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Titre. Le Brasage Céramique / Métal. S. Mathot. 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. - PowerPoint PPT Presentation
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Le Brasage Céramique / Métal
S. Mathot
Titre
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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
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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
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Les Alumines
Liant : SiO2, CaO,MgO, ZrO2, …
Alumine : Al2O3
Frittage
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La Métallisation Mo-Mn des Alumines
Rappel :
→
G = H – TS H = U + PV
Pour la réaction : 3
O2
Al3
2
2OAl
3
4
STHG 0 BTAG 0
TdTpCTdTpCG
0
A l’équilibre, pour la production d’une mole de O2:
).,(2
ln0)(3
2TeqO
PRTT
G
Si :).,(
2)(
2TeqO
PTO
P
).,(2
)(2
TeqOP
TOP
→→
L’oxyde est stable
L’oxyde est instable
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La Métallisation Mo-Mn des Alumines
Diagramme de Ellingham: Comparaison de la stabilité des oxydes à partir de la représentation de G0
(T)
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La Métallisation Mo-Mn des Alumines
Pour la réaction : 323
1223
2 OAlHOHAl
A l’équilibre : ).,(
2
).,(2ln0
)(31
TeqHP
TeqOHP
RTT
G
).,(2
).,(2
)(2
)(2
TeqHP
TeqOHP
THP
TOHP
).,(2
).,(2
)(2
)(2
TeqHP
TeqOHP
THP
TOHP
→
→
L’oxyde est stable
L’oxyde est instable
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La Métallisation Mo-Mn des Alumines
Diagramme d’équilibre des oxydes sous atmosphèred’hydrogène en fonction de la température
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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 surla surface de la céramique
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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, épaisseurde 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 :
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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
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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 ↓
Métal TCF
NiobiumPlatineTantaleCuivreTitaneKovarNickelCuNi
Fe-42NiMonelInvar
MolybdèneInox 304
Inconel 600Tungstène
883328208.87.76.74.84.54.03.73.52.92.12.0
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Le Brasage des Alumines Métallisées
→ Configuration du Joint :
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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-0.6Ti92.7Cu-2Al-3Si-2.3Ti63Ag-35.2Cu-1.75Ti
63Ag-34.2Cu-1Sn-1.75Ti59Ag-27.2Cu-12.5In-1.25Ti
70Ti-15Cu-15Ni68.8Ag-26.7Cu-4.5Ti
92Pb-4In-4Ti86Sn-10Ag-4Ti
1003958780775605910830320221
10301024815806715960850325300
1025-10301025-1050
830-850810-860700-750
960-1000830-900850-950850-950
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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,…)
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Exemples d’Assemblages
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Exemples d’Assemblages
Saphir
Nb
Alumine
Dilver
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Conclusions
Procédé Mo-Mn Brasure ActiveDilver
Alumine
Dépôt MoMn + Liant
Frittage, 1400°C, H2/H2O
Dépôt de Ni
Frittage, 950°C, Vide
Brasage, Alliage CuAg
AlliageCuAgTi
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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