Brevet FR2556714A1 — publié le 19850621

L'invention concerne une feuille de soudure pour la liaison sans tension de corps de matière céramique avec un métal, cette feuille consistant en deux couches d'une soudure active avec, entre elles, une couche intermédiaire absorbant la tension. On sait que l'on peut supprimer les tensions ther- miques dans les couches de soudure en utilisant des feuilles de soudure contenant une couche intermédiaire absorbant les tensions entre les deux couches de soudure (demande de brevet K 18.296/49h, (26/01) ou Wiss, Z.d. Techn. Hochsch. Karl-Marx Stadt 10 (1968) H.1 83-89). On connait en outre une pièce de construction métal- céramique dans laquelle, entre les deux couches de soudure consistant en soudure active, on a inséré une couche de feutre métallique qui sert à absorber les tensions (brevet de la RFA No. 3.014.645). L'inconvénient de ces matières composites ou feuilles de soudure réside toutefois en ce que, dans le cas ou on utilise du feutre métallique en couche intermédiaire, celle- ci est très épaisse, alors que dans les autres cas, les tensions thermiques ne sont pas absorbées en toute sécurité, de sorte qu'il se produit parfois une rupture de la soudure. D'autre part, les feutres métalliques ne peuvent transférer que de petites forces et il y a un risque de pénétration involontaire de la soudure dans les espaces creux du feutre métallique, d'oZ une fragilisation de toute la liaison. En outre, dans le cas o on utilise des feuilles métalli- ques en couche intermédiaire, les liaisons par soudure sont extrêmement sensibles aux variations dans l'opération de soudage. Des petites variations dans la température de soudage ou la durée de soudage ont déjà une influence relativement forte sur la stabilité ultérieure des soudures. La présente invention vise en conséquence à la mise au point d'une feuille de soudure pour la liaison de la matière céramique avec le métal, feuille de soudure qui conduirait à des liaisons plus stables qu'auparavant et qui permettrait une plus grande tolérance a l'égard des variations de température et de durée au soudage que les feuilles de soudure connues antérieurement. Ce but a été atteint dans une feuille de soudure pour la liaison sans tension de corps de matière céramique avec un métal, consistant en deux couches d'une soudure active et, entre ces couches, une couche intermédiaire absorbant les tensions, caractérisée en ce que la couche intermédiaire consiste en cuivre, fer, nickel, un alliage Cu-Be ou Ni-Fe et en ce qu'on a disposé une couche de barrière en argent entre la couche intermédiaire et chacune des couches de soudure active. La feuille de soudure est donc constituée de plusieurs couches. On utilise une soudure qui, à la température de soudage, se combine chimiquement avec la céramique (on dit qu'il y a soudure active). On parvient ainsi à une liaison particulièrement intime entre la soudure et la matière céramique. Avec les matières céramiques à base d'oxydes, de nitrures ou de carbures, on utilise habituellement des soudures actives contenant du titane car en raison de la forte affinité du titane, il y a attaque superficielle de la liaison par oxyde, nitrure ou carbure de la matière céramique et formation d'une transition par oxyde, nitrure ou carbure de titane à haute adhérence. On connait par exemple des soudures actives contenant du titane et qui sont à base d'argent, d'argent/cuivre, d'argent/zirconium et de cuivre. On apprécie tout spécialement les soudures actives à base de cuivre. Dans ces soudures, la teneur en titane est de 20 à 43 % en poids. On préfère une soudure à base de cuivre contenant 22 à 28 % en poids de titane. Entre les deux couches extérieures de la feuille de soudure consistant en soudure active, il y a une couche intermédiaire qui absorbe les tensions. Cette couche inter- médiaire peut consister en cuivre, fer, nickel, un alliage fer-nickel ou cuivre-glucinium, le fer pouvant également consister en acier à faible teneur en carbone. En raison de sa forte ductilité, on préfère une feuille de cuivre. L'épaisseur de la feuille de cuivre est normalement adaptée à l'importance de la tension propre à compenser. Habi- tuellement, la couche intermédiaire a une épaisseur de à 300 microns. Entre la couche intermédiaire compensant les tensions et chacune des feuilles de soudure, on dispose encore une couche de barrière en argent. Cette couche de barrière est essentielle pour la stabilité dans le temps des liaisons par soudure et le comportement de la feuille de la soudure au cours de l'opération de soudage. La couche peut être extrêmement mince et normalement son épaisseur est de 2 à 10 microns. La couche de barrière peut être formée par des procédés varies, par exemple par déposition galvanique sur la feuille de cuivre ou la couche de soudure active, par insertion d'une feuille d'argent entre la couche de soudure active et la couche intermédiaire ou encore par exemple par saupoudrage d'argent en poudre sur la couche intermédiaire avant association de la couche intermédiaire avec la couche de soudure active. Le dessin annexé illustre à titre d'exemple la structure d'une liaison par soudure. Sur ce dessin: la figure 1 représente une feuille de soudure placée entre une piece en fer et une pièce en matière céramique avant soudage, et la figure 2 représente la liaison par soudure après le soudage. La figure 1 représente la feuille de soudure 1 entre la couche de matière céramique 8 et le support d'acier 7. La feuille de soudure consiste en deux couches extérieures 2, 3 en une soudure active de cuivre-titane à 28 % en poids de titane, épaisse chacune de 50 microns, et une couche intermédiaire 5 en cuivre absorbant les tensions, épaisse de 100 microns. La couche de cuivre 4 est revêtue par galvanisation sur ses deux faces des couches de barrière 5 et 6 en argent. La couche d'argent a une épaisseur de 2 à 3 microns seulement. - L'opération de soudage est effectuée par exemple par chauffage par induction ou par chauffage par résistance électrique, avec une vitesse de réchauffage d'environ C/mn sous vide. On peut également chauffer en atmosphère de gaz inerte. Dès qu'on atteint la température de soudage d'environ 870 à 890 C (selon la teneur en argent) pour cette soudure, celle-ci est maintenue pendant quelques secondes à la température de soudage puis refroidie à une vitesse d'environ 50 C/mn. Apres refroidissement, la structure de la liaison par soudure, selon la figure 2, est la suivante: entre le support de matière céramique 28'et le support d'acier 27, on trouve la couche de soudure-21. Dans cette couche de soudure, on aperçoit une structure à plusieurs -couches. Directement contiguës avec les supports 27 et 28 respectivement, on trouve deux couches minces 22 et 23, qui constituent vraisemblablement des couches de transition entre la soudure et les pièces soudées. Dans le centre, entre le support de matière céramique et le support d'acier, on trouve la couche de cuivre 24 dont l'épaisseur a cepen- dant notablement diminué. Cette couche de cuivre a non seulement pour fonction de supprimer les tensions propres provoquées par la chaleur dans la liaison par soudure, mais également d'empêcher une pénétration par croissance des phases intermétalliques 26 riches en titane et fragiles au travers de toute la liaison par soudure. Autour des phases intermétalliques riches en titane et fragiles 26, rl'argent de la couche de barrière s'est disposé en gaine 25. Cette gaine d'argent empêche la croissance des phases intermétalliques 26 qui restent alors à l'état de grains fins, ce qui évite une fragilisation de toute la liaison par soudure. En même temps, la gaine d'argent, ductile, peut encore contribuer à supprimer les tensions propres dans la liaison par soudure. Pendant l'opération de soudage, la couche de barrière en argent empêche la diffusion du cuivre dans la couche de soudure active; on évite ainsi une dilution indésirable du titane dans la couche de soudure active et, par conséquent, une augmentation du point de fusion. On évite en outre une diffusion du Ti de la couche de soudure active dans la feuille de cuivre et, par conséquent, un durcissement du cuivre de la feuille de cuivre par précipitation. Les avantages particuliers de la feuille de soudure résident en ce que l'on peut réaliser une liaison prati- quement sans tension entre la matière céramique et le métal, liaison qui est extraordinairement durable et qui, dans une opération de soudage réalisée avec la feuille de soudure, autorise des variations relativement fortes des paramètres de soudage: température et durée. L'exemple qui suit illustre l'invention sans toutefois la limiter. Exemple Sur une feuille de cuivre d'une épaisseur de 100 microns, on applique par déposition galvanique, sur les deux faces, une couche d'argent d'une épaisseur de 2 microns. La feuille de cuivre argentée est ensuite revêtue àur les deux faces par la technique de filage à l'état fondu d'une couche de soudure active épaisse de 50 microns consistant en un alliage cuivre-titane à 26 % en poids de ce dernier. La feuille de soudure ainsi préparée est placée entre un corps d'acier de 20 mm d'épaisseur et une plaquette de matière céramique de 4 mm d'épaisseur. On porte le corps d'acier et la feuille de soudure à la température de soudage de 890 C à une vitesse d'environ 200'C/mn, puis on refroidit la liaison par soudure à une vitesse d'environ 500C/mn. On a détermine la résistance mécanique de la liaison par soudure dans des essais de cisaillement: la liaison a été soumise aux contraintes de cisaillement jusqu'à rupture de la matière céramique. La rsistance moyenne est de 150 N/mm2. La résistance moyenne est de 150 N/mm REVENDICATIONS 1. Feuille de soudure pour la liaison sans tension de corps de matière céramique avec un métal, consistant en deux couches d'une soudure active et, entre ces couches, une couche intermédiaire absorbant les tensions, caractérisée en ce que la couche intermédiaire consiste en cuivre, fer, nickel, un alliage Cu-Be ou Ni-Fe et en ce qu'on a disposé une couche de barrière en argent entre la couche inter- médiaire et chacune des couches de soudure active. 2. Feuille de soudure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche de soudure active consiste en une soudure cuivre/titane. 3. Feuille de soudure selon la revendication 2, carac- térisée en ce que la soudure cuivre/titane est à une teneur en titane de 20 à 43 % en poids. 4. Feuille de soudure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche de soudure active a une épaisseur de 30 à 80 microns, la couche intermédiaire une épaisseur de 50 à 300 microns et la couche de barrière une épaisseur de 2 à 10 microns. 5. Feuille de soudure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la couche de barrière consiste en une couche appliquée par galvanoplastie sur la couche intermédiaire.