Brevet FR2007667A1 — publié le 19700109

i • • • La présente invention concerne"la" liaison de deux pièces, et en particulier de deux pièces en matière céramique par diffusion. En particulier, des pièces en matière céramique, par exemple en alumine> en magnésie, en oxyde de zir-5 conium et autres, sont liées en plaçant une feuille mince d'un métal réactif convenable ou un hydrure ou un oxyde en poudre de métal entre les deux pièces en matière céramique et en chauffant cet ensemble dans une atmosphère oxydante ou inerte convenable à line température permettant la fusion de la feuille ou de 10 la poudre de métal et la dissolution d'une partie de la matière céramique dans cette matière fondue. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique N° 2 979 81?, 2 667 431, 2 570 248, 3 065 533 et 2 996 401 décrivent•différents procédés pour unir une pièce en matière céramique à une autre 15 pièce en matière céramique, mais cependant, toutes ces liaisons comportent une liaison mécanique ou bien utilisent pour former line liaison chimique une matière supplémentaire, en plus du métal réactif utilisé selon la présente invention. En particulier,le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2 979 813 précité concerne la 20 liaison de pièces en graphite en plaçant un métal formant un carbure, tel que le titane ou le zirconium, entre les éléments à unir et en soumettant la région à unir à une température comprise entre 1750°C et 2500°C pour former un carbure, en maintenant cette région à cette température pendant un temps suffisant pour permet-25 tre la volatilisation d'une partie du métal formant le carbure, et en refroidissant ensuite cette région pour précipiter le graphite, afin qu'il forme une partie substantielle de la matière unissant les éléments. Le procédé selon la présente invention n'utilise pas le mécanisme de formation d'un carbure, et sous ce rapport il ne •30 peut pas être considéré comme étant le même procédé pour unir des éléments en matière céramique. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2 667 431 précité décrit la liaison de métaux tels que le titane, le zirieônium, les alliages de titane et de cuivre et autres à des matières cérami-35 ques en plaçant la matière céramique et le métal ou l'alliage en contact et en soumettant les surfaces en contact à des mouvements de friction pour provoquer le dépôt d'une pellicule du métal ou de l'alliage sur la surface de la matière céramique. Il est évident 13824 2 2007667 que le mécanisme utilisé dans ce cas est de nature mécanique con-. trairement à. la liaison chimique obtenue selon la présente inven-tion. : ' '5 lLC' Le brevet des Etats-Unis d'AmériqueN" 2'570 425 pré-5 cité décrit un procédé-pour unir des pièces en matières réfractai-res non métalliques,- telles que le graphite et différentes ^matiè-res céramiques. Ce procédé comporte l'utilisation d'un mélange d'hydrure de titane, etc, et d'un métal de soudure placé entre les pièces à unir. Les pièoes sont chauffées- à une température supé-lOrieure à 400°C pour dissocier l'hydrure et faire fondre la soudure sous une âtmôphère inerte. Le refroidissement des pièces se traduit par la formation d'une liaJson chimique entre les pièces en matière réfractaire et par une jonction conductrice électriquement. Le procédé selon la présente invention utilise un métal réactif 15 tel que le titane ou le zirconium, irais sont sans addition de métal de soudure. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 065 533 précité ooncerne l'union d'une matière céramique et d'un métal, mais cependant il peut aussi être utilisé pour, unir des pièoes en ma-20 tière céramique. Ce procédé consiste à utiliser une pièce mince en titane entre les éléments à unir, à placer un métal de soudure en contact avec le bord de la pièce en titane, à chauffer cet ensemble dans une atmosphère exempte d'oxygène à une température provoquant la fusion de la soudure et le mouillage de la pièce en tita-25 ne par action capillaire, et provoquant ainsi une solution partielle de la pièce en titane, et à refroidir l'ensemble pour former une liaison entre les deux éléments à unir. Il sera noté qu'avec ce procédé, la liaison est formée par un alliage de titane et de soudure et non par la pièce en titane. 30 Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2 996 401 pré cité décrit un procédé pour métalliser les matières céramiques et et en particulier l'alumine. Un mélange de poudres métalliques contenant 1 à 25# en poids de titane est placé sur la surface devant être métallisée et il est cuit sous atmosphère réductrice à une 35 température au moins égale à la température de frittage du mélange. Ce brevet indique aussi l'action chimique entre le titane et l'alumine .qui se traduit par l'oxydation du titane par l'alumine. Le pourcentage préféré est 1 à-25# en poids de titane en raison de l'importance de la réaction entre le titane de la ■«- 69 1.3824 3 2007667 . .. Jpière .céramique. Le procédé selon la présente invention est utile pour unir non seulement l'alumine, mais d'autres matières cérami-;,:,ù ques,- tels la magnésie et l'oxyde de zirconium, ces matières 5,.--,. céramiques étant utiles pour constituer des récipients pour le raf-....... finage;, du plutonium liquide et aussi pour les thermocouples pour le , plasma»-. la présente invention concerne tin procédé de liaison par diffusion suivant lequel la matière céramique est liée à un autre ^ Jf?3 élémentc.en matière céramique en utilisant un métal sous la forme _.,^î.0a dîune^feuille mince ou line poudre d'un hydrure ou d'un oxyde du ,_mé£al, -.par exemple de titane, d'aluminium ou de vanadium réagis-, ,(is^nt.,avec la matière céramique d'une façon suffisante pour qu'une ^partie de cette matière céramique soit dissoute dans le métal fon-,du. Après refroidissement, la liaison est constituée par un 15„ cristal à l'état solide de la phase de mélange céramique précipité sous cette forme à travers l'interface de la jonction „ . r Un avantage de la présente invention par rapport aux techniques antérieures indiquées ci-dessus est que la Jonction peut supporter des températures extrêmement élevées, parce que la matière de la 20 - jonction est essentiellement la matière céramique elle-même. Le métal .utilisé est dans une certaine mesure seulement un milieu pour : provoquer la dissolution de la matière céramique à l'interface et .... .permettre sa précipitation à travers l'interface de jonction avec .. .formation de matière céramique à l'état solide. 25- — i-v-la. présente invention a par suite pour objet un pro-.. ^...^aédé .perfectionné pour unir une matière céramique à une autre piè-. ce :en..matière céremLque, la jonction pouvant supporter des tempé--9 ratures voisines du point de fusion de la matière céramique. Les caractéristiques de l'invention ressortiront _ . pq -;:,plu& particulièrement de la description suivante d'un exemple de ... ,,, Jitse,^en oeuvre préféré. -..w-, rifr^„ Du titane ou un autre métal réactif convenable est -îioo cîiijpx j.±j£uf srn - . utilisé comme élément favorisant la diffusion entre deux pièces en CÎÎÎBV9Û âOSl'UM matière .céramique Alo0,. L'ensemble est chauffé dans une atmosphère ■sau -s xol-X-JOU 2 ; ^ 35 oxydante, ou une atmosphère inerte convenable jusqu'à la fusion du s-gasr&fn i/i? , ,r ^métaL et la dissolution d'une certaine quantité de la matière cé- v/Xïi C o'> 9ilX>OXo ramique, dans le métal fondu. Il en résulta un déplacement de l'é-aJ .snimtaB i r qullibre et la précipitation de Al_0, et d'oxyde de titane sous noaisi s 2 3" 1 3824 4 2007667 la forme d'un cristax. à l'état solide à travers l'interface de jonction. Bien que L'invention soit illustrée par un. mode de mise en oeuvre particulier.,. 4-L est évident que différentes rodifica-tions et variantes peuvent être envisagées sans que- l'on sorte de son cadre. En particulier, n'importe quel métal-, tel que l'aluminium ou le vanadium, réactif avec-la-matière céramique choisie convient si le métal fond pour dissoudre. une; partie de la matière céramique. 1 3824 5 2007667' • • : ' • ' BS7EHDICATIONS 1. Un procédé pour la liaison par diffusion d'une pièce en matière: céramique à une autre pièce en matière céramique caraot&j • risé'en ce qu'un'métal est placé entre les deux pièces eh matière *1 céramique, l'ensemble étant ensuite chauffé dans une atmosphère 5' oxydante ou inerte jusqu'à la fusion du métal et la dissolution d'une partie de la matière-céramique dans" le métal fondu et étant finalement refroidi jusqu'à la température ambiante. 2. L« procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le métal est utilisé sous la forme d'une feuille mince. 10 3» procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le métal est utilisé sous la forme d'un oxyde. 4. Le procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce: que le métal est utilisé sous la forme d'un hydrure. ! 5. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4 carac-15 térisé en ce que le métal est de l'aluminium. : 6. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4 carac--. térisé en ce que le métal est du titane. \ i 7. Le procédé selon l'une des revendications 1 à 4 carac-| térisé en ce que le métal est du vanadium.