Brevet FR2664518A1 — publié le 19920117

Composition de brasage pour matériaux céramiques et matériaux composites thermostructuraux et procédé pour sa mise en oeuvre. La présente invention concerne le brasage de matériaux céramiques et de matériaux composites thermostructuraux. Les matériaux composites thermostructuraux sont des matériaux composites qui présentent des propriétés mécaniques les rendant aptes à la réalisation d'éléments de structures, et qui conservent ces propriétés à des températures élevées. Des exemples typiques de matériaux composites thermostructuraux sont les carbone-carbone (C/C), constitués d'un renfort à base de fibres de carbone densifié par une matrice en carbone, et les composites à matrice céramique tCMC), constitués d'un renfort à base de fibres réfractaires (fibres en carbone ou fibre en céramique, par exemple) densifié par une matrice céramique. Un matériau céramique fréquemment utilisé pour la matrice et, le cas échéant, les fibres du renfort, est le carbure de silicium. La présente invention a notamment pour but de fournir une composition permettant une liaison par brasage entre des pièces en matériaux céramiques ou entre des pièces en matériaux composites thermostructuraux, ou encore entre une pièce en matériau céramique et une pièce en matériau composite thermostructural. En particulier, la présente invention vise à fournir une composition de brasage qui autorise une température de service élevée pour la liaison brasée, ainsi que l'application de traitements particuliers à température élevée postérieurement au brasage. Par température élevée, on entend ici une température supérieure à 1 0000C. Or, les compositions de brasage connues, utilisées en particulier pour le brasage de céramique sur un métal, sont mises en oeuvre à des températures qui n'excèdent pas 600 à 7500C. La présente invention a encore pour but de fournir une composition de brasage avec laquelle, dans le cas de composites thermostructuraux, le brasage peut être effectué sans dégradation des caractéristiques des fibres constitutives du renfort du matériau composite. Conformément à l'invention, une composition de brasage pour matériaux céramiques ou matériaux composites thermostructuraux comprend : 83 à 85 % en poids de nickel, 14 à 17 % en poids de titane, 0 à 5 % en poids de cuivre, et 0 à 5 % en poids de silicium. La composition de brasage peut se présenter sous forme de fil, de feuillard ou de pâte. En particulier, la composition de brasage peut être sous forme d'une poudre additionnée d'une résine pour constituer une pâte, éventuellement diluée par un solvant de la résine. La résine peut être une résine fugitive, c'est-à-dire une résine ne laissant pas de résidu solide après carbonisation. La carbonisation de la résine a lieu à une température inférieure à celle à laquelle le brasage est effectué. La résine peut aussi être choisie parmi des résines laissant, après carbonisation, des résidus réfractaires constituant des éléments additionnels ajoutés à la brasure. Ces éléments additionnels peuvent être constitués de carbone ou de céramique. Des exemples de telles résines sont les polycarbosilanes donnant un résidu en carbure de silicium et les polytitanocarbosilanes. L'invention vise aussi à fournir un procédé de mise en oeuvre de la composition de brasage définie plus haut. Conformément à l'invention, le brasage est effectué sous -2 2 -4 une pression inférieure à 1,5.10 N/m (environ 10 Torr), à une température comprise entre 1 3000C et 1 4000C pendant au moins 15 min. Dans le cas où la composition de brasage est sous forme d'une poudre additionnée de résine, Le procédé de brasage comprend en outre un palier à une température suffisante pour carboniser la résine, généralement à environ 9000C, avant le brasage proprement dit. Un exemple de mise en oeuvre d'une composition de brasage conforme à l'invention sera maintenant décrit, à titre indicatif mais non limitatif, en référence à la figure unique annexée. Sur cette figure, la référence 1 désigne une pièce cylindrique en matériau composite SiC/SiC (renfort à base de fibres en carbure de silicium et matrice en carbure de silicium) destinée à être brasée dans un trou d'un substrat 2 de même nature. Le brasage est réalisé au moyen d'une pâte 3 déposée entre les pièces 1 et 2 en couche uniforme d'épaisseur égale à environ 0,1 mm (plues une réserve dans l'angle 5). La pâte 3 est constituée d'un mélange de poudres de nickel et de titane de granulométrie inférieure à 0,1 mm additionne d'une résine, la préparation de la pâte étant effectuée sous vide. Dans le mélange de poudres métalliques, le nickel représente 83 % en poids et Le titane 17 % en poids. La résine est ajoutée au mélange de poudres métalliques en quantité représentant environ 20 % en masse de celui-ci. La résine est constituée par exemple de 50 % en masse de polytitanocarbosilane et 50 % en masse de xyLène. Le brasage est effectué dans un four sous vide (pression de 5.10 5 Torr soit environ 7,5.10 N/m2), la pièce 1 étant maintenue en place par une masselotte 4 en molybdène. Le brasage comprend une première phase de montée lente en température jusqu'à 3000C suivie d'un maintien à cette température pendant 1 h, une deuxième phase de montée lente jusqu'à 700 0C suivie d'un maintien à cette température pendant 1 h, une troisième phase de montée rapide en température jusqu'à 1 4000C suivie d'un maintien à cette température pendant 15 min, une première phase de refroidissement lent jusqu a 300 0C (refroidissement naturel du four), et une deuxième phase de refroidissement rapide sous balayage d'azote jusqu'à la température ambiante. Le brasage proprement dit avec fusion du mélange de poudres métalliques a lieu lorsque la température dépasse environ 1 3000C. REVENDICATIONS 1. Composition de brasage pour matériaux céramiques et matériaux composites thermostructuraux, caractérisée en ce qu'elle comprend 83 à 85 % en poids de nickel, 14 à 17 % en poids de titane, 0 à 5 % en poids de cuivre, et 0 à 5 % en poids de silicium. 2. Composition de brasage selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est sous forme d'une poudre additionnée de résine pour constituer une pâte. 3. Composition de brasage selon la revendication 2, caractérisée en ce que la résine est une résine fugitive. 4. Composition de brasage selon la revendication 2, caractérisée en ce que la résine est une résine laissant un résidu réfractaire après carbonisation. 5. Procédé de brasage de matériaux céramiques ou de matériaux composites thermostructuraux au moyen d'une composition de brasage selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que Le brasage est effectué sous une pression inférieure à 1,5.10 2 N/m2, à une température comprise entre 1 300 et 1 4000C et pendant au moins 15 min 6. Procédé de brasage selon la revendication 5, utilisant une composition de brasage selon L'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de carbonisation de la résine avant le brasage proprement dit.