Le Brasage Céramique / Métal

S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005 1

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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



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Introduction


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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Diagramme de Ellingham: Comparaison de la stabilité des oxydes à partir de la représentation de G0

(T)


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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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Diagramme d’équilibre des oxydes sous atmosphèred’hydrogène en fonction de la température


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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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° 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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° 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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→ 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

Le Brasage Céramique / Métal

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