本发明专利技术涉及一种通过火花等离子体烧结来连接至少两个耐火
陶瓷部件的方法，每个上述部件具有至少一个通过火花等离子体烧
结加以连接的表面，其中进行以下步骤：使部件的待连接表面接触，
而在所述表面之间无需任何种类的添加物；然后将1至200MPa的
压力，称作连接压力，施加于所述部件；将强度为500至8000A
的脉冲电流施加于所述部件以便将部件的温度提高到至少1300℃
的温度，称作连接温度；然后停止施加电流，同时停止施加压力，
并冷却部件；以及回收连接部件。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过火花等离子体烧结(SPS)来连接耐火陶瓷部件的方法
本专利技术涉及一种通过火花等离子体烧结(SPS)来连接耐火陶瓷 部件(refractory ceramic parts )的方法。本专利技术的
可以通常定义为接合陶瓷(连接陶瓷， jointing ceramics ), 更具体i也i兌耐火陶^:的4贞i或。表达耐火陶瓷通常理解成是指具有的烧结温度高于1300°C 的陶瓷。由于它们的耐火特性和脆性特性，陶瓷是难以形成的材料。当必须烧结高度耐火陶瓷如石友化物或氮化物时，目前的加工方 式是相对长时间和昂贵的。通常难以用陶瓷、并且尤其是用耐火陶瓷来制造复杂形状的部件。因此经常优选由简单形状的陶资元件或部件制造结构，然后连 接这些元件以产生更复杂形状的最终结构。由于在陶资如石灰化硅的应用中4吏用的高温，例如大约1000。C 和以上，因此排除了通过用有才几产物的粘合来连4妻这些陶瓷。此外，通过利用能量束(有或没有焊剂)进行焊接(TIG、电 子焊接或激光焊接)并涉及待连接部件的局部熔化来进行连接的常 规才支术不能用于连4妾陶瓷。这是因为，在局部加热期间，在可能开始熔化以前，热沖击将 导致陶乾的突然-皮裂。因此，固相扩散焊接、烧结连接、以及反应性铜焊是目前最常 用的用来生产耐火陶资4妄头的纟支术。从它们的实施的观点来看，固相扩散焊接和烧结连接具有受到 限制的缺点。对于固相扩散焊-接，如果卩吏用单轴压制，则部件的形状必须4呆持简单，否则需要复杂的工艺装置(加工工具)和准备，包括例如，制造外壳，真空下防漏密封，热等静压以及外壳的最终才几械加工(如果使用HIP (热等静压))。在烧结连接的情况下，相同的问题仍然存在(部件的形状、实 施的复杂性)，此外需要控制插入待连接的两种材料之间的焊锡粉 的烧结。这两种技术还需要使用支架(holds )、在高温下较长持续时间 的平稳状态(1至几小时)，因为使用的程序涉及固态扩散；这些较反应性铜焊是一种便宜的、易于使用的技术，其目前是最常用 的。可以通过进4于紧隙铜焊法(capillary brazing )来生产复杂形状 的部件，并且这些操作限于将焊剂放置在接头之间或接头附近并熔化铜焊(braze )。因此，目前，用于连^妄耐火陶资如SiC的最好的已知方法(工 艺)是 Commissariat & l，Energie Atomique [Atomic Energy Commission]的称作BRASIC法的方法(工艺)。该方法，尤其是描述在文献[l]、 [2]、 [3]以及[4]中，使得可以 通过耐火钎焊(铜焊)来连接耐火陶资部件，例如由碳化硅制成的 部件。使待连接的部件与金属间铜焊和由部件形成的组合件(装配， assembly)接触，并在等于铜焊熔点的铜焊温度下加热铜焊以便形 成耐火接头。然而，这种方法(其已在工业賴^莫上加以开发)具有 某些限制i) 铜焊组合件的操作温度不能超过铜焊的熔点；ii) 铜焊相当于第二相，其在某些情况下可以证明对于该材料 的应用是不可接受的，并且可以，例如，引起铜焊的中子不相容性；iii) 铜焊的特性内在地相联于待铜焊材料的特性，即对于每种 待组装的陶资来说，必须开发新型的专用铜焊，其可以导致较长和 昂贵的开发期。此外，火花等离子体烧结(SPS)技术是已知的。关于这种技 术的最初的专利申请[5]、 [6]是由K. INOUE于二十世纪60年代末 提交的。但必须等待直到二十世纪九十年代末，SPS技术才享有实验突 然增力口。SPS是一种烧结技术，其在于同时将高强度的单轴压力和电流脉沖施加于待致密化的大块样品或粉状样品，或施加于待连接部件。7粉末或部件可以由金属、陶瓷或聚合物制成。借助于由石墨制成的平寿反和活塞的组合件〗吏得样品温度升高，将4分末i文置在石墨压片才几内。由压片才几、活塞以及平—反组成的组合 件是在真空室中的单一组合件(sole assembly )以提高温度。更具体地说，SPS机和其主要构件的操作原理表示在附图说明图1中。 将粉末(1)放置在两个活塞(3)之间的石墨套管(2)中。将压 力(4)施加于这些活塞(3),并将直流电(5)施加于电极(6)。 将粉末(1)、活塞(3)、石墨套管(2)以及部分电极(6)放置在 真空室(7)内。代替粉末，可以将待连接的两个陶瓷部件放置在 两个活塞之间，寸吏得在才莫具(冲才莫，die)中具有以下顺序活塞画 第一陶瓷-第二陶瓷-活塞。借助于光学高温计来监控温度，其中光学高温计还控制输入组 合件的电力(电功率)。在烧结期间-使用的电流可以高达8000A。SPS才支术的主要优点是可以在相对專交短的大约几分钟的时间内 (例如5至10分钟)使样品致密化。该烧结速度经常使得可以将晶粒生长降低至最小程度并且对 于某些材料获得接近100%的密度。然而，火花等离子体烧结(SPS) 4艮少或才艮本没有应用于耐火 陶瓷并且还没有应用于连^妄两个耐火陶瓷部件。文献US-B2-6 515 250涉及一种用于连4妄部件的方法和装置， 其中，在第一步骤中，使待组装的部件表面接触而无需使用石墨模 具(石墨模，graphite die )。然后，将力永沖电流或3永沖电流和直流电的组合施加于所述表面，同时将压力施加于部件，使得临时接合或 连接部件(步骤1)。接着，对临时连接部件进行热处理，以便使这种连接永久化并获得相当于每种连接部件的材料的强度的接头强度(joint strength )。说明了该文献的方法使得可以将金属部件连接在一起，以及将 金属部件连接于非金属部件，或将非金属部件连接在一起。在根据此文献的实施例中，进行了杆的连接，其中杆由相同材 料制成，例如由不锈钢(SUS 304 )制成、或由合金工具钢(SKD61 )制成。此外，指出可以在由不同材料制成的金属部件之间进行连接， 例如，在由SKD 61制成的部件和由铝合金制成的部件之间，在由 SUS 304制成的部4牛和由SUS 420J2制成的部4牛之间，在由铜合金 制成的部件和由SUS 420J2制成的部件之间，以及在由SKH 51 (高 速工具钢)制成的部4牛和由SKD 61制成的部〗牛之间，以及还在由 金属制成的部件和非金属部件之间，或在非金属部件之间，而没有 使用焊接材料或钎焊金属。还说明了，当该方法用于连接由不同材料例如金属、以及陶瓷 或塑料制成的部件时，具有梯度特性的部件(即从部件的一侧到另 一侧其性能具有逐渐变化)被放置在待连接部件之间。最后，可以才是及，该文献的方法可以应用于不同类型的连4妾， 例如超硬质金属和正常金属(普通金属)的连接，或由铝制成的部 件和耐腐蚀以及耐磨部件的连4妄。总之，该文献既没有描述也没有才是示将由陶乾制成的两个部件 连4妄在一起，并且甚至更少^是及将由耐火陶瓷制成的两个部件连孑妾 在一起，并且没有提及由连接两个陶瓷、尤其是两个耐火陶瓷所提 出的特殊问题。此外，进行连接(步骤1)而没有使用石墨模具。然而，因为 陶瓷并不是良好的电导体，所以电流永沖不可能通过4寺连4妾陶瓷。 因此该第 一 步骤仅对于金属或更一般的导电材料能够起作用。此外，通过脉沖电流进行的连接(其类似于SPS)〗又构成导致 临时连接的中间步骤，在此步骤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种通过火花等离子体烧结来连接至少两个耐火陶瓷部件的方法，每个所述部件具有至少一个待通过火花等离子体烧结连接的表面，其中进行以下步骤： 使所述部件的待连接表面接触，而在所述表面之间无需任何种类的添加物；然后 将１至２００ＭＰａ的 压力，称作连接压力，施加于所述部件； 将强度为５００至８０００Ａ的脉冲电流施加于所述部件以便将所述部件的温度提高到至少１３００℃的温度，称作连接温度；然后 停止施加所述电流，同时停止施加所述压力，并冷却所述部件；以及 回收 所述连接部件。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.27 FR 06539731.一种通过火花等离子体烧结来连接至少两个耐火陶瓷部件的方法，每个所述部件具有至少一个待通过火花等离子体烧结连接的表面，其中进行以下步骤使所述部件的待连接表面接触，而在所述表面之间无需任何种类的添加物；然后将1至200MPa的压力，称作连接压力，施加于所述部件；将强度为500至8000A的脉冲电流施加于所述部件以便将所述部件的温度提高到至少1300℃的温度，称作连接温度；然后停止施加所述电流，同时停止施加所述压力，并冷却所述部件；以及回收所述连接部件。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，施加10至150 MPa，优 选20至100MPa,更好50至75 MPa的压力。3. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，施加强度为 500至6000 A，优选1000至3000 A的月永沖电流。4. 才艮据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将所述待连接 部件的温度提高到1400°C至2000°C，优选提高到1600。C至 1950°C,例如提高到1750°C。5. 才艮据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，维持至少1300°C的温度0至10分钟，优选0至7分钟，例如5分钟的持续时间。6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法的总 持续时间是10至30分钟，尤其是20分钟。7. 4艮据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以80。C/分钟 至600。C/分钟的速率冷却所述部件。8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从环境温度和 OMPa的压力逐渐才是高所述压力和所迷温度。9. 根据权利要求8所述的方法，其中，通过实施斜坡、或可选地 具有不同斜度的几个斜坡来提高所述温度，以达到所述连接温 度。10. 才艮据4又利要求9所述的方法，其中，所述斜》皮或...
【专利技术属性】
技术研发人员：亚历山大·阿勒芒，法比耶纳·奥迪贝尔，
申请(专利权)人：法国原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。