Brevet FR2619562A1 — publié le 19890224

Cette invention se rapporte à des scellements entre deux articles ou entre un article céramique et un article métallique. Par exemple, les articles peuvent être constitués d'une céramique vitreuse'ou de silice fondue, ou bien d'un alliage nickel-fer. Il est souhaitable que les scellements puissent être formés à une température aussi élevée que possible, de façon que le dégazage consécutif de la zone de scellement puisse être aussi efficace que possible, en s'effectuant à une température proche de la température élevée du scellement. De plus, plus la température de scellement est élevée, plus la réaction entre le matériau de scellement et les articles à lier ensemble peut être forte, et, par conséquent, plus forte peut être la résistance de la liaison obtenue. De façon idéale, le scellement s'effectue en employant la température maximale à laquelle puissent résister les articles à lier ensemble; température dont il est souhaitable qu'elle soit au moins égale à celle du point de fusion du matériau de scellement. Pour que la liaison à former soit satisfaisante, il est également demandé que le matériau de scellement présente, pour venir en contact avec les articles à lier, des surfaces sensiblement propres du point de vue chimique et en particulier sensiblement exemptes d'oxyde. Il est difficile de parvenir à ce que le matériau de scellement présente de telles surfaces car un film d'oxyde est inévitablement présent. Un film d'oxyde facile à enlever peut être éliminé en faisant fluer le matériau de scellement sur la zone de scellement. Dans le cas d'un matériau de scellement métallique doux, tel que l'indium, on peut provoquer un tel fluage en lui appliquant une pression à température ambiante. Toutefois l'indium a un point de fusion bas. L'élimination de films d'oxyde plus difficiles à enlever nécessite habituellement d'appliquer une pression sur le matériau de scellement lorsque le matériau se trouve à haute température, en atmosphère inerte ou sous vide poussé. Par conséquent, il a été nécessaire de prévoir un appareillage complexe et un processus complexe pour former une liaison satisfaisante lorsque sur le matériau de scellement se trouvent inévitablement des films d'oxyde qui sont difficiles à enlever. Il est connu de réaliser des scellements entre articles en employant l'aluminium comme matériau de scellement. Toutefois, inévitablement, l'aluminium présente un film d'oxyde et un tel film d'oxyde est difficile à enlever. On a donc réalisé la liaison demandée en appliquant une pression sur l'aluminium pendant que l'aluminium se trouvait à une température proche de son point de fusion de 660 C, et pendant qu'il se trouvait en atmosphère inerte ou sous vide poussé. Un but de la présente invention est de proposer une liaison entre deux articles céramiques, ou entre un article céramique et un article métallique, qui emploie un matériau de scellement dont l'aluminium est au moins le constituant principal, sans nécessiter d'appliquer une pression au matériau de scellement pour obtenir une liaison satisfaisante. Selon l'un des aspects de la présente invention, un procédé pour réaliser un scellement entre deux articles céramiques, ou entre un article céramique et un article métallique, est caractérisé en ce qu'on forme un élément de scellement composite à partir d'un corps dont l'aluminium est au moins le constituant principal, le corps étant pourvu en surface d'un film de zinc ou d'étain, l'inévitable film d'oxyde d'aluminium en surface étant enlevé; puis on le revêt d'argent et/ou d'or ou d'un alliage convenable contenant de l'argent ou de l'or, pour achever l'élément de scellement composite, on place ensuite l'élément de scellement entre les articles à lier ensemble, on fait chauffer l'ensemble pour faire fondre l'élément de scellement composite, soit en atmosphère inerte, soit sous vide poussé, le scellement voulu étant obtenu ensuite lorsque l'ensemble refroidit. Selon un autre aspect, la présente invention comporte un ensemble lié lorsqu'il a été réalisé par un procédé tel qu'énoncé ci-dessus, sans application de pression au cours de l'opération de liaison. Le constituant du corps de l'élément de scellement composite peut comporter de l'aluminium ou un alliage d'aluminium mais il est nécessaire que l'élément de scellement fonde au cours de l'opération de liaison et que l'aluminium soit en contact avec les surfaces des articles à lier ensemble, de façon à permettre une liaison satisfaisante entre les articles, l'aluminium réagissant avec les surfaces des articles pour former une telle liaison. Il se forme inévitablement un film d'oxyde sur la surface exposée de l'argent avant l'opération de liaison. Toutefois, un tel film d'oxyde se décompose facilement à des températures d'au plus 250 C et l'oxygène alors produit se dégage facilement de la région de la liaison au cours de l'opération de liaison. Il ne se forme pas de film d'oxyde sur l'or avant l'opération de liaison. Le film de zinc ou d'étain, ainsi que le revêtement, en argent et/ou or, ou en un alliage convenable contenant de l'argent ou de l'or, de l'élément de scellement composite sont facilement absorbés dans l'aluminium ou l'alliage d'aluminium, fondus, qui se forment au cours de l'opération de liaison, mais n'empêchent pas la liaison de l'aluminium avec les surfaces de l'article avec lesquelles il vient en contact. Il est souhaitable que le film de zinc ou d'étain, ainsi que le revêtement, soient aussi fins que cela est réalisable de façon pratique sans risquer que l'aluminium soit exposé au cours des conditions prévisibles de stockage, avant utilisation de l'élément de scellement composite. Du fait que l'élément de scellement fond au cours de l'opération de liaison, l'écoulement, qui en résulte, du matériau de scellement sur les surfaces de l'article dans la zone de liaison est une garantie supplémentaire de l'absence de film d'oxyde dans la zone de liaison. De cette'façon, on obtient une liaison satisfaisante; et l'on peut ensuite dégazer l'ensemble ainsi obtenu par cuisson sous vide à une température allant jusqu'à 600 C pendant plusieurs heures. Il est nécessaire que les articles à lier ensemble puissent résister à la température du point de fusion de l'élément de scellement composite, d'environ 660 C. On dépose le zinc ou l'étain sur le corps, et, simultanément, on en enlève le film d'oxyde d'aluminium en immergeant le corps dans la solution appropriée. Un tel procédé de liaison est avantageusement simple et ne nécessite pas d'appareillage complexe. Dans l'ensemble lié ainsi obtenu, il est demandé que l'épaisseur du scellement entre les articles liés ensemble soit suffisante pour reprendre toute dilatation thermique différentielle normalement rencontrée entre les articles ainsi qu'entre les articles et le scellement, en particulier la dilatation thermique différentielle que l'on rencontre au cours de l'opération de liaison. On va maintenant décrire la présente invention au moyen d'exemples en se référant aux exemples suivants: EXEMPLE 1 On assemble un article de céramique vitreuse, ayant un faible coefficient de dilatation linéraire de 0,03 x 10-' par degré Kelvin à 20 C avec un autre article de céramique vitreuse et avec un élément de scellement composite entre eux. L'élément de scellement est constitué d'un fil de forme annulaire à placer entre les articles dans une zone o il faut lier les articles ensemble. L'élément de scellement composite comporte un corps sous forme d'un fil d'aluminium de 1 millimètre de diamètre. On dégraisse le fil d'aluminium. On enlève l'inévitable film d'oxyde d'aluminium en surface et, simultanément, on dépose sur le fil d'aluminium un film de zinc, d'épaisseur 1 micron, en immergeant le fil dans une solution de zincate de sodium. Ensuite on revêt d'argent le fil par électroplacage, le revêtement d'argent ainsi obtenu, d'une épaisseur de 2,5 microns, achevant la formation de l'élément de scellement composite voulu. On met en oeuvre l'étape d'électroplacage, pour déposer l'argent, avant qu'un film d'oxyde ne puisse se former sur le zinc. On place l'ensemble des deux articles en céramique vitreuse, entre lesquels est interposé l'élément de scellement, dans un four sous vide, avec une atmosphère d'une pression inférieure à 1 x 10 -2 Pa. On chauffe le four à une température d'environ 6600C, juste au-dessus du point de fusion de l'élément de scellement composite, pendant 15 minutes, puis on le laisse refroidir jusqu'à 200 C, avant de le refroidir au gaz jusqu'à 1000 C, puis de le refroidir rapidement de 100 C à la température ambiante. Au cours de l'étape du chauffage, tout film d'oxyde se trouvant sur le revêtement d'argent de l'élément de scellement se décompose à une température inférieure à 250 C et l'oxygène que cela produit s'élimine facilement de la zone de liaison. Le zinc et l'argent de l'élément de scellement sont facilement absorbés dans l'aluminium fondu, sans empêcher l'aluminium d'être en contact avec ies surfaces des articles à lier entre elles. L'aluminium fondu réagit avec les surfaces des articles en céramique vitreuse, donnant une liaison satisfaisante entre eux lorsque l'ensemble est refroidi. On dégaze alors l'ensemble en le chauffant à une température allaftt jusqu'à 600 C, sous vide. EXEMPLE 2 On répète l'exemple 1 sauf que l'on remplace l'un des articles en céramique vitreuse par un article en alliage nickel-fer d'une composition de 36% en poids de nickel, 64% en poids de fer, avec des impuretés éventuelles. L'article en alliage nickel-fer a sa surface de liaison revêtue d'argent. L'alliage a un faible coefficient de dilatation linéaire de moins de i x 10-' par degré Kelvin à 200C. L'aluminium fondu mouille la surface de l'article en alliage nickel-fer. On obtient un scellement satisfaisant entre les deux articles. L'un, ou les deux, des articles peuvent être en silice fondue ayant un coefficient de dilatation linéaire de 0,4 x 10-e par degré Kelvin à 20 C. Au lieu d'employer un vide poussé, on peut effectuer l'opération de liaison sous atmosphère inerte. Au lieu d'être en aluminium, le corps de l'élément de scellement composite peut être en alliage d'aluminium. Un alliage qui convient contient 95% en poids d'aluminium et 5% en poids de silicium. Après avoir dégraissé le corps, on peut y déposer un film d'étain, au lieu d'un film de zinc. On enlève l'inévitable film d'oxyde d'aluminium en surface et, simultanément, on dépose un film d'étain sur le fil d'aluminium en immergeant le fil dans une solution de stanate de sodium. Ensuite, on revêt d'argent le fil par électroplacage. L'étain est habituellement revêtu d'un film d'oxyde, ce que l'on peut éviter en revêtant d'argent l'étain fraichement déposé. Le revêtement d'argent peut être obtenu par tout moyen commode, au lieu d'être déposé par électroplacage. Le revêtement d'argent employé dans l'un quelconque des procédés, ou de leurs modifications, décrits ci-dessus, peut être remplacé par un revêtement d'or, qui ne s'oxyde pas facilement, ou par un revêtement d'alliage argent-or ou par un alliage convenable d'argent ou d'or. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser un scellement entre deux articles céramiques ou entre un article céramique et un article métallique, caractérisé en ce que l'on forme un élément de scellement composite à partir d'un corps dont l'aluminium est au moins un constituant principal, le corps étant pourvu en surface d'un film de zinc ou d'étain, l'inévitable film d'oxyde d'aluminium en surface étant enlevé; puis en ce qu'on le revêt d'argent et/ou d'or-ou d'un alliage convenable contenant de l'argent ou de l'or, pour achever l'élément de scellement composite, on place l'élément de scellement entre les articles à lier ensemble, et on chauffe l'ensemble pour faire fondre l'élément de scellement composite, soit en atmosphère inerte, soit sous vide poussé, le scellement voulu étant obtenu ensuite lorsque l'ensemble refroidit. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'article céramique est constitué de céramique vitreuse ou de silice fondue. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'un article métallique est constitué d'un alliage nickel-fer. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on dégaze l'ensemble lié en le portant à une température de 6000C.