作過程中而且也在通過固相擴散的功能性使用過程中，所述釬焊組合物或者釬焊合金將會機械地攻擊碳化硅為基礎的材料。還指出的是，最少反應性的合金也是最不耐火的，諸如例如具有Ag-Cu基質的AgCuTi合金以及在低濃度中的活性鈦元素。對于本專利技術更特別地關注的應用來說(所述應用是具有適度耐火性組件的具有大致高達850° C (甚至880° C)的使用溫度的那些)，考慮到它們與碳化硅強烈的反應，主要含有銀、或銀-銅、銅、鎳、鐵、鈷、鉬、鈀或金的所有的反應性釬焊組合物因此被排除。在文獻[1、2、3]中呈現了更耐火并且具有高的硅含量的釬焊合金的配方、釬焊組合物。這些釬焊組合物與碳化硅幾乎不具有反應行為，甚至是非反應性的，這防止了脆弱化合物的形成。然而，非反應性或者非常低的反應性的該標準對于確保釬焊接合的良好的機械強度來說不是足夠的條件。在該文獻中，以二元硅為基礎的釬焊合金的屈服強度值相對于加入以硅為基礎的非反應性釬焊組合物的第二元素是最可變化的。例如，對于非反應性Fe-Si系(按照重量計45%Fe — 55%Si )來說，盡管在文獻[4]中指出的該組合物的非反應性，文獻[3]提及其具有2MPa的等級的極低的極限抗拉強度，同時對于Cr-Si系來說(按照重量計25%Cr-75%Si)，該相同的文獻[3]提到其具有12MPa的等級的更聞值。對于非反應性Co-Si系合金來說(按照重量計90%Si_10%Co)，文獻[I]提到在壓縮/剪切下的約IOOMPa的值。以硅為基礎的釬焊組合物本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.03.16 FR 10518721.一種用于通過非反應性釬焊接合、組裝由碳化硅為基礎的材料制成的至少兩個部件的方法，其中，使所述部件與非反應性釬焊組合物接觸，將通過所述部件和所述釬焊組合物形成的組件加熱到足以完全地或至少部分地熔化所述釬焊組合物的釬焊溫度，并且使所述部件和所述釬焊組合物冷卻，從而使得在所述釬焊組合物的固化之后形成適度耐火接合部，其中，所述非反應性釬焊組合物是按照原子百分比包括60%到66%的硅和34%到40%的鎳的二元合金，并且其中，在使所述部件與所述釬焊組合物接觸之前，執行加強物的添加供應。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述釬焊溫度等于或低于1150°C，優選地所述釬焊溫度是1020° C到1150° C，更優選地是1080° C到1100° C。3.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述釬焊組合物是按照原子百分比包括63%到65%的硅與35%到37%的鎳的二元合金。4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述釬焊組合物是按照原子百分比包括64%的硅與36%的鎳的二元合金。5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在所述釬焊組合物中，和/或在待組裝、接合的部件中的至少一個部件的待接合、組裝的表面中的至少一個表面上，和/或在待組裝、接合的部件中的至少一個部件的待接合、組裝的表面中的至少一個表面附近，和/或在待組裝、接合的部件中的待接合、組裝的表面之間，執行所述加強物的所述添加供給。6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述加強物由從諸如碳化硅的陶瓷和碳中選擇的材料制成。7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述加強物是以下的形式例如粉末的顆粒；纖維；纖維的非紡織物；纖維的紡織織物；氈；或泡沫材料。8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，加強物的所述添加相對于所述釬焊組合物的體積以按照體積至多50%的量執行，優選地按照體積I到49%的量，更優選地按照體積5到49%的量。9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，當加強物是顆粒或纖維的形式時，將這些顆粒或者這些纖維以懸浮形成布置在有機結合劑中，以獲得加強顆粒或纖維的懸浮物或糊狀物，并且用加強顆粒或纖維的所述懸浮物或者糊狀物涂覆待組裝的所述部件中的至少一個部件的待接合、組裝的至少一個表面。10.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，例如于在所述釬焊組合物中、和/或在待組裝、接合的所述部件中的至少一個部件的待接合、組裝的表面中的至少一個表面上添加、供應所述加強物之前，使所述加強物在高真空下在1300° C到1500° C的溫度下經受熱處理2到4小時的時間，所述溫度例如為1400° C，所述時間例如為3個小時，然后將所述加強物可選地存儲在惰性氣氛中，例如存儲在氬氣氣氛中。11.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，形成釬焊組合物的末，將所述粉末布置在有機粘結劑的懸浮物中以獲得釬焊組合物的懸浮物或糊狀物，并且將所獲得的釬焊組合物的所述懸浮物或糊狀物沉積在待接合、組裝的所述部件中的至少一個部件的至少一個表面上。12.根據權利要求11所述的方法，其中，用釬焊組合物的所述懸浮物或糊狀物涂覆待組裝、接合的所述部件中的至少一個部件的待接合、組裝的至少一個表面，將待組裝、接合的所述部件的待接合、組裝的所述表面布置成接觸，從而釬焊...

【專利技術屬性】
技術研發人員：瓦萊里·肖馬，讓弗朗索瓦·埃納，
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：