用于高温反应性材料装置的密封件制造方法及图纸

本公开内容提供了用于在升高的温度下操作并且具有诸如锂、钠或镁等反应性金属蒸气的装置的密封件。在一些示例中，这样的装置包括可以在电网内或作为独立系统的一部分使用的储能装置。所述储能装置可以从电力生产源充电以备后期放电，诸如在有电能消耗需求时放电。诸如在有电能消耗需求时放电。诸如在有电能消耗需求时放电。

【技术实现步骤摘要】
用于高温反应性材料装置的密封件
本申请是申请日为2017年09月07日、申请号为201780068872.3、专利技术名称为“用于高温反应性材料装置的密封件”的中国专利申请(其对应PCT申请的申请日为2017年09月07日、申请号为PCT/US2017/050544)的分案申请。交叉引用
[0001]本申请要求2016年9月7日提交的美国临时专利申请号62/384,662的权益，其全部内容通过引用并入本文。


[0002]各种装置被配置用于在升高的温度(或高温)下使用。这类装置的示例包括升高温度的电池，所述电池是能够将储存的化学能转化为电能的装置。电池可用于许多家庭应用和工业应用。高温装置的另一示例是诸如那些在半导体装置的制造中所使用的化学气相沉积室。高温装置的另一示例是设计用于加工、运输、包含和/或储存反应性金属的化工器皿、输送管或储存器皿。高温装置的另一个例子可以是任何高温装置，其需要在装置外表面的两个部分之间进行电隔离，以便将电能和/或电信号传递到装置或从装置接收电能和/或电信号。这些装置通常可以在200℃或超过200℃的温度下操作。

技术介绍

[0003]本文认识到与温度升高的装置(或高温装置)相关联的各种限制。例如，一些电池在高温(例如，至少约100℃或300℃)下操作并且具有可能充分包含于所述装置内的反应性材料蒸气(例如，反应性金属蒸气，举例而言诸如锂、钠、钾、镁或钙的蒸气)。高温反应性材料装置的其他示例包括使用熔融的盐或金属(例如，熔融的钠或锂或者熔融的含钠或锂的合金)作为冷却剂的核(例如，聚变和/或裂变)反应堆、用于制造半导体的装置、非均匀反应堆和用于生产(例如，加工)和/或处理(例如，运输或储存)反应性材料(例如，举例而言诸如具有强化学还原能力的化学制品等反应性化学制品，或者举例而言诸如锂或钠等反应性金属)的装置。这样的装置在使用过程中可能被充分地密封以隔开外部环境，以防止反应性材料蒸气离开装置(例如，用以防止装置故障、延长装置使用或避免对这样的装置的用户或操作者的健康造成不利影响)，以及/或者在装置内具有保护性内衬以避免容器的腐蚀。而且，可以保护这些装置本身的密封件免受在高温、反应性材料存在下使用的影响。
[0004]本公开内容提供可在高温装置和/或其他装置中使用的陶瓷材料，包括，例如，用于防弹系统和装置(例如，防弹穿透装甲)的强化陶瓷。
[0005]本公开内容为具有(例如，包含或包括)反应性材料(例如，反应性金属)并且在高温下(例如，至少约100℃或300℃)操作的储能装置和其他装置提供密封件和/或反应堆容器衬里。所述储能装置(例如，电池)可以在电网内或作为独立系统的一部分使用。所述电池可以从电力生产源充电，以备后期在有电能消耗需求时放电。
[0006]在一方面，本公开内容提供了一种高温装置，包括：容器，其包括内腔，其中所述内腔包括反应性材料，并且其中所述反应性材料维持在至少约200℃的温度；密封件，其将所
述容器的所述内腔与所述容器外部的环境密封隔离，其中所述密封件包括陶瓷组件，并且其中所述密封件暴露于所述反应性材料和所述容器外部的所述环境；导体，其从所述容器外部的所述环境穿过所述密封件延伸至所述容器的所述内腔；以及第一金属套管，其耦合到所述导体和所述陶瓷组件，其中所述第一金属套管通过包含第一钎焊料(braze)的第一钎焊接头耦合至所述陶瓷组件，并且其中所述第一钎焊料包含银和铝的合金。
[0007]在一些实施方式中，所述导体是负电流引线(negative current lead)。在一些实施方式中，所述装置还包括在所述容器内的负极集流体(negative current collector)，其中所述负极集流体与所述反应性材料接触并且附接至所述负电流引线。
[0008]在一些实施方式中，所述装置还包括耦合至所述陶瓷组件的第二金属套管，其中所述第二金属套管耦合至所述容器或耦合至接合至所述容器的套环，其中所述第二金属套管通过包含第二钎焊料的第二钎焊接头耦合至所述陶瓷组件，并且其中所述第二钎焊料包含银和铝的合金。在一些实施方式中，所述银和铝的合金包括银与铝的比率小于或等于约19比1。在一些实施方式中，所述第一钎焊料和所述第二钎焊料中的一个或两者还包含钛钎焊合金。在一些实施方式中，所述钛钎焊合金包含约19
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21重量百分比的锆、19
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21重量百分比的镍、19
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21重量百分比的铜，并且剩余重量百分比包含至少钛。
[0009]在一些实施方式中，所述装置还包含邻近所述第一钎焊接头、所述第二钎焊接头，或所述第一钎焊接头和第二钎焊接头两者设置的内部钎焊料，其中所述内部钎焊料暴露于所述容器的所述内腔。在一些实施方式中，所述内部钎焊料包含钛钎焊合金。
[0010]在一些实施方式中，所述第二金属套管通过第三钎焊料耦合至所述容器或所述套环。在一些实施方式中，所述第三钎焊料包含镍基或钛基钎焊料，并且其中所述镍基钎焊料包含大于或等于约70重量百分比的镍。在一些实施方式中，所述镍基钎焊料包括BNi
‑
2钎焊料、BNi
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5b钎焊料或BNi
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9钎焊料。
[0011]在一些实施方式中，所述第一金属套管通过第四钎焊料耦合至所述导体。在一些实施方式中，所述第四钎焊料是镍基钎焊料、钛基钎焊料，或银和铝的合金。
[0012]在一些实施方式中，所述银和铝的合金还包含润湿剂。在一些实施方式中，所述润湿剂包含钛。在一些实施方式中，所述陶瓷组件包含氮化铝。在一些实施方式中，所述陶瓷组件还包含大于或等于约3重量百分比的氧化钇。在一些实施方式中，所述陶瓷组件还包含按重量计约1％至约4％的氧化钇。
[0013]在一些实施方式中，所述第一金属套管和所述第二金属套管包含合金42，并且所述导体或所述套环包含不锈钢。在一些实施方式中，所述不锈钢包括304L不锈钢。在一些实施方式中，所述第一金属套管和所述第二金属套管的厚度小于或等于约0.020英寸。
[0014]在一方面，本公开内容提供了一种电化学单体，包括：容器，其包括内腔，其中所述内腔包括反应性材料，并且其中所述反应性材料维持在至少约200℃的温度；密封件，其将所述容器的所述内腔与所述容器外部的环境密封隔离，其中所述密封件包括暴露于所述反应性材料和所述容器外部的所述环境两者的陶瓷组件；电流引线，其从所述容器的所述内腔穿过所述密封件延伸至所述容器外部的所述环境；第一金属套管，其耦合至所述电流引线和所述陶瓷组件；以及第二金属套管，其耦合至所述陶瓷组件和所述容器或耦合至接合至所述容器的套环，其中所述陶瓷组件包括所述陶瓷组件表面上的物理离子阻断件。
[0015]在一些实施方式中，所述物理离子阻断件成形为抑制沿着所述陶瓷组件的所述表
面的电迁移。在一些实施方式中，所述物理离子阻断件成形为抑制跨所述陶瓷组件的所述表面形成金属枝晶。在一些实施方式中，所述第一金属套管和所述第二金属套管分别通过第一钎焊料和第二钎焊料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温装置，包括：容器，所述容器包括内腔，其中所述内腔包括反应性材料，并且其中所述反应性材料维持在至少约200℃的温度；密封件，所述密封件将所述容器的所述内腔与所述容器外部的环境密封隔离，其中所述密封件包括陶瓷组件，并且其中所述密封件暴露于所述反应性材料和所述容器外部的所述环境；导体，所述导体从所述容器外部的所述环境穿过所述密封件延伸至所述容器的所述内腔；以及第一金属套管，所述第一金属套管耦合到所述导体和所述陶瓷组件，其中所述第一金属套管通过包含第一钎焊料的第一钎焊接头耦合至所述陶瓷组件，并且其中所述第一钎焊料包含银和铝的合金。2.根据权利要求1所述的高温装置，其中所述导体是负电流引线。3.根据权利要求2所述的高温装置，还包括在所述容器内的负极集流体，其中所述负极集流体与所述反应性材料接触并且附接至所述负电流引线。4.根据权利要求1所述的高温装置，还包括耦合至所述陶瓷组件的第二金属套管，其中所述第二金属套管耦合至所述容器或耦合至一套环，该套环接合至所述容器，其中所述第二金属套管通过包含第二钎焊料的第二钎焊接头耦合至所述陶瓷组件，并且其中所述第二钎焊料包含银和铝的合金。5.根据权利要求1或4所述的高温装置，其中所述银和铝的合金包括银与铝的比率小于或等于约19比1。6.根据权利要求5所述的高温装置，其中所述第一钎焊料和所述第二钎焊料中的一个或两者还包含钛钎焊合金。7.根据权利要求4所述的高温装置，还包含内部钎焊料，该内部钎焊料邻近所述第一钎焊接头、所述第二钎焊接头，或所述第一钎焊接头和第二钎焊接头两者设置，其中所述内部钎焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：安保瑞公司，
类型：发明
国别省市：