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TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps 20051 Le Brasage Céramique / Métal S. Mathot Titre.

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1 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Le Brasage Céramique / Métal S. Mathot Titre

2 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Plan - La Métallisation Mo-Mn des Alumines - Introduction - Les Alumines - Le Brasage des Alumines Métallisées - Exemples d’Assemblages - Le Brasage Actif des Alumines - Le Brasage Actif d’autres Céramiques - Conclusions Le Brasage Céramique / Métal

3 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Introduction Le Brasage Céramique / Métal  Une Brasure qui Adhère sur le Métal ET sur la Céramique Or : → Changer la surface de la céramique Solutions : → Changer l’Alliage de brasage →   Métallisation de la surface Brasage Actif

4 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Les Alumines Liant : SiO 2, CaO, MgO, ZrO 2, …  Alumine : Al 2 O 3 Frittage

5 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps La Métallisation Mo-Mn des Alumines Rappel : → G = H – TS H = U + PV Pour la réaction : A l’équilibre, pour la production d’une mole de O 2 : Si : → → L’oxyde est stable L’oxyde est instable

6 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps La Métallisation Mo-Mn des Alumines Diagramme de Ellingham: Comparaison de la stabilité des oxydes à partir de la représentation de  G 0 (T)

7 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps La Métallisation Mo-Mn des Alumines Pour la réaction : A l’équilibre : → → L’oxyde est stable L’oxyde est instable

8 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps La Métallisation Mo-Mn des Alumines Diagramme d’équilibre des oxydes sous atmosphère d’hydrogène en fonction de la température

9 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps La Métallisation Mo-Mn des Alumines Poudre de Mo + Mn :Avec T > 1200 °C (1400 °C) Avec P(H 2 O) / P(H 2 ) > ( P(H 2 O) > Torr avec P(H 2 )= 1000 Torr) → Mn sous forme d’Oxyde (MnO) → Mo sous forme de Métal (Mo) → Formation d’une phase vitreuse + Poudre métallique → Refroidissement : Frittage de la poudre métallique sur la surface de la céramique

10 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps La Métallisation Mo-Mn des Alumines ° Dépôt d’une couche de poudre de Mo et Mn avec un liant organique (épais. 25 à 30  m) ° Traitement à 1400 °C sous hydrogène, épaisseur de la couche après refroidissement entre 12 et 20  m ° Dépôt d’une couche de Nickel (10  m) par voie chimique et traitement thermique sous vide (1000 °C) Procédé de métallisation :

11 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Le Brasage des Alumines Métallisées - AgCu, AgCuPd, …. - Ag, NiCuAg, …. - Cu, Au, AuCu, …. → Alliage de Brasage : → Métal à Braser : - Choix en fonction du Coefficient de Dilatation - Choix en fonction de la Limite Elastique du Métal

12 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Le Brasage des Alumines Métallisées ° Soit:  T, la différence d’allongement total entre le métal et la céramique à la température de brasage  y et  y, l’allongement élastique et la limite élastique du métal ° Soit:TCF, Thermomechanical Compatibility Factor Si  T ≥  y TCF = (  y ) -1 Si  T <  y TCF = (  y  T /  y ) -1  TCF ↑ Stress ↓ MétalTCF Niobium Platine Tantale Cuivre Titane Kovar Nickel CuNi Fe-42Ni Monel Invar Molybdène Inox 304 Inconel 600 Tungstène

13 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Le Brasage des Alumines Métallisées → Configuration du Joint :

14 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Le Brasage Actif des Alumines Interaction possible de certain métaux avec la surface de l’alumine → Métaux Réducteurs (Ti, Zr, Be, ….), Atmosphère contrôlée (HV) → Réactions Chimiques Complexes (Ex.: Ti 3 Al, TiAlO x,…) CompositionSolidus (°C)Liquidus (°C)Interval de brasage (°C) 96.4 Au-3Ni-0.6Ti 92.7Cu-2Al-3Si-2.3Ti 63Ag-35.2Cu-1.75Ti 63Ag-34.2Cu-1Sn-1.75Ti 59Ag-27.2Cu-12.5In-1.25Ti 70Ti-15Cu-15Ni 68.8Ag-26.7Cu-4.5Ti 92Pb-4In-4Ti 86Sn-10Ag-4Ti

15 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Le Brasage Actif d’autres Céramiques Interaction possible de certain métaux avec d’autres oxydes, les carbures, les nitrures, le graphite, le diamant, …. Mêmes conditions : → Métaux Réducteurs (Ti, Zr, Be, ….), Atmosphère contrôlée (HV) → Réactions Chimiques Complexes (Ex. : Interface SiC / Ti → Phases Ti 3 SiC 2, Ti 5 Si 3 C, Ti 5 Si 3 C x, ….) Autres difficultés : → Fragilité importante de certaines céramiques (SiC, Saphir, Ferrites,…)

16 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Exemples d’Assemblages

17 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Exemples d’Assemblages Saphir Nb Alumine Dilver

18 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Conclusions Procédé Mo-MnBrasure Active Dilver Alumine Dépôt MoMn + Liant Frittage, 1400°C, H 2 /H 2 O Dépôt de Ni Frittage, 950°C, Vide Brasage, Alliage CuAg Alliage CuAgTi

19 TS/MME- Assembly Techniques S. Mathot – TS Workshop – Archamps Conclusions Procédé Mo-MnBrasure Active → Avantages ° Tenue Mécanique ° Procédé Fiable, Tolérant ° Excellent Mouillage ° Tenue Mécanique ° Procédé Simple ° Utilisable sur toutes les céramiques → Inconvénients ° Procédé long ° Limité à l’Alumine ° Mouillage limité ° Mise en œuvre délicate


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