Le Brasage Céramique / Métal

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

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

5. La Métallisation Mo-Mn des Alumines G = H – TS H = U + PV Rappel : 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 = (syeT/ ey)-1 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,…) 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 S. Mathot – TS Workshop – Archamps 2005

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

18. 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. 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