Le Brasage Céramique / Métal

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1 Le Brasage Céramique / Métal
Titre Le Brasage Céramique / Métal S. Mathot S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

2 S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005
Plan Le Brasage Céramique / Métal - Introduction - Les Alumines - La Métallisation Mo-Mn des Alumines - Le Brasage des Alumines Métallisées - Le Brasage Actif des Alumines - Le Brasage Actif d’autres Céramiques - Exemples d’Assemblages - Conclusions S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

3 Une Brasure qui Adhère sur le Métal ET sur la Céramique
Introduction  Une Brasure qui Adhère sur le Métal ET sur la Céramique Le Brasage Céramique / Métal Or : → → Solutions : Changer la surface de la céramique  Métallisation de la surface → Changer l’Alliage de brasage  Brasage Actif S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

4 S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005
Les Alumines  Frittage Alumine : Al2O3 Liant : SiO2, CaO, MgO, ZrO2, … S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

5 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 O2: Si : → L’oxyde est stable → L’oxyde est instable S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

6 La Métallisation Mo-Mn des Alumines
Diagramme de Ellingham: Comparaison de la stabilité des oxydes à partir de la représentation de DG0(T) S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

7 La Métallisation Mo-Mn des Alumines
Pour la réaction : A l’équilibre : → L’oxyde est stable → L’oxyde est instable S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

8 La Métallisation Mo-Mn des Alumines
Diagramme d’équilibre des oxydes sous atmosphère d’hydrogène en fonction de la température S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

9 La Métallisation Mo-Mn des Alumines
Poudre de Mo + Mn : Avec T > 1200 °C (1400 °C) Avec P(H2O) / P(H2) > 10-4 (P(H2O) > 10-1 Torr avec P(H2)= 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 S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

10 La Métallisation Mo-Mn des Alumines
Procédé de métallisation : ° Dépôt d’une couche de poudre de Mo et Mn avec un liant organique (épais. 25 à 30 mm) ° Traitement à 1400 °C sous hydrogène, épaisseur de la couche après refroidissement entre 12 et 20 mm ° Dépôt d’une couche de Nickel (10 mm) par voie chimique et traitement thermique sous vide (1000 °C) S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

11 Le Brasage des Alumines Métallisées
→ Alliage de Brasage : AgCu, AgCuPd, …. Ag, NiCuAg, …. Cu, Au, AuCu, …. → Métal à Braser : Choix en fonction du Coefficient de Dilatation Choix en fonction de la Limite Elastique du Métal S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

12 Le Brasage des Alumines Métallisées
° Soit: eT, la différence d’allongement total entre le métal et la céramique à la température de brasage ey et sy, l’allongement élastique et la limite élastique du métal ° Soit: TCF, Thermomechanical Compatibility Factor Si eT ≥ ey TCF = (sy)-1 Si eT < ey TCF = (sy eT / ey)-1 Métal TCF Niobium Platine Tantale Cuivre Titane Kovar Nickel CuNi Fe-42Ni Monel Invar Molybdène Inox 304 Inconel 600 Tungstène 88 33 28 20 8.8 7.7 6.7 4.8 4.5 4.0 3.7 3.5 2.9 2.1 2.0  TCF ↑ Stress ↓ S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

13 Le Brasage des Alumines Métallisées
→ Configuration du Joint : S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

14 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.: Ti3Al, TiAlOx,…) Composition Solidus (°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 1003 958 780 775 605 910 830 320 221 1030 1024 815 806 715 960 850 325 300 S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

15 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 Ti3SiC2, Ti5Si3C, Ti5Si3Cx, ….) Autres difficultés : → Fragilité importante de certaines céramiques (SiC, Saphir, Ferrites,…) S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

16 Exemples d’Assemblages
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17 Exemples d’Assemblages
Saphir Nb Alumine Dilver S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

18 S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005
Conclusions Dilver Procédé Mo-Mn Brasure Active Alumine Dépôt MoMn + Liant Frittage, 1400°C, H2/H2O Dépôt de Ni Alliage CuAgTi Frittage, 950°C, Vide Brasage, Alliage CuAg S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

19 S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005
Conclusions Procédé Mo-Mn Brasure 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 S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005