Brevet FR2498503A1 — publié le 19820730

Procédé Pour réunir des pièces en carbure de silicium obtenues par frittaae-réaction et des pièces en fer ou autre métal, ainsi qu'une électrode d'ionisation fabriquée suivant ce procédé. L'invention concerne un procédé pour réunir des piè- ces en carbure de silicium obtenues par frittage-réaction et des pièces en fer ou autre métal. La réunion par contact d'éléments semiconducteurs céramiques du type en carbure de silicium a toujours été problématique. Parmi les procédés connus pour la réalisa- tion de transitions électriques et mécaniques on peut citer des liaisons métal sur métal par projection de mé- taux fondus dans une flamme ou par retrait. Lors de l'u- tilisation de hautes températures, par exemple de tempé- ratures comprises entre 600-700OC, le métal fondu projeté à la flamme peut être éliminé en brûlant, et d'autres liaisons, telles que les liaisons métal sur métal par retrait, sont instables du point de vue mécanique par suite des effets thermiques importants. L'invention se propose de fournir un procédé pour établir une liaison sûre et résistante à la chaleur entre des parties métalliques et des pièces en carbure de silicium. Suivant l'invention, la pièce en carbure de silicium est fixée sur la pièce en fer ou autre métal à l'aide d'un liant constitué par du silicium et un métal, puis en chauf- fant la liaison. De préférence, le liant est un mélange eutectique de silicium et du métal utilisé, par exemple du fer. De ce fait on obtient une liaison électrique et mécanique stable du point de vue thermique entre la pièce en carbure de silicium et la pièce en fer. L'utilisation d'une électrode d'ionisation est connue pour le contrôle de la flamme de brûleurs à mazout ou I gaz. De telles électrodes reposent sur le principe connu que l'électrode, par exemple une électrode en fer, est amenée dans la région de la flamTre, ce qui a pour effet que la flamme ionise le trajet entre l'arrivée de -2- combustible du brûleur et l'électrode de sorte qu'il peut circuler un courant électrique. Dans le cas de brû- leurs à flamme bleue qui n'émettent aucune lumière visi- ble, on a utilisé un détecteur d'ultraviolets. Cependant, un tel détecteur n'est pas souvent utilisable, par exemple lorsque le brûleur est entouré par une chambre de recirculation. Dans de tels brûleurs on prévoit par conséquent une électrode d'ionisation qui présente cepen- dant l'inconvénient que le matériau se dégrade, c'est 1o pourquoi elle possède une durée de vie relativement courte en raison de la température très élevée de la flamme, qui de façon typique dans les brûleurs à flamme bleue est dans la gamme allant de 1400 à 15000C. L'invention se propose donc en outre de fournir une électrode plus résistante. Ceci est obtenu suivant l'in- vention grâce au fait que l'électrode a la forme d'une tige et qu'au moins la partie de la tige qui pénètre dans la flamme est constituée par un matériau semiconducteur en carbure de silicium obtenu par frittage-réaction. De façon avantageuse, le matériau semiconducteur s'étend sur une longueur telle que la liaison avec la partie métallique se trouve sensiblement à l'extérieur de la région de la flamme. En tenant compte de la fragili- té du bloc d'électrode, il convient que l'électrode soit aussi courte que possible. D'autre part, la température élevée pose des problèmes en ce qui concerne la fixation sur la partie métallique de l'électrode. Même à l'extérieur de la flamme la liaison est soumise à une température élevée d'environ 600-7000C. Dans le cas de telles tempé- ratures, on peut utiliser en particulier le procédé sui- vant l'invention pour réunir la partie métallique de l'électrode d'ionisation et la tige en carbure de sili- cium. En fixant l'extrémité de l'électrode sur la partie métallique suivant l'invention, c'est-à-dire à l'aide d'un liant constitué par du silicium et du fer, de pré- férence un mélange eutectique de silicium et de fer, on obtient une électrode résistante. Le système eutectique -3- se lie aussi bien à la tige en carbure de silicium qu'à la pièce en fer. La liaison en tant que telle peut être obtenue grâce au fait que la tige en carbure de silicium est pla- cée dans un évidement d'une tige en fer, qu'un mélange de poudre de silicium et de poudre de fer est placé dans l'espace intermédiaire entre la tige en carbure de sili- cium et la tige en fer, et que la pièce est ensuite chauffée à plus de 12000C. On peut utiliser par exemple un rapport 1/1 pour le mélange. De ce fait la poudre de silicium et la poudre de fer forment un mélange eutecti,- que qui se lie avec la tige en carbure de silicium et la pièce en fer. Le cas échéant la pièce métallique agglomérée par frittage peut entourer complètement la tige au carbure de silicium. On obtient de ce fait une pièce stable du point de vue mécanique qui est facilement maniable du fait que l'enveloppe frittée protège la tige céramique en carbure de silicium un peu fragile. La partie de la pièce métallique frittée qui est soumise à l'action de la flamme est naturellement dégradée, mais il reste cependant une partie qui entoure la tige stable en car- bure de silicium dans la région un peu éloignée de la flamme o la température n'est que de 700-8000C. Par conséquent, seule la partie qui se trouve directement dans la partie à haute température de la flamme est attaquée par la corrosion. En outre, l'électrode métallique peut comporter une zone affaiblie à l'extérieur de la partie frittée. Ceci permet de donner à l'extrémité fragile,située le plus à l'extérieur de l'électrode,une inclinaison par rapport au reste de l'électrode, dans une position sou- haitée, sans endommager cette partie. Suivant un autre mode de réalisation, un corps métal- lique est enfilé sur au moins l'extrémité de la tige en carbure de silicium et les deux parties sont réunies par frittage en les portant à une température de 11000C. Le -4- frittage provoque un certain retrait, tandis qu'on obtient simultanément dans la région de transition une liaison mécanique et électrique intime qui résiste également dans le cas de températures élevées. Si dans ce cas également la température est portée au-delà de 1200WC, on obtient un système eutectique qui donne une transition encore plus stable et un bon contact électrique. La pièce ainsi fabriquée est brasée, soudée ou fixée d'une autre manière sur les parties de l'électrode s'éloi- gnant de la zone de la flamme. De préférence, l'agglomération par frittage de la pièce métallique est effectuée avec un compactage simulta- né, éventuellement un compactage isostatique. On obtient de ce fait une surface de transition très compacte et solide de la pièce métallique agglomérée par frittage. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de plusieurs modes de réali- sation préférés mais non limitatifs représentés aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente une électrode d'ionisation comportant une tige en carbure de silicium, logée dans une monture en fer; la figure 2 représente l'électrode terminée fabri- quée suivant le procédé illustré sur la figure 1; la figure 3 représente un palpeur d'ionisation dans lequel la tige en carbure de silicium est complètement entourée par un matériau métallique aggloméré par frittage; les figures 4 et 5 représentent le palpeur de la figure 3 après une certaine utilisation; et la figure 6 représente deux exemples a et b d'une tige en carbure de silicium munie d'une pièce métallique agglomérée par frittage et ayant subi un retrait. Une tige céramique en carbure de silicium est fa- briquée de façon connue, de préférence par frittage- réaction d'un mélange de carbure de silicium (SiC) et de graphite avec du silicium (Si) liquide à température élevée, le graphite libre réagissant avec le silicium -5- pour donner du carbure de silicium. La figure 1 illustre la façon dont une telle pièce en carbure de silicium 1 suivant l'invention peut être réunie à une partie d'élec- trode métallique 2 en fer. La tige en carbure de silicium est placée dans un perçage 7 ménagé dans la tige en fer. L'espace intermédiaire entre le perçage et la tige est rempli par un mélange 3 de poudre de silicium et de fer, par exemple dans un rapport 1/1. Au lieu de cela, on peut placer dans l'espace intermédiaire une poudre d'un mélange déjà préparé de silicium et de fer, par exemple d'un mélange eutectique. Toute la pièce avec la tige céramique est maintenant chauffée au-delà de 1200WC o le mélange de poudre forme un système eutectique et se lie aussi bien à la tige en carbure de silicium qu'au fer. Comme liant on peut également utiliser d'autres composés métalliques, par exemple un mélange de silicium et de nickel. La figure 2 représente l'électrode 1, 2 terminée, fabriquée suivant le procédé de la figure 1. La partie en fer 2 solidaire de la tige en carbure de silicium est une pièce de liaison qui peut maintenant être fixée de façon souhaitée sur le reste 4 de la tige d'électrode 5. La figure 3illustre un procédé dans lequel de la poudre de fer est compactée autour d'une tige en carbure de silicium, par exemple par compactage isostatique, c'est-à-dire par compactage avec une pression identique de tous les côtés. Ensuite toute la pièce est portée à environ 12000C, de préférence au-delà de 1200-12201C, à la suite de quoi la poudre de fer est frittée et simul- tanément le silicium de la tige en carbure de silicium se diffuse dans la poudre de fer, et il se forme une masse fondue (système eutectique) qui forme une liaison mécanique et électrique stable du point de vue thermique entre la tige en carbure de silicium et la poudre de fer. Une telle électrode est plus robuste et supporte mieux le transport et la manipulation que la tige suivant les figures 1 ou 2. -6- Comme on le voit sur les figures 4 et 5, la partie du manchon métallique qui pénètre dans la flamme dispa- rait lentement par corrosion et il ne reste que la tige stable en carbure de silicium. Sur la figure 4 on voit en outre comment la tige 4 peut être munie, derrière la pièce de liaison 2 de la tige céramique en carbure de silicium 1, de zones affai- - blies 6 qui peuvent par exemple s'étendre au choix soit sur toute la périphérie de la tige soit seulement sur une partie du périmètre. Il devient ainsi possible d'adap- ter l'inclinaison de la tige en carbure de silicium par rapport au reste de l'électrode, par simple flexion manuelle au niveau de la zone affaiblie, aux conditions existantes, sans endommager la partie céramique extérieure fragile. D'autres modes de réalisation de l'électrode peu- vent également être munis d'une telle zone affaiblie. La figure 6 représente, dans deux modes de réalisa- tion a et b, comment une pièce métallique 8, ici une pièce annulaire, peut subir un retrait sur la tige en carbure de silicium et être frittée. De nombreux autres modes de réalisation et procédés pour le compactage et le frittage des pièces sont envi- sageables et applicables suivant la présente invention. -7- Revendications 1. Procédé pour réunir des pièces en carbure de si- licium obtenues par frittage-réaction et des pièces en fer ou autre métal, caractérisé en ce que la pièce en carbure de silicium (1) est fixée sur la pièce en fer ou autre métal (2) à l'aide d'un liant (3) constitué par du silicium et un métal, et que la liaison est ensuite chauffée. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le liant est un mélange eutectique de silicium et de fer. 3. Electrode constituée par un matériau essentielle- ment métallique pour le contrôle de flamme par ionisation lors du fonctionnement de brûleurs à mazout et à gaz, fabriquée suivant le procédé de la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'électrode (5) a la forme d'une tige et qu'au moins l'extrémité de la tige qui pénètre dans la flamme est constituée par un matériau semiconduc- teur en carbure de silicium obtenu par frittage-réaction. 4. Electrode suivant la revendication 3, caractéri- sée en ce que la matériau semiconducteur s'étend sur une longueur telle que la liaison avec la partie métallique (2) se trouve sensiblement en dehors de la région de la flamme. 5. Procédé pour fabriquer une électrode suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la liaison est effectuée du fait que la tige en carbure de silicium (1) est placée dans un évidement (7) d'une tige en fer, que dans l'espace intermédiaire entre la tige en carbure de silicium et la tige en fer est placé un mélange (3) de poudre de silicium et de poudre de fer, et que la pièce est ensuite chauffée au-delà de 12000C. 6. Procédé pour fabriquer une électrode suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la pièce métal- lique agglomérée par frittage entoure complètement la tige en carbure de silicium (1). 7. Electrode suivant l'une quelconque des revendications - 8 - 3 à 5, caractérisée en ce que l'électrode métallique comporte une zone affaiblie (6) à l'extérieur de la partie frittée. 8. Procédé pour fabriquer une électrode suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'une pièce métallique (8) est enfilée sur au moins l'extrémité de la tige en carbure de silicium, et que les deux parties sont réunies par frittage en étant portées à une tempéra- ture supérieure à 11000C. 9. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2, 6, 7 et 8, caractérisé en ce que l'agglomération par frit- tage de la pièce métallique a lieu avec un compactage simultané, éventuellement un compactage isostatique.