陶瓷对陶瓷接合件及相关方法技术

本发明专利技术提供了一种陶瓷对陶瓷接合件及其制备方法。通常，接合件包含第一陶瓷部件（15）和第二陶瓷部件（20），其中所述第一陶瓷部件（15）和第二陶瓷部件（20）分别包含碳化陶瓷或者氮化陶瓷材料。在一些情况下，铝引发的接合区域对第一陶瓷部件（15）和第二陶瓷部件（20）进行接合。该接合区域通常包含从第一陶瓷部件（15）和第二陶瓷部件（20）扩散进入到接合区域的化学物质。此外，第一陶瓷部件（15）和第二陶瓷部件（20）通常分别包含与接合区域相邻设置的接合扩散区，该接合扩散区包含从接合区域扩散进入到接合扩散区的铝物质。还描述了其他实施方式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及陶瓷材料。更具体地，本专利技术提供了一种陶瓷对陶瓷接合件及其制备方法，所述接合件包含多相陶瓷结合区域。
技术介绍
将一片陶瓷材料与另一片陶瓷材料或者一片金属接合的方法可用于许多
实际上，制造许多复杂多功能系统(例如，热交换器、燃气轮机、发动机以及高温和低温·都能使用的其他系统)要求陶瓷与其他陶瓷或者金属进行接合。在一些情况中，使用金属钎焊技术将一件陶瓷与另一件陶瓷连接，或者将一件陶瓷与金属连接。但是，一些金属钎焊在氧化环境，特别是高温下易受到氧化。因此，当用金属钎焊形成的接合件用于氧化环境和高温时，氧化作用倾向于使得接合变弱并缩短其运行寿命。虽然已经对一些钎焊技术进行了改进，从而提升了它们制得的钎焊和接合件在高温下氧化作用的抗性，但是所述改进未必是没有缺点的。例如，在许多情况下，一些钎焊技术所提升的抗氧化性会带来接合强度的降低，以及钎焊对陶瓷基材进行侵润能力的降低。因此，尽管存在用于将一件陶瓷与另一件陶瓷(或金属)进行连接的技术，该技术仍存在包括如上所述的挑战。针对这一点，本领域需要一种技术，该技术使得特定类型陶瓷间的结合之如金属钎焊般容易(金属钎焊形成了高温下具有优秀强度特性的接合件)，但是该接合件没有由于氧化作用及其相关弱化和特性损失导致的温度限制的相关缺陷。因此，用其他接合技术对某些传统钎焊技术进行增强或者甚至替换对于本领域是一种改进。专利技术概述本专利技术提供了一种陶瓷对陶瓷接合件及其制备方法。在一些实施方式中，接合件包含第一陶瓷部件，其中所述第一陶瓷部件是碳化陶瓷或者氮化陶瓷。此外，接合件包含第二陶瓷部件，其中所述第二陶瓷部件是碳化陶瓷或者氮化陶瓷。除此之外，接合件包含铝引发的接合区域，该接合区域连接了第一和第二陶瓷部件。在此方面，接合区域包含来自第一和第二陶瓷部件，并在所述接合区域中发生扩散的化学物质。进而，第一陶瓷部件包含设置在与接合区域相邻位置的第一接合扩散区，所述第一接合扩散区包含来自接合区域并在第一接合扩散区中发生扩散的铝物质，第二陶瓷部件包含设置在接合区域相邻位置的第二接合扩散区，所述第二接合扩散区包含来自接合区域并在第二接合扩散区中发生扩散的铝物质。在其他实施方式中，接合件包含第一和第二陶瓷部件，所述第一和第二陶瓷部件分别包含选自碳化陶瓷或者氮化陶瓷的材料。此外，在该实施方式中，接合件还包含连接了第一和第二陶瓷部件的铝引发的接合区域，该接合区域的特征在于化学物质在接合区域和邻接的第一和第二陶瓷部件之间发生扩散和逆扩散。虽然接合区域可以具有任意合适的强度，但是在一些情况下，所述接合区域的接合强度大于第一和第二陶瓷部件的本体强度的50%。在其他情况下，接合件的强度比第一和第二陶瓷部件的本体强度大约60%、约70%、约80%和约90%。但是在其他情况下，接合件的强度大于或等于第一和第二陶瓷部件的本体强度。对于形成陶瓷对陶瓷接合件的方法，在一些实施方式中，该方法可以包括以下步骤得到第一陶瓷部件和第二陶瓷部件，将(包含铝的)接合引发剂置于在所述第一陶瓷部件和第二陶瓷部件之间并与它们相邻的接合区域中，将接合引发剂以及与所述接合引发剂相邻的第一和第二陶瓷部件加热到大于约700° C的温度一段时间，该时间足以引起接合引发剂与邻接的第一和第二陶瓷部件之间的化学物质发生扩散和逆扩散。在其他实施方式中，将接合引发剂以及相邻的陶瓷基材加热到以下温度约800° C、约900° C和约1,000。Co 通过以下描述和所附权利要求书或者通过学习下文中所述的本专利技术的实践，可以更充分地理解本专利技术的这些特征和优点。附图说明为了得到并易于理解实现本专利技术的上述及其他特征和优点的方式，下面结合附图所示的具体实施方式更详细地描述了上文已作出简单描述的本专利技术。应当理解这些附图仅描述了本专利技术的代表性实施方式，并且不是按比例绘制，因此不应视为对其范围的限制，本专利技术将通过使用如下附图由补充特点和细节得以描述和解释图I显示了在形成多相陶瓷接合件之前，在第一和第二基材之间的接合引发剂的一些实施方式的示意图；图2显示了用于形成多相陶瓷接合件的方法的代表性实施方式的流程图；图3-5分别显示了铝引发的接合件的一些实施方式的扫描电镜的截面图；图6-9所示分别是能量色散X-射线光谱结果，显示了在接合区域的代表性实施方式中的化学物质的交叉扩散，其中所述X-射线光谱结果来自图4所示的铝引发的接合件中的不同位置；图10显示了用于形成多相陶瓷接合件的改进方法的代表性实施方式的流程图；图11显示了通过扫描电镜得到的铝引发接合件的一些实施方式的截面图，其中所述接合件用单步加热步骤制备；图12显示了通过扫描电镜得到的铝引发接合件的一些实施方式的截面图，其中所述接合件用多步加热步骤制备；图13-15所示分别是能量色散X-射线光谱结果，显示了在接合区域的代表性实施方式中的化学物质的交叉扩散，其中所述X-射线光谱结果来自图12所示的铝引发的接合件中的不同位置；以及图16所示是一些试验结果图，其指出了几种类型的陶瓷对陶瓷接合件的所得的失效位置。专利技术详述说明书中提及的“一个实施方式”或“一种实施方式”或者类似语言表示结合实施方式描述的具体特征、结构或性质包括在本专利技术的至少一个实施方式中。因此，在本说明书中各种地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在一种实施方式中”可以，但未必都涉及同一个实施方式。此外，虽然以下描述涉及本专利技术的各种组件和方面的数种实施方式和实施例，但是所有的所述实施方式和实施例应理解为在所有方面仅起了说明作用，而不是以任意方式进行限制。此外，本专利技术所述的特征、结构、或性质可以任何合适的方式组合在一个或多个实施方式中。在如下描述中，提供了各种具体详述，例如合适的陶瓷、接合引发剂、加热方法、清洁方法等，以提供对本专利技术的实施方式的完全理解。但是相关领域的普通技术人员能认识到，本专利技术能在一个或多个具体细节缺失或经由其他方法、组件材料等实施。在其他情况下，没有显示众所周知的结构、材料或操作或者对其进行详述，以避免模糊本专利技术的各个方面。 用于在陶瓷之间形成接合件的许多传统的钎焊技术包含以下步骤用来自钎焊材料的化学物质对陶瓷基材进行侵润，陶瓷基材自身之间没有任意明显的本体相互作用和改变。也就是说，在许多传统钎焊技术中，尽管在形成接合件时钎焊材料自身的化学性质和相会发生改变，但是钎焊材料仍基本是独立的，并与陶瓷本体发生粘结。作为结果，由一些传统钎焊技术制得的接合件基本依赖于钎焊材料及其化学物质对于相应陶瓷基材的侵润(以及凝固)。相反地，本专利技术的一些实施方式提供了陶瓷对陶瓷接合件(及其制备方法)，其涉及多相陶瓷的原位形成。在此方面，可以通过化学物质从接合引发剂(例如，铝箔)扩散进入到两个或更多个相邻陶瓷基材中，并通过化学物质从陶瓷基材逆扩散进入到接合引发剂(或者进入初始所在的区域)中来形成所述的接合件。当发生该扩散和逆扩散时，在连接的陶瓷基材本体之间的接合区域中可以形成多种陶瓷。因此，所述陶瓷对陶瓷接合件在本文可以称作多相陶瓷接合件。例如，图I显示了一些实施方式，其中接合引发剂10 (即，铝层)位于第一陶瓷部件(或基材)15和第二陶瓷部件(或基材)20之间。虽然图I显示了接合件形成之前的接合引发剂10和基材(15和20)，该图显示了对各种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·费洛斯，M·威尔森，
申请(专利权)人：塞拉麦泰克股份有限公司，
类型：
国别省市：