CN102985206A

CN102985206A - 用于通过非反应性钎焊接合由SiC为基础的材料制成的部件的方法，钎焊组合物以及通过所述方法获得的接合部和组件

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Publication number: CN102985206A
Application number: CN2011800245319A
Authority: CN
Inventors: 瓦莱里·肖马; 让-弗朗索瓦·埃纳
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2013-03-20
Also published as: FR2957543A1; JP2013522153A; KR20130060173A; JP6026286B2; EP2547481A1; EP2547481B1; US8590770B2; WO2011113759A1; US20130011185A1; FR2957543B1; CA2793078A1

Abstract

本申请描述了一种通过非反应性钎焊接合由碳化硅为基础的材料制成的至少两个部件（1，2）的方法，其中，使部件与非反应性钎焊组合物（3）接触，将由部件（1，2）和钎焊组合物（3）形成的组件加热到足以完全地或至少部分地熔化钎焊组合物（3）的钎焊温度，并且将部件（1，2）和钎焊组合物（3）冷却，从而使得在所述组合物已固化之后形成适度耐火接合部；并且其中，非反应性钎焊组合物（3）是按照原子百分比包括60%到66%的硅和34%到40%的镍的二元合金。还限定了一种如上所限定的钎焊组合物（3）、一种包括所述钎焊组合物的粉末以及有机粘结剂的钎焊糊状物或悬浮物。

Description

用于通过非反应性钎焊接合由SiC为基础的材料制成的部件的方法,钎焊组合物以及通过所述方法获得的接合部和组件

技术领域

本发明涉及一种用于通过具有非反应性钎焊组合物的非反应性钎焊（non-reactive brazing）组装、接合由碳化硅为基础的材料制成的部件的方法，以用于特别是制备完全地以碳化硅为基础的部件的目的。

根据本发明的组装、接合方法通常地在不超过1150°C（优选地在1020°C与1150°C之间）的温度下执行。

本发明还涉及钎焊成分以及通过该方法获得的接合和组件，一种组件的最大使用温度大致在850°C与880°C之间。

通过“碳化硅为基础”的材料大致表示这样的材料，即，其碳化硅成分在重量上等于或大于50%，优选地重量上等于或大于80%，进一步优选地重量上为100%，在该后一种情形中，可以说是该材料由碳化硅组成或构成。

碳化硅可以是以碳化硅的纤维的形式或者通过陶瓷结合剂烧结或者结合的碳化硅的粉末。

这些碳化硅为基础的材料特别地可以是纯碳化硅（诸如纯α（α-SiC）或者纯β（β-SiC）碳化硅）、由渗入有硅的碳化硅（SiSiC）的基板、或者诸如具有碳化硅纤维和/或基质（matrix，基质）的复合物材料的碳化硅为基础的复合物材料。

本发明的技术领域可以定义为在大致地不超过1150°C（（等同于钎焊平稳期（plateau）保持温度的温度），优选地在1020°C到1150°C的温度）的实施温度钎焊。

本发明相关的装备因此大致地认为是“适度耐火材料”，即，这些组件的最大使用温度大致是850°C到880°C的等级。

这些组件可以进入到复杂形状的部件的生产，在碳化硅为基础的基板之间要求良好的机械强度并且可选地在接合的任一侧处要求令人满意的密封。

背景技术

已知的是，难以制造由陶瓷制成（特别地由碳化硅制成）的大尺寸部件。在烧结大尺寸碳化硅中的主要部件之后，公差不好控制，并且由于成本相关的原因，这些部件的机械加工是不可接受的。

此外，并且出于相同的原因，通常很难以诸如碳化硅的硅为基础的化合物制造复杂形状的部件。

因此，通常优选的是从简单形状和/或小尺寸的陶瓷元件制造大尺寸和/或具有复杂形状的部件或结构，并且然后组装置这些元件以形成最终的结构。

所述技术对于制造热交换器类型的结构是特别有必要的，并且在碳化硅中的结构部件具有可能高达例如900°C、甚至1000°C的使用温度。

考虑到在诸如碳化硅的陶瓷的应用中使用的高温，例如接近900°C到1000°C，这些陶瓷通过与有机粘合剂的接合被排除，因为该类型的组件的使用温度最大不能超过200°C。

纯机械组件，例如通过装订或拧紧，仅确保多个部件之间的局部、随机的接触。由此获得的组件不能是不受影响的。机械强度仅通过装订钉与螺钉确保，这是有限的。为了确保接合的良好的机械强度，很关键的是在待连接的部件之间形成良好的粘附，这通过螺钉与装订钉是不可能的。

此外，通过焊接的传统的接合技术依靠具有或没有填充金属的能量束（TIG焊、电子或激光焊接）并且涉及待连接的部件的局部熔融不被用于组件陶瓷，因为其不能熔融陶瓷的基板或部件，并且特别地因为碳化硅在熔融之前分解。

用于获得陶瓷的耐火组件的通常技术是固相扩散结合和通过烧结或者共烧结接合。

对于通过扩散结合的组件来说，在界面之间以高温施加压力，以允许两个基板之间的原子相互扩散。该温度通常保持低于最小耐火材料的熔融点，并且因此在该系统中没有液相。在沿着单个方向的按压下、或者在等压的室中获得这种连接类型。扩散结合很适于接合两种金属合金并且很少适于接合陶瓷材料，因为形成陶瓷的原子几乎不在接合处扩散。此外，从机械光电来说，该方法是抑制性的，因为其要求在压缩多孔下布置易碎基板以及诸如碳化硅复合物的材料，所述基板和材料面临在该机械按压载荷下高度损坏的风险。

通过烧结或共烧结由碳化硅制成的部件的接合要求高压以及高温和长的保持时间，因为该过程是以在碳化硅元件之间的相互扩散的原则为基础的。

换句话说，通过烧结的固相扩散结合和接合从实施的观点来看具有被约束的弊端，因为：

-对于固相扩散结合来说，如果使用单轴按压，该部件的形状必须保持简单，否则其要求复杂工具和准备，例如，如果使用HIP（热等静压），则需要制造外套、真空密封、热等静压、外套的最终机械加工。

-对于通过烧结的共烧结或接合来说，存在相同的问题（部件的形状、实施复杂）与，此外，需要控制在待接合的两种材料之间待插入的填充粉末的烧结。

-这两种技术额外地要求在高温下使用长的保持时间（一个到几个小时），因为使用的过程依靠固相扩散。

根据上述内容，并且总结起来，为了确保良好的机械强度（特别地并且可选地，组件的令人满意的密封），仅能够设想使用液相的那些过程，诸如钎焊。

钎焊是低成本技术，容易执行并且被最通常地使用。可以使用钎焊制备复杂形状的部件，并且钎焊操作受限于在待接合的部件之间、或者在两个部件之间的接合处附近布置被称作钎焊合金的填充合金、熔化该合金、填充部件之间的接合，其中所述填充合金能够在待接合的界面上方润湿并且扩散。在冷却钎焊之后，合金固化，从而使得组件能够结合。

对于碳化硅为基础的材料中的部件来说，大部分钎焊组合物是不足以耐火。这些大致是由具有甚至远低于1000°C的熔化点的金属合金形成的钎焊组合物。所述熔化温度对于在800°C或900°C的范围中（例如从850°C到880°C）的温度的应用是明显地不够的。

此外，在500°C与之后，形成这些金属钎焊组合物的部分的大部分化学元素与碳化硅是高度反应性的并且导致脆性的化合物。

因此，对于通常地在1000°C以上的较高温度的钎焊来说，不仅在钎焊操作过程中而且也在通过固相扩散的功能性使用过程中，所述钎焊组合物或者钎焊合金将会机械地攻击碳化硅为基础的材料。

还指出的是，最少反应性的合金也是最不耐火的，诸如例如具有Ag-Cu基质的AgCuTi合金以及在低浓度中的活性钛元素。对于本发明更特别地关注的应用来说（所述应用是具有适度耐火性组件的具有大致高达850°C（甚至880°C）的使用温度的那些），考虑到它们与碳化硅强烈的反应，主要含有银、或银-铜、铜、镍、铁、钴、铂、钯或金的所有的反应性钎焊组合物因此被排除。

在文献[1、2、3]中呈现了更耐火并且具有高的硅含量的钎焊合金的配方、钎焊组合物。这些钎焊组合物与碳化硅几乎不具有反应行为，甚至是非反应性的，这防止了脆弱化合物的形成。然而，非反应性或者非常低的反应性的该标准对于确保钎焊接合的良好的机械强度来说不是足够的条件。在该文献中，以二元硅为基础的钎焊合金的屈服强度值相对于加入以硅为基础的非反应性钎焊组合物的第二元素是最可变化的。

例如，对于非反应性Fe-Si系（按照重量计45%Fe-55%Si）来说，尽管在文献[4]中指出的该组合物的非反应性，文献[3]提及其具有2MPa的等级的极低的极限抗拉强度，同时对于Cr-Si系来说（按照重量计25%Cr-75%Si），该相同的文献[3]提到其具有12MPa的等级的更高值。

对于非反应性Co-Si系合金来说（按照重量计90%Si-10%Co），文献[1]提到在压缩/剪切下的约100MPa的值。

以硅为基础的钎焊组合物的该特性、特别地是机械特性是完全地不可预测的并且绝对地不能从已经知道的Si为基础的钎焊组合物（即使是非常接近的类型）中推断出来。

换句话说，当试图制备硅为基础的钎焊组合物（特别地用于碳化硅中的钎焊部件）时，绝对不能参照通过其它已知的Si为基础的钎焊组合物可接受地展示的机械特性，因为以Si为基础的钎焊组合物的任何修改，无论多少，如果涉及钎焊以硅或其比例的金属的类型，都可以导致不可预知的、无法预料的甚至在组合物中的特性并且特别地其机械特性的主要的变化。

总之，不能根据X的比例预测给定的二元Si-X系的机械特性（其中是金属），更不用说根据X的比例预测所述系的机械特性。

在文献[1、2]和[3]中的钎焊组合物的钎焊温度通常高于1300°C。对于Ti-Si组合物（按照重量计22-78%）的这些钎焊温度例如是1355°C，对于Cr-Si组合物（按照重量计25-75%）的钎焊温度例如是1355°C，对于Co-Si组合物的钎焊温度例如是1400°C到1450°C，并且对于Ru₂Si₃组合物的钎焊温度例如是1750°C。

该连接方法的功效要求高于1300°C的钎焊温度以便钝化氧化硅层的热力学不稳定，其同时地发生在碳化硅表面上，因为这些二氧化硅层对于通过钎焊组合物的润湿来说是有害的，即使钎焊在真空中执行。

因此具有高的硅含量并且在高于1300°C下使用的上述钎焊合金不适于用于以碳化硅为基础的材料中的基板的钎焊，所述以碳化硅为基础的材料的特性在暴露于1300°C之后劣化，甚至更多地在1150°C、甚至1100°C或更低温度下劣化。特别是在具有一些碳化硅/碳化硅复合物的情形中，其在1300°C以上劣化，甚至1150°C、并且甚至在1100°C以上劣化。例如，所检查的CMC在超过1100°C恶化。

真实的是，在实例2中，文献[3]提出了一种Ni-Si钎焊组合物（按照重量计65%：35%，即按照原子计47%的Ni：53原子%的Si），其可以在1120°C处钎焊16个小时。该钎焊温度优选地略微高于在本发明中使用的1100°C的钎焊温度，但是其使用非常长的钎焊保持时间。然而，尽管在文献[5]中提及的该组合物的非反应性，通过该组合物获得的连接处的机械强度（375p.s.i.的极限抗拉强度-即约2.6MPa）非常低。尽管该钎焊组合物与碳化硅具有低反应性，该机械强度对于多种应用并且特别地这里涉及的主要应用来说是不够的。

在文献[5]中，需要说明的是，在该文献研究之前已经显示在镍中的在1633K下与石墨平衡的Si浓度是37±3原子%，并且其可以因此预料的是具有高于该值的硅含量的Ni-Si合金在1633K不会显示任何与碳化硅的反应性。

在该文献中，Ni-Si合金制备以具有Si的40、50、67和85原子%浓度，并且在润湿研究中显示出，对于高于40原子%的硅含量来说，SiC/Ni-Si界面是不反应性的，但是在这些合金上不提供机械数据。

在文献[5]中描述的工作聚焦在对润湿角度以及粘附的工作（在固体/液体界面处的热力学粘附，该粘附通过需要用于固体/液体界面可逆地分离成两个固体/气体与液体/气体界面的工作限定）的研究上。

在该文献中，没有使用所制备的Ni-Si合金作为钎焊组合物通过在碳化硅中的钎焊部件获得的接合，并且没有给出关于这些组件的可能的机械特性的指示。

最终地，应该指出，对于这些Ni-Si钎焊合金来说，在液相与固相之间的范围是非常广泛的，如上所述，其中在966°C上以及之后开始熔化（对于按照重量计Ni 66%来说，并且对于具有至少40原子%硅的范围来说，因为根据在文献[5]中的Ni-Si相图来说存在甚至2低共熔性，一个在966°C并且一个在964°C），这使应用温度限定到900°C以下。

例如，对于30Ni-70Si（重量%）组合物或者17Ni-83Si（原子%）组合物来说，熔化在966°C处开始，并且合金在1320°C处是完全液相的，其要求在约1350°C钎焊，这大大地此处作为目标的优选极限温度以上。

文献[6]提及三元钎焊合金Ni-13.4Cr-40Si（原子%），其熔化点是1150°C并且其用于1200°C的钎焊温度。作者不在钎焊连接点上做出机械特征并且仅给出指示非反应性的冶金特征。

没有提供在合金上的机械测试，这意味着无论如何也不能确保钎焊的良好的机械强度。

文献[2]提出了（实例3）在1200°C钎焊的Pt-Si合金。该钎焊组合物的Pt含量非常高（77重量%Pt），这导致非常昂贵的过程。该弊端对于获得大尺寸钎焊部件是受限的。

最后，文献[7]提出了具有小于50重量%（优选地10-45重量%）的Si含量的钎焊合金，并且具有此外的从以下组中选择的至少2种元素：Li，铍、B、Na、Mg、P、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Zn、Ga、Ge、As、Rb、Y、Sb、Te、Cs、Pr、Nd、Ta、W和Ti。在该元素的组中，其中至少一个是优选地从Fe、Cr、Co、V、Zn、Ti和Y中选择的一种金属并且镍未被引用。

在文献[7]中的实例描述了三元钎焊组合物：Si-Cr-Co（按照重量计11:38.5:50.5%）；Si-Cr-Co（按照重量计40:26:34%）；Si-Fe-Cr（按照重量计17.2:17.5:65.3%）；以及Si-Fe-Cr（按照重量计20:20:60%）；并且其钎焊分别在1230°C、1235°C、1460°C与1500°C的温度。

在文献[7]中的钎焊组合物从不含有镍元素。

关于具有低于1300°C的钎焊温度的钎焊组合物，简单地提及的是获得了“稳固的”结合并且未提供机械测试以证明有效地获得在接合处的良好的强度。此外，既未提及也未参照碳化硅/钎焊填充物的低反应性。

根据前述，因此存在还未满足的需要，即，需要一种方法，以通过该方法能够通过将部件钎焊在碳化硅为基础的材料中获得接合，更具体地说通过碳化硅的适度耐火材料基板的钎焊获得接合，其确保了在500°C与850°C（甚至880°C）之间的组件的令人满意的机械强度，特别地在500°C以上并且高达850°C（甚至880°C），并且可选地还密封该接合。

该方法必须允许特别地使用等于或低于1150°C（并且优选地1100°C）的钎焊温度，对于待组装的一些碳化硅为基础的基板、部件来说，这是绝对地必须不超过的温度。

有效地重要的是，所述部件、基板在通过钎焊的接合操作之后保持它们完全的整体性以及原始性能等级。

因此存在对利用钎焊组合物的钎焊方法的需要，该方法允许期望的使用温度即达到850°C（甚至880°C），同时避免使在碳化硅为基础的材料中的部件、基板经受可能使这些材料劣化的温度范围。

换句话说，存在对一种钎焊方法的需要，该方法允许利用根据待接合的碳化硅为基础的材料，大致地不超过限定在1020°C与1150°C之间（特别地在1100°C的）的极限温度的钎焊循环获得（具有高达约850°C甚至880°C的使用温度）适度耐火钎焊结构。

多种碳化硅为基础的材料（特别地一些复合物）不可逆转地在1100°C和1100°C以上劣化：这对于由碳化硅基质和碳化硅纤维形成的一些复合物（诸如从在Cerasep

的商标名下从SNECMA Propulsion Solide可获得的复合物）特别地是这种情形。

此外，钎焊平稳期在等于或低于1150°C（例如1100°C）的保持时间必须优选地从一分钟或几分钟到至多两个或三个小时，以避免复合物的劣化。

在另一个方面，纯碳化硅1450°C经受钎焊。

换句话说，需要一种钎焊方法和组合物、钎焊合金，其首先地允许使用碳化硅为基础的基板在高达约850°C甚至880°C的使用温度下的完全耐火潜力，并且其次地允许在低于基板的劣化温度的钎焊温度下钎焊，钎焊温度等于或低于1150°C，优选地在1020°C与1150°C之间，更优选地低于1100°C，进一步优选地在1080°C与1100°C之间的范围内。

还存在对这样一种方法的需要,该方法允许对适度耐火组件（使用温度大致地在850°C与880°C之间）、对碳化硅为基础的材料制成的部件在等于或低于1150°C的温度下优选地在1020°C与1150°C之间执行钎焊，而不考虑它们的形状和/或它们的尺寸。

特别地，需要一种钎焊方法以及相关的钎焊组合物，以允许在低于1150°C的温度下（优选地在1020°C与1150°C之间）对具有大尺寸和/或复杂几何形状的碳化硅为基础的部件显著地具有待钎焊的大的表面积执行钎焊。

此外，现有技术中没有方法和组合物同时地符合通过发明人证实的下面的标准，其是在用于在包括适度耐火接合部中的碳化硅中制备结构性部件的根本：

1）钎焊组合物必须允许在以碳化硅为基础的材料的两个部件之间获得强的结合，其使得非反应性钎焊组合物与碳化硅化学地兼容成为必要，并且其不在那里形成脆弱的化合物。然而，由于其保持不可预知，因此非反应性不确保形成强的结合。非反应性是用于获得强结合的条件，但是其不充足。例如，在文献[3]中引用的Fe-Si系是非反应性的但是其机械强度非常弱。

2）钎焊组合物必须获得碳化硅的良好的润湿和其良好的粘附。该非常良好的润湿对于接合部的质量来说是重要的，因为其明确地确保了接合部的良好的填充质量，但是由于该后者的特性是不可预知的，因此其不允许确保的良好的机械动作。

3）钎焊组合物必须与全部加热装置兼容，特别地是快速和/或局部加热装置；

4）钎焊组合物必须允许具有良好的机械强度的接合部的形成；

5）钎焊组合物必须由有限数量的元件形成以方便其制备和实施；

6）钎焊组合物必须不含有诸如贵金属的昂贵的元件。

最终地，该方法和相关的钎焊组合物必须允许钎焊、任何类型的碳化硅为基础的材料的接合，并且必须容易地适于任何特定碳化硅为基础的陶瓷。

因此本发明的一个目的是提供一种用于通过钎焊由碳化硅为基础的材料制成的部件或部分以便接合的方法，这尤其符合了上述要求，其尤其实现了上面阐述的全部要求和标准，其消除了现有技术方法遇到的弊端、缺陷、限定并且其解决了现有技术方法的问题。

本发明的目的主要地在于提供一种用于通过钎焊由碳化硅为基础的材料制成的部件或部分接合的方法，该方法允许将在500°C以上并且高达850°C（甚至880°C）获得具有满意的机械强度的组件，其使用等于或者低于1150°C的钎焊温度（优选地在1020°C与1150°C的范围内），并且更优选地等于或低于1100°C，例如从1080°C到1100°C，并且其可选性地允许获得具有出色密封的接合部。

发明内容

根据本发明，借助于用于通过非反应性钎焊接合、组装由碳化硅为基础的材料制成的至少两个部件的方法而实现了该目的和其它目的，其中使部件与非反应性钎焊组合物接触，将通过部件和钎焊组合物形成的组件加热到足以完全地或至少部分地熔化钎焊组合物的钎焊温度，并且使部件和钎焊组合物冷却，从而使得在钎焊组合物的固化之后形成适度耐火接合部；其中，非反应性钎焊组合物是按照原子百分比包括（包含）60%到66%的硅和34%到40%的镍的二元合金。

当钎焊组合物在等于或大于液相的温度处处于液相中时，钎焊组合物的熔化通常地被认为是完全的、全部的。当钎焊组合物在位于固相与液相之间的温度处在作为受限制的半固体、粘性、软化的状态中时，钎焊组合物的熔化通常被认为是部分的。

通常地，钎焊在等于或低于1150°C的钎焊温度下执行，优选地钎焊温度是1020°C到1150°C，更优选地从1080°C到1100°C。

通过适度耐火材料接合部大致地表示该接合部通常地能够经受高达850°C甚至880°C的操作、使用温度。

本发明的方法是在等于或低于1150°C的温度（优选地从1020°C到1150°C，更优选地从1080°C到1100°C）处的、并且使用特定的钎焊组合物的钎焊方法，该方法从未在现有技术中描述过。

具体地说，根据本发明使用的特定钎焊组合物意料不到地允许在等于或低于1150°C的温度下对具有由碳化硅为基础的材料制成的部件进行钎焊，所述温度优选地从1020°C到1150°C，更优选地从1080°C到1100°C，其在上述现有技术的文献中从未提及。

例如，文献[7]在27个元素的列表中未提及镍，在这些元素中，至少两个必须选择以形成与硅的组合物，硅总是呈现小于50重量%的比例。在该列表中，优选的是Fe、Co、V、Zn、Ti和Y，并且镍更是未在优选的元素中引用。

在该文献中没有特别地优选的钎焊合金，其是硅、铬和钴的合金，硅、铬和铁的合金，硅、铁和钴的合金，并且在该文献中示例的钎焊组合物中均没有包括镍。

此外，在本文献中描述的合金远比在本发明中使用的二元Si-Ni合金更复杂。在该文献中钎焊合金至少是聚合成分的三元合金，该三元合金的制备和特性控制远比二元合金更难。

在文献[7]中给出的该实例的钎焊组合物被限于具有重量上小于40%的硅含量的三元系SiFeCo、SiFeCr、SiCrCo系。这些组合物不包含镍，并且与27个可能的添加元素的列表相比，总体上具有更小数量的元素。还应该增加的是，本发明的钎焊组合物具有大于45重量%的硅浓度，即比在文献[7]中提及的这些更高的Si浓度。

文献[7]不包含能够导致二元钎焊合金的制备的任何说明，因为其涉及包含至少三种元件的合金。此外，文献[7]不包含可能导致镍的选择的任何说明，并且更不必说用于制备可与碳化硅兼容的二元钎焊合金的特定的含量，并且所述二元合金确保了在1020°C到1150°C（优选地从1080°C到1100°C）的温度处的钎焊碳化硅为基础的部件以及这些部件的有效的接合。

在文献[5]中，碳化硅的润湿通过纯镍、纯硅以及包括40、50、67与85原子%的硅的合金来检查。如上已经指出的，不用这些合金来执行钎焊操作，并且该文献未提供关于能够用这些合金制备的组件的可能的机械强度的任何数据。

通过具有多于40原子%的硅含量的合金，仅公开了碳化硅的非反应性以及良好润湿的数据。如上所述，当合金用于在碳化硅中接合部件时，合金的良好润湿特性和/或非反应特性不能以任何方式确保该合金的良好的机械动作、或者该组件的良好的机械特性。

本发明的方法满足了该要求，符合上述的全部要求和原则并且不具有现有技术方法的弊端。

具体地说，本发明的方法第一次允许具有高达850°C、甚至880°C的使用温度、且由碳化硅为基础的材料制成的部件形成的适度耐火组件的制备，即使它们的非常复杂，也不用考虑它们的几何形状和/或它们的尺寸。

本发明的方法在所有情形中都特别地确保了接合部良好地填充有钎焊组合物并且，以完全出人意料的方式，组件在周围环境以及热的温度下（特别地在500°C以上和高达850°C–880°C）确保了出色的机械强度，并且接合部的可选择的非常良好的不透水性、防泄漏性。

此外本发明的方法简单、可靠、容易实施并且整体成本低。

换句话说，本发明的多个有利的以及惊人的效果可以列举如下，该列举不应该被理解为是限制性的：

-与钎焊组合物的组分有关，多个钎焊温度可能在1020°C与1150°C之间并且因此能够符合不同的规格；

-通过本发明获得的组件，甚至在超过500°C的最大使用温度并且可能地达到例如850°C、甚至880°C时，也可允许在碳化硅为基础的基板之间确保的良好的机械粘附。破裂以“粘着”模式发生，即，断裂裂缝发生在碳化硅基板中并且不在钎焊接合部处；

-钎焊温度等于或低于1150°C，优选地从1020°C到1150°C，并且更优选地从1080°C到1100°C；因此通过本发明的方法能够接合碳化硅为基础的部件、不能承受高于1150°C的温度的基板，诸如组合物部件、具有诸如Cerasep

的陶瓷基质的基板。换句话说，通过本发明的该方法能够获得碳化硅为基础的材料的钎焊，所述碳化硅为基础的部件在1150°C（甚至1100°C）和更高温度劣化。明显地，本发明的方法适用于纯的碳化硅或接近纯的碳化硅，例如烧结碳化硅，对于烧结碳化硅（通常，烧结碳化硅包含烧结添加物并且因此不是完全纯净的）来说可以使用高于1300°C的钎焊温度，但是其还可使用适于这些较小热稳定性的材料的钎焊组合物应用到较小稳定的材料；

-意料不到地，尽管本发明的方法中使用的钎焊温度等于或低于1150°C（优选地从1020°C到1150°C，更优选地从1080到1100°C），但是已确定的是，本发明的钎焊合金的钎焊复合物在待组装的碳化硅基板、部件的表面上具有出色的润湿。因此，通过表面的该良好的润湿，能够根据本发明进行毛细管钎焊，因为不但对于几微米到几十微米的的接合部来说、而且对于厚度可以达到500μm的较厚的接合部来说，本发明的钎焊组合物能够独一无二地在钎焊操作过程中填充在部件之间；

-钎焊合金与碳化硅为基础的基板上的非反应性在扫描型电子显微镜的范围上被观察到。在界面处不存在复杂的、多孔的薄弱区域；

-通过本发明的方法获得钎焊是可逆的。因此能够分离、分开组件的部件、基板例，例如以便在该钎焊合金的第二熔化操作期间通过在熔炉中熔化钎焊合金修复部件、基板，而不使部件、基板劣化。该部件、基板还可以通过化学反应分离。换句话说，本发明的方法允许对碳化硅材料的接合部件的修复。这意味着，如果需要的话，这些部件可以经受第二钎焊周期，以便用于修复的目的，而不使接合部的特性劣化。由于在本发明中使用的具有碳化硅的钎焊合金的非反应性或极少反应性，使得用于修复的该能力成为可能；

-通过本发明方法获得的另一个显著特性是，在钎焊之后获得的接合部的同一性、以及形成的接合部的非常好的机械性能；

-在本发明的方法中，因为接合部很好的填充有本发明的钎焊组合物（即使在毛细管构造中），所以通过钎焊组合物在等于或低于1150°C的温度下进行钎焊操作之前，没有必要使碳化硅材料的部件、基板金属化；

-在本发明的方法中还不必在钎焊操作（在特别地低于1150°C的温度下）之前将碳沉积在碳化硅材料的部件、基板上。润湿动力是快速的并且存在良好的润湿角度。

-例如，在Cerasep

碳化硅/碳化硅复合物上，在1100°C的5分钟的保持时间之后角度是40°的级别，并且在30分钟的保持时间之后是30°的级别；并且在烧结的碳化硅上在1100°C在5分钟的保持时间之后是60°的级别，并且在30分钟之后小于40°（参照实例1和2）。即使在毛细管构造中，接合部也很好地填充有本发明的钎焊组合物；

-本发明的钎焊组合物不包含任何昂贵的化学元素，特别地不包含来自铂或铑族的金属，与多个现有技术组合物相比，这限制了它们的成本以及它们所使用的该方法的成本；

-通过本发明的方法获得的钎焊接合部通常地是不能渗透的。本发明的方法因此适于密封操作，根据钎焊合金组合物，其必须经受850°C与880°C之间的最大温度。

如上述所述，更特别地对于钎焊碳化硅来说，钎焊组合物的性能是极端地不可预测的，并且不能在任何环境下从类似的钎焊组合物的性能推断出。

有利地，本发明的钎焊组合物可以是按照原子百分比包括（包含）63%到65%的硅与从35%到37%的镍的二元合金。

本发明的优选的组合物包括按照原子百分比包括（包含）64%的Si与36%的Ni（即按照质量百分比54%的Ni与46%的Si）的二元合金。

该优选的组合物具有966°C的固相线温度与1070°C的液相线温度。

由上面规定的有利的百分比限定的不同的钎焊组合物在现有技术中既没有描述也没有建议。

有利地，在本发明的方法中，形成钎焊组合物的粉末，将所述粉末布置在有机粘结剂的悬浮物中以获得钎焊组合物的悬浮物或糊状物，并且将所获得的钎焊组合物的所述悬浮物或糊状物沉积在待接合、组装的所述部件中的至少一个部件的至少一个表面上。

例如，用钎焊组合物的所述悬浮物或糊状物涂覆待组装、接合的所述部件中的至少一个部件的待接合、组装的至少一个表面，然后将待组装、接合的所述部件的待接合、组装的所述表面布置成接触，从而钎焊组合物的所述悬浮物或糊状物插入到所述表面之间。

或者，可以将所述部件的待接合、组装的表面布置成接触，并且在它们之间留有偏移，以便在由待组装、接合的所述部件的待接合、组装的表面形成的接合部的附近形成能够接收钎焊组合物的悬浮物或糊状物的自由表面，然后例如以珠的形式在所述自由表面上沉积钎焊组合物的所述悬浮物或糊状物。

在与钎焊组合物接触之前，不必在待组装、接合的部件的表面的至少一个上沉积碳。

这精确地是根据本发明的方法的另一个优点，其中该碳沉积可以忽略，从而避免钎焊方法中的其它步骤。

有利地，在高于所述钎焊组合物的熔点至少15°C、优选地至少30°C的钎焊温度下执行钎焊。

对于多孔钎焊表面的钎焊来说，例如对于碳化硅表面涂层不足够厚的复复合物材料来说，可以有用的是在钎焊组合物的液相与固相之间的温度执行钎焊，以在钎焊（温度）平稳期过程中获得半固体状态的钎焊填充物。钎焊组合物因而是粘性的，并且可以更好地控制使钎焊合金渗入到空隙中。

优选地，执行钎焊，并观察在1020°C到1150°C的钎焊温度下保持1到150分钟的时间的钎焊平稳期，所述钎焊温度优选地为1080°C到1100°C，所述时间优选地为30到150分钟，更优选地为60到120分钟，进一步优选地为90到120分钟。

如果待组装、接合的部件的待接合、组装的至少一个表面是多孔的，可以应用在1020°C到1080°C的钎焊温度平稳期保持1至30分钟时间。

换句话说，对于具有相对多孔的钎焊表面（诸如复合物材料，其碳化硅涂层具有不足够的厚度）来说，可能有用的是通常的钎焊时间（通常地是30-150的等级的时间）减小到几分钟的时间（即1到30分钟的时间），例如以便避免钎焊合合金太多地渗入材料的孔隙中而损害接合部填充。

在该情形中，还应该注意的是，通常推荐最低钎焊温度来限制渗入，即通常在1000°C或1020°C与1080°C之间。

有利地，在所述钎焊平稳期之前，可观察到第一平稳期处于在大致850°C到910°C的温度下保持30到180分钟的时间，该温度例如为900°C，该时间优选地为60到180分钟，更优选地为90到180分钟，例如为120分钟。

有利地，所述碳化硅为基础的材料从诸如纯α碳化硅（α-SiC）或纯β碳化硅（β-SiC）的纯碳化硅、以及诸如具有碳化硅纤维和/或基质的复合物的以碳化硅为基础的复合物材料中选择。

更特别地，所述碳化硅为基础的材料从以下材料中选择：烧结的无压碳化硅（“PLS-SiC”）；硅渗入的碳化硅（“SiSiC”或“RBSC”）；多孔再结晶碳化硅（“RSiC”）；包括涂覆有碳化硅层的石墨的石墨硅（“C-SiC”）；碳化硅/例如具有纤维或须状物的碳化硅复合物；碳化硅/具有自愈合基质的碳化硅复合物；以及碳/例如具有碳纤维或须状物碳化硅基质的碳化硅复合物；碳化硅单晶体；具有另一种陶瓷的碳化硅复合物，例如SiC/Si₃N₄与SiC/TiN复合物。

通常，所述碳化硅为基础的材料具有按照质量至少50%的碳化硅含量，优选地按照质量至少80%，并且更优选地按照质量100%。

本发明还涉及在根据本发明的方法的描述中的上述钎焊组合物。

本发明还涉及一种用于由碳化硅为基础的材料制成的部件的非反应性适度耐火钎焊的钎焊糊状物、悬浮物，包括根据本发明的钎焊组合物的粉末以及有机液体接合剂、粘结剂、或者有机粘性凝胶。

本发明还涉及适度耐火接合部（最大使用温度通常为850°C到880°C），并且涉及二种组件，其包括由利用上述本发明的方法获得的碳化硅为基础的材料制成的至少两个部件。

在阅读下面的作为非限定性说明的描述后并且参照附图，本发明的其它特定和优点将变得更加明显，在附图中：

附图说明

图1是示出了碳化硅为基础的材料的板以及用于在“夹置”构造中钎焊的钎焊组合物的糊状物的布置。

图2是示出了碳化硅为基础的材料的板以及用于在毛细管构造中钎焊的钎焊组合物的糊状物的布置。

图3是示出实例3和4中所使用的钎焊热循环的曲线图。以分钟为单位的时间如从热处理的开始沿着X轴提供，并且以°C为单位的温度T沿着Y轴提供。

图4是用于机械测试的测试件，特别地在实例3和4中制备的接合部和组件的压缩/剪切测试的示意图。

具体实施方式

根据本发明的方法的第一个步骤通常地包括制备、形成钎焊组合物，换句话说制备、形成包含硅和镍的钎焊合金。

本发明的钎焊合金是二元硅（Si）-镍（Ni）合金。

本发明的钎焊合金的熔点大致是966°C（固相=共晶，与混合物的所有组合物共同的熔化的开始）和1125°C（具有最高硅含量的组合物的液相）之间，优选的组合物具有1070°C的液相温度。合金中的最主要的元素是硅。

二元Si-Ni合金的质量比例按照原子百分比是60%到66%的硅和34%到40%镍。

有利的比例以及特别有利或者优选的在上面已经指出。

钎焊组合物通常是粉末组合物，其可以例如通过首先合成由纯Si和Ni元素、含有硅和镍的金属间化合物制备。

所述金属间化合物的合成例如通过以期望比例将用于钎焊组合物的硅（例如以片的形式）、镍（例如以片的形式或者其它形式）增加到由例如铝制成的耐火坩埚中获得。

通过坩埚、硅和镍形成的组件布置在诸如石墨炉或金属炉的加热装置中，优选地地在氩气下并且被加热到大致1200°C到1300°C的温度（例如1250°C）60到120分钟的时间（例如120分钟），以使钎焊组合物的不同组分熔化，并且在冷却之后以获得最终期望的同质并且以铸块形式的金属间化合物。对于本发明的优选的组合物来说，加热温度优选地是1250°C。

铸块的制造也可以在冷坩埚中完成。该无接触熔化技术（铜坩埚通过循环水冷却并且布置在感应器中）允许合金在不接触坩埚的情况下熔化，并且因此其在没有机加工坩埚的的情况下恢复。

然后，获得的金属间化合物的铸块被使用例如在研钵中的任何适当的装置研磨以获得充足颗粒尺寸的粉末，即，其颗粒具有例如1到300μm的直径，并且其构成钎焊组合物。

或者，本发明的二元钎焊组合物可以例如通过称量纯硅粉末以及金属间NiSi₂和/或NiSi化合物的粉末以用于本发明的钎焊组合物的选择比例制备，并且然后使这些粉末在“振荡”中混合至少30分钟。

包括金属间化合物和硅的粉末的混合物的粉末，在这种情形中形成钎焊组合物。

所述NiSi₂或NiSi的金属间化合物可以是合成的，或者其可以以已知颗粒尺寸和纯度的金属间化合物的粉末的形式购买到。

纯的硅粉末可以由在例如研体的任何适当装置中研磨的纯硅的片制成以获得适当颗粒尺寸的粉末，例如颗粒的直径从1到250μm。

除了这样制备以外，所述纯硅的粉末还可以是已知颗粒尺寸和纯度的商品的粉末。在所述的这些商品粉末中可以例如由以下制成：在商标名

下出售的纯硅粉末，具有99.5%或99.99%的纯度，以及50μm级别的颗粒尺寸。

硅和镍的粉末（诸如碳化硅粉末的加强物可选地增加到该钎焊组合物）如传统地在结合剂、粘合剂、有机液体胶中以悬浮物布置，其优选地既粘性又粘结以获得糊状物，钎焊组合物的悬浮物允许在部件、由待钎焊的碳化硅为基础的材料制成的基板的表面上同质的涂覆。

结合剂、粘结剂、胶体大致在100与300°C之间分解，而例如不留下任何痕迹。其可以是例如类型

类型的粘结剂或胶体（

胶体）。

本发明的第二步骤通常地包括通过实际钎焊形成组装。

在组装、接合之前，待组装的碳化硅材料的部件的两个（或多个）表面通常地被脱脂、在例如酮、酯、醚、醇类型的有机溶剂或其混合物等中清洁。

一种优选的溶剂是丙酮或例如以1:3、1:3、1:3的比例的丙酮乙醇乙醚混合物；还可能的是以几种不同的溶剂相继地清洁部件，例如丙酮、进而跟随有乙醇。然后干燥该部件。

待组件的由碳化硅为基础的材料制成的部件的数量通常是两个，但是还能够同时接合可能高达100个的大量部件。

通过由碳化硅为基础的材料制成的部件意味着任何元件或者任意形状和尺寸的整体，其在与一个或多个其它部件组装之后，形成于较大尺寸的结构中。

根据本发明可能的是，每次都具有出色的结果，以接合复杂几何结构、形状和/或例如具有0.5m²或更大的待钎焊的大尺寸的部件。

通过碳化硅为基础的材料在这里通常表示包括按照质量计至少50%的碳化硅，优选地按照质量计至少80%的碳化硅，进一步优选地按照质量计100%的碳化硅；在此后一种情形中，该材料由碳化硅组成或仅包括碳化硅。

该碳化硅为基础的材料可以显著以烧结的或渗入的粉末的形式或者具有通过陶瓷基质结合的纤维。

碳化硅为基础的材料可以从诸如纯碳化硅（诸如纯α（α-SiC）或者纯β（β-SiC）碳化硅）的纯碳化硅中以及诸如具有碳化硅纤维和/或基质的复合物的碳化硅为基础的复合物材料选择。

作为碳化硅为基础的材料的实例，可以参考：纯密度碳化硅或者无压力烧结碳化硅（PLS-SiC）；Si渗入碳化硅（包含5到20%硅的SiSiC或RBSC）；多孔再结晶碳化硅（RSiC）；由涂覆有例如0.1到1mm的厚度的SiC层的石墨形成的石墨硅（C-SiC）；以及碳化硅/例如具有纤维或须状物的碳化硅复合物；具有自愈合基质的碳化硅/碳化硅复合物；以及碳/例如具有碳纤维或须状物和碳化硅基质的碳化硅复合物；此外以及碳化硅单晶体；具有另一种陶瓷的碳化硅复合物，例如SiC/Si₃N₄和SiC/TiN复合物。

优选地，根据本发明的待接合的基板、部分的以硅为基础的材料由例如从烧结的纯α（α-SiC）或纯β（β-SiC）碳化硅中或者从具有碳化硅纤维和碳化硅基质的复合物中选择的100%的碳化硅构成。

已经出人意料地确定，本发明的方法允许复合物以出色的结果钎焊。

待接合的该两个或多个部件可以由例如由PLS（“无压烧结”）-SiC、或者SiC-SiC复合物，或者部件中的每一个都可以由不同的碳化硅为基础的材料制成的一种相同的碳化硅为基础的材料制成。

如前所述的制备的钎焊组合物的悬浮物、糊状物利用例如刷子或抹刀、或者可选地固定到自动化系统的注射器或者使用任何其它装置而被同质地均匀地扩散、涂覆、施加，以允许在由待接合、组装的以碳化硅为基础的材料制成的部件中的至少一个的表面上沉积钎焊糊状物的均匀层。

然后，待接合、组装的两个部件1，2的糊状涂覆表面被布置成接触。在图1中示出的钎焊构造被称作“夹置构造”，因为钎焊组合物3的糊状物直接地布置在待接合、组装的表面4，5之间。

优选地，在该“夹置”构造中推荐的是，对于本发明的钎焊组合物来说，钎焊糊状物不应该均匀地分配，而是以钎焊合金的珠（钎焊珠）的形式施加，其不相互接触以避免太局限的构造。

在该构造中待使用的钎焊组合物的糊状物、悬浮物的数量通常是10mg/cm²到60mg/cm²，例如20mg/cm²。

该“夹置”构造适用于“薄”接合部（即具有小于500微米的厚度），并且适用于“厚”接合部（即具有500微米或更大的厚度）。

或者，如图2中示出的，待接合的部件（例如为块21、22的形式）被布置成接触，而不使钎焊组合物沉积在它们之间而是通过在其间留有大致几个mm（例如1mm、2mm、到10mm）的间隙、偏移23，以便形成能够在通过待组装接合的部件的待接合的表面形成的接合部25附近接收悬浮物或糊状物的自由表面24，然后钎焊组合物的悬浮物或糊状物（例如以钎焊合金26的珠的形式）在接合部附近或者在接合部的边缘上沉积在该表面上。在钎焊热循环过程中，液体钎焊组合物渗入到接合部中。

该钎焊构造称作“毛细管构造”。通过本发明的钎焊组合物能够进行所述毛细管钎焊，通过在钎焊周期过程中，使液体钎焊合金渗入到钎焊接合部中，而不象在“夹置”构造中那样使钎焊组合物直接地沉积在组件的部件之间。

对于Ni-Si系来说，毛细管构造是更优选的，因为其允许用钎焊合金获得更好的接合部填充。

在该毛细管构造中，待使用的钎焊组合物的糊状物、悬浮物的数量通常是10mg/cm²到40mg/cm²，例如20mg/cm²。

通过用于具有小于500μm厚度的“薄”的接合部的Ni-Si系毛细管钎焊是可能的，而不需要在接合部中预先布置加强物。毛细管钎焊导致通过Ni-Si钎焊合金的接合部的良好填充，对于由具有表面缺陷的SiC/SiC复合物制成的部件来说，该接合部的厚度可以从几微米到大致500μm变化。

然后，待钎焊的部件布置在诸如炉的加热装置中，或者使用任何其它适当的方式经受加热。

炉通常地是处于真空下或者在中性气体大气下的石墨炉或金属炉。

一般地，真空是高真空，即压力是10^-3到10^-5帕，例如10^-4帕。

优选地，中性气体是氩气。

通过本发明甚至能够使用商品品质的氩气（通常具有5ppm O₂）。

待接合的部件例如在炉中经受热循环。

因此，通过这些部件以及钎焊组合物形成的组件通过观察优选地“慢速”温度升高可以达到钎焊温度，其中一个或多个温度从环境温度升高。

该温度升高可以例如使用1°C到5°C/分钟的温度升高获得。

钎焊平稳期通常地在钎焊温度的温度处执行，其钎焊温度优选地是比熔化点或者所选择的钎焊组合物、钎焊合金的液相线温度至少高15°C、更优选地至少高30°C。

对于待钎焊的多孔表面的钎焊来说，例如对于碳化硅表面涂层不足够厚的复合物材料来说，可以有用的是钎焊组合物在液相与固相之间的温度执行钎焊，以在钎焊温度平稳期过程中获得半固态的钎焊合金。进而，钎焊合金是粘性的并且可以更好地控制使其渗入到空隙中。

根据钎焊组合物以及在该组合物中的Ni和Si的相对比例，该钎焊温度通常是从1020°C到1150°C，优选地1080°C到1100°C。

根据组合物，液相温度通常地从1005°C到1125°C变化，并且因此钎焊温度将会变化，例如如上规定的从1020°C到1150°C变化。

1020°C的温度提供为最低钎焊温度点，因为该方法即使在熔点与钎焊温度之间具有15°C的差也可操作，但是对于大尺寸部件来说通常优选的是至少30°C的差，并且最低钎焊温度然后是1055°C。类似地，最高钎焊温度可以是1150°C。

根据本发明的方法的另一个优点，组合物的所述熔化温度允许在高达850°C并且甚至高达880°C处使用组件。

出人意料的是，尽管根据本发明的钎焊组合物的钎焊温度低于1150°C，但是通过快速润湿动力学获得碳化硅的出色的粘附与非常良好的润湿，如通过用这些钎焊组合物执行的静滴（sessile drop）测试示出的，并且因此可以（参见实例1和实例2）在1100°C下钎焊30分钟之后获得小于40°的接触角。

该出色的润湿对于实现良好质量的形成的接合部是不可缺少的，因为其确保了接合部的良好质量的填充，但是由于该后者特性是不可预知的，因此其不是总是允许确保良好的机械动作。然而，出人意料的是，通过本发明的钎焊组合物制备的接合部还具有出色的机械特性。

上面限定的1020°C到1150°C的钎焊温度（优选地1080°C到1100°C）被保持1到150分钟的时间，优选地30到150分钟，更优选地60到120分钟，最优选地90分钟到120分钟，这称作钎焊平稳期。

对于具有相对多孔的钎焊表面（诸如碳化硅涂层不够厚的复合物材料）来说，可能有用的是将通常的钎焊时间（其通常地是30-150分钟的时间）减小例如到几分钟时间（即1到30分钟的时间），以防止钎焊合组合物太多地渗入到材料的孔隙中以损害接合部的填充。

在这种情况下，还应注意的是，最低的钎焊温度总体上被推荐为用于限制渗入，即，大致在1000°C或1020°C与1080°C之间。

钎焊平稳期的持续时间取决于待接合的部件的尺寸，并且更具体地说取决于待钎焊的表面的尺寸。有效地可能的是，对于具有大的表面积（即通常地至少50x50mm²）的非常大的待钎焊的部件来说，该持续时间达到150分钟。

用于本发明的方法的钎焊平稳期可以例如在1100°C的钎焊温度下执行60到90分钟。

所选择的钎焊平稳期的特定温度是钎焊合金的组合物的函数。

例如在900°C处的均质平稳期是被推荐的，甚至对于大尺寸部件（通常为50x50mm²和更大）是不可缺少的，以确保在待接合的部件处的热均质性。

应该指出的是，由于润湿动力学已经比较良好，因此没有必要加速已经出色的润湿，并且在本发明的Ni-Si组合物的情形中，该第一温度平稳期大致地甚至仅是均质平稳期。

该平稳期可以被例如约900°C的缓慢的温度升高取代。

第一平稳期的持续时间和钎焊平稳期的持续时间取决于炉的尺寸、待钎焊的部件的尺寸以及支撑待钎焊的部件的工具。

在上面已经指出的情况下，在执行实际的钎焊平稳期之前，通常在850°C到910°C（例如900°C）的温度处观察第一平稳期（因此是均质平稳期）持续一个小时的最小推荐时间（例如60-180分钟的时间）。

在毛细管构造中和在“夹置”构造中，所述第一平稳期对于小尺寸的部件来说不是必不可少的。所述第一平稳期是通常地推荐的，甚至在这两种构造中对于大尺寸部件来（即并且在具有大于50x50mm²的待钎焊的表面的通常部件）说是不可缺少的，以确保在待接合的部件处的热均质性。

可以增加这些温度平稳期的持续时间，并且例如对于例如具有0.5m²或更大的待钎焊的表面积的非常大尺寸的部件来说，这些温度平稳期的持续时间可以设定在用于第一平稳期的180分钟以及用于第二平稳期的150分钟。

或者，通过省略该第一平稳期，并且执行在大致850°C与910°C之间（例如大约900°C）的缓慢的温度升高（例如以0.5°C/分钟的速率）也可以获得热均质性，从而该组件暴露于该温度范围的时间是例如60到180分钟的级别。

与第一平稳期类似，所述缓慢的温度升高是可建议的，甚至对于这两种构造中的大尺寸部件也是不可缺少的。

在完成钎焊循环时，在钎焊平稳期之后，组件例如以5°C或6°C每分钟的速度冷却下降到周围环境温度。

无论是使用“夹置”构造或者“毛细管”构造，在冷却过程中，钎焊合金固化并且由碳化硅为基础的材料制成的部件的接合变得有效。

通过本发明的方法形成的组件在周围环境温度下经受压缩/剪切测试（参见图4）。

在没有加强物/烧结的碳化硅接合部的情况下，对于本发明的烧结的SiC/NiSi钎焊合金来说，获得的破坏应力值是26Mpa和90Mpa，这是出色的结果，远高于在文献[3]中通过包括按质量计65%的镍和按质量计35%的硅的NiSi钎焊合金获得的那些破坏应力值。

对于由Cerasep类型（碳化硅基质、碳化硅纤维）的CMC复合物/没有加强物/CMC复合物的本发明的镍硅钎焊合金制成的基板之间的接合部来说，获得的破坏应力值是13MPa的级别，在钎焊合金与CMC之间的组件的薄弱点位于CMC涂层，所述CMC涂层是通过化学蒸汽沉积（CVD）制备的碳化硅。

包括利用本发明方法制备的接合部的由碳化硅制成的部件的组件允许以很大的准确性获得具有可以达到850°C、甚至880°C的高使用温度的复杂形状的结构、装置、部件。

有效地已知的是碳化硅的特性：

-高硬度；

-高刚性；

-低密度；

-低膨胀系数；

-高断裂强度；

-对于热冲击的良好耐性；

-以及非常好的传导性使得该材料对于用于目前和未来工业应用来说是不可缺少的，特别地在高温时。

此外，碳化硅对包括氢氟酸的多种酸具有非常良好的化学耐抗性，并且在高达1300°C的温度时对于空气中的氧化物具有非常好的耐抗性。

换句话说，本发明的方法可以显著地应用于任何设备、装置、结构、部件的制造，这些设备、装置、结构、部件要求通过在接合部处确保良好的机械强度和满意的密封、防泄漏性而在由碳化硅制成的至少两个基板、部件之间的适度耐火接合组装。

这种类型的设备、装置、结构、部件能够符合以下不同领域的需要：

-热工程的领域，特别地用于设计高性能的热交换器，因为碳化硅在极端环境中对于高温具有良好的热传导性和良好的耐性；

-机械工程领域，用于制造板上（on-board）装置以获得抗磨损和机械应力的轻重量、刚性、耐火的部件；

-化学工程领域，因为碳化硅耐抗诸如碱和强酸的多种腐蚀性化学产品；

-核工程领域，用于核燃料的覆层的制造；

-空间光学（由SiC制成的望远镜镜片）和航空学（由SiC/SiC复合物制成的部件）的领域；

-能量电子学，其使用碳化硅基板。

现在将使用作为非限定性描述明显给出的下述实例描述本发明。实例：

实例1：

本实例描述通过钎焊组合物执行的静滴测试，其中本发明的钎焊合金的组分包括64%的Si和36%的Ni（原子百分比）（即按照质量百分比46%的Si与54%的Ni），在烧结的纯α（α-SiC）上观察1100°C的单个钎焊平稳期。

a）钎焊组合物和钎焊糊状物的制备

由64原子%的硅和36原子%的镍形成的目标钎焊组合物由纯硅片与纯镍制备。

在考虑到钎焊组合物的比例的情况下权衡这些片，并且将这些片布置在氧化铝坩埚中。组件被布置在金属炉中并且在氩气下经受具有1250°C的平稳期的热循环120分钟。

在冷却之后，这提供了铸块。该铸块被压碎以获得粉末。

有机结合剂（

粘结剂）被添加到该粉末混合物中以形成粘性的糊状物。

b）在1100°C的静滴测试

由此制备的钎焊糊状物被用于形成重量约50mg的钎焊合金的小的堆垛。钎焊合金的该小堆垛沉积在先前清洁的碳化硅板上。

将钎焊合金堆垛与板的组件布置在钎焊炉（在这种情况下是金属炉）中，并且在高真空下经受具有仅单个平稳期（该单个平稳期为在1100°C处的钎焊平稳期）的钎焊热循环。

在该热处理过程中，钎焊合金的堆垛熔化并且形成称作静滴的滴。

观察窗允许滴的扩散被原地（就地，in situ）监控。

通过观察窗在原地的液滴上测得滴的湿润、接触、角度。

润湿角度在5分钟后是60°的级别，在20分钟后是50°的级别、以及在30分钟的保持时间后小于40°，这与良好的润湿相应。

碳化硅和固化钎焊合金的碳化硅滴然后被剖开、涂覆并且抛光并且在扫描型电子显微镜下观察。

碳化硅/钎焊合金界面在扫描型电子显微镜的范围上未示出任何的反应性，即，没有新的化合物的形成。特别地，在界面处没有脆弱组合物的形成。

实例2

本实例描述通过钎焊组合物执行的静滴测试，其中本发明的钎焊合金具有的组分为64%的Si和36%的Ni（原子百分比）（即按照质量计46%的Si与54%的Ni），在SiC/SiC CerasepSiC/SiC复合物上观察1100°C的单个钎焊平稳期。

a）钎焊组合物和钎焊糊状物的制备

钎焊组合物涉及：如在实例1中所述地制备64原子%的硅和36原子%的镍。

钎焊组合物的糊状物如在实例1中形成。

b）在1100°C的静滴测试

制备的钎焊糊状物用于形成质量在50mg等级的钎焊合金的小堆垛。钎焊合金的该堆垛沉积在碳化硅/具有碳化硅基质和碳化硅纤维的碳化硅复合物的板上。所述复合物可以从Snecma Propulsion Solide以商标名CERASEP

获得。该板在沉积钎焊合金之前被预先地清洁。

将钎焊合金的堆垛和板的组件布置在钎焊炉（这里是金属炉）中，并且在高真空下经受具有仅单个平稳期（该单个平稳期为在1100°C处的持续时间为60分钟钎焊平稳期）的钎焊热循环。

在该热处理过程中钎焊合金的堆垛熔化，并且形成所谓的静滴。

观察窗允许对滴的扩散进行原地监控。

通过观察窗在原地的液滴上测得滴的湿润、接触、角度。

润湿角度在5分钟的保持时间后是40°、在30分钟的保持时间后是30°以及在60分钟的保持时间后小于20°，这与良好的润湿相应。

复合物和固化钎焊合金的复合物的滴然后被剖开、涂覆并且抛光并且在扫描型电子显微镜下观察。

CMC/钎焊合金界面在扫描型电子显微镜的范围上未示出任何的反应性，即，没有新的化合物的形成。特别地，在界面处没有脆弱组合物的形成。

实例3

该实例描述了结合的制备，利用根据本发明的钎焊方法在由烧结的纯α-SiC碳化硅制成的两个部件之间进行接合，该钎焊使用钎焊组合物在毛细管构造中执行，本发明的钎焊合金包括按照原子计64%的Si、36%的Ni，即按照质量46%的Si和54%的Ni。该实例还描述测试，在这些组件上执行的机械测试。

a）钎焊组合物、钎焊糊状物以及待组装接合的部件的制备

目标钎焊组合物（即64原子%的硅与36原子%的镍）以在实例1中描述的方式制备。

钎焊组合物的糊状物如在实例1中形成。

待组装的由烧结碳化硅制成的部件是尺寸20x10mm²与1.5mm厚的板。

该部件通过丙酮、然后通过乙醇清洁，并且最后进行干燥。

基板、部件被放置成接触并留下1到2mm的小的偏移，以便留出用于将钎焊糊状物沉积在接合部附近的空间（该构造称作毛细管构造）。该糊状物通过刮刀（spatula）以钎焊合金珠的形式（参见图2）沉积在接合部的边缘处的可获得的表面上。用于该组件的沉积的钎焊合金的数量在20与30mg之间。

b）钎焊

即将钎焊的接触的部件在高真空下布置在钎焊炉（在这种情况下是金属炉）中，并且在真空下经受包括在1100°C处的持续时间为60分钟的单个平稳期（该单个平稳期为钎焊平稳期）的钎焊热循环。

在图5中示出了热循环。

c）接合部的观察

在冷却之后，组件很好地接合。通过扫描型电子显微镜来呈现接合部的特征。不存在“空隙”，并且在碳化硅之间没有反应性，并且钎焊合金在扫描型电子显微镜下在观察的范围上证实。

d）机械测试件的制备与机械测试的结果

组件、用于机械测试的测试件（2个测试件）通过用在上面的a）制备的钎焊糊状物以及如上面的b）所描述的钎焊条件来钎焊2个样本41、42来制备，每个样本都具有20x10x1.5mm³的尺寸（因此钎焊测试件的厚度是1.5+1.5=3mm）。由于陶瓷的机械特性是统计学的，所以制备多于一个的测试件以用于测试，但是是按照相同的制造方法制备。

在图6中测试件被示意性地示出。它们被保持在堆垛上并且在周围环境温度处在压缩/剪切测试43过程中经受剪切。

应该注意的是，该测试不允许确保纯的剪切，但是其是优选的模式。然而，该测试允许组件之间的比较。

●机械测试的结果

对于2个测试件中的每个确定的断裂应力是26MPa和90MPa。

在SiC中发生断裂，这是在钎焊合金与由SiC制成的基板之间的强结合的特征。

应该注意的是，具有碳化硅/具有高硅/碳化硅含量的钎焊合金碳化硅/的类型的接合部、组件的断裂应力值可以或多或少地根据陶瓷材料的脆弱属性而被分散。

实例4

该实例描述了结合、接合、组装的制备，在由CMC制成的（更具体地由碳化硅/碳化硅复合物（该组合物具有碳化硅基质与碳化硅纤维）制成的）两个部件之间、利用本发明的钎焊方法、在毛细管构造中利用钎焊组合物执行钎焊，本发明的钎焊合金按照原子计包括64%的硅与36%的镍，即按照质量计46%的硅与54%的镍。该实例还描述测试，在这些组件上执行的机械测试。

a）钎焊组合物、钎焊糊状物以及待接合、组装的部件的制备

所考虑的钎焊组合物（即64原子%的硅和36原子%的镍）以在实例1中描述的方式制备。

钎焊组合物的糊状物如在实例1中形成。

待钎焊、接合、组装的部件、基板是由碳化硅/碳化硅复合物（该碳化硅复合物具有碳化硅基质和碳化硅纤维）制成的板。所述复合物材料可从Snecma Propulsion Solide在商标名Cerasep

获得。这些板具有20x10mm²的尺寸与1.5mm的厚度。

该部件通过丙酮、然后乙醇清洁，并且最后进行干燥。

基板、部件被布置为留下3mm的小的偏移，以便留出用于将钎焊糊状物沉积在接合部附近的空间（该构造称作毛细管构造）。如实例3中所描述的，该糊状物通过刮刀以钎焊合金珠的形式（参见图2）沉积在接合部的边缘处的自由的、可获得的表面上。用于该组件的沉积的钎焊合金的数量在180与220mg之间。

糊状物的数量比实例3中的更高，因为由CMC制成的板之间的间隙比在实例3中的烧结碳化硅的板更大。

例如，考虑到平面度缺陷，用于CMC板的接合部的厚度可以达到500μm，然而对于碳化硅板来说，接合部的厚度通常地小于100μm。

b）钎焊

被布置为接触的待钎焊的部件在高真空下被布置在钎焊炉中，并且经受包括在1100°C处的持续时间为60分钟的单个平稳期（该单个平稳期为钎焊平稳期）的真空钎焊热循环。

在图5中示出了热循环。

在1100°C的60分钟的平稳期下在金属炉中，或者在具有90分钟的平稳期下在石墨炉中执行钎焊。

c）接合部的观察

由于CMC的局部涂覆缺陷以及平面度缺陷，根据观察的区域，接合部的厚度在100与500μm之间。

d）机械测试件的制备与机械测试的结果

组件、用于机械测试的测试件（3个测试件）通过用在上面的a）制备的钎焊糊状物以及如上面的b）所描述的钎焊条件来钎焊2个部件来制备，每个部件都具有20x10x1.5mm³的尺寸。

两个组件在具有1100°C的60分钟的平稳期下在金属炉中钎焊。

一个组件在具有1100°C的90分钟的平稳期下在石墨炉中钎焊。

测试片具有与实例3中的那些类似的尺寸并且在压缩/剪切下类似地测试。

●机械测试的结果

对于3个测试件中的每个确定的断裂应力是11MPa；12MPa;与13MPa。

对于一个测试件来说，通过由碳化硅涂层从CMC的脱离发生断裂。该涂层因此证明是CMC/钎焊合金/CMC组件的薄弱点。

对于两个其它测试件来说，测得的应力对应于复合物的劣化的开始。

参考文献

[1]Gasse A.,Coing-Boyat G.,Bourgeois G.,“Method using a thickjoint for joining parts in SiC-based materials by refractory brazing andrefractory thickjoint thus obtained”,专利US-A-5 975 407,1999年。

[2]Gasse A.,“Method for assembling parts made of materials basedon SiC by non-reactive refractory brazing，brazing composition,and joint andassembly obtained by said method”,专利申请US-A1-2003/0038166。

[3]Heap H.,“Method of Brazing”,专利US-A-3 813 759,1974年。

[4]S.Kalogeropoulou,L.Baud,N.Eustathopoulos.,“Relationshipbetween wettability and reactivity”,Acta.Metall.Mater.,第43卷第3章,第907-912页,1995年。

[5]C.Rado,S.Kalogeropoulou,N.Eustathopoulos.,“Wetting andbonding of Ni-Si alloys on silicon carbide”,Acta.Metall.Mate r.,第47卷第2章,第461-473页,1999年。

[6]J.R.Mc Dermid,R.A.L.Drew.,“Thermodynamic brazing alloydesign for joining silicon carbide”,J.A m.Ceram.Soc.,第74卷,第8章,第1855-1860页,1991年。

[7]Montgomery F.C.,Streckert H.H.,Braze for Silicon Carbide bodies,专利US-A-5 447 683,1995年。

Claims

1.一种用于通过非反应性钎焊接合、组装由碳化硅为基础的材料制成的至少两个部件的方法，其中，使所述部件与非反应性钎焊组合物接触，将通过所述部件和所述钎焊组合物形成的组件加热到足以完全地或至少部分地熔化所述钎焊组合物的钎焊温度，并且使所述部件和所述钎焊组合物冷却，从而使得在所述钎焊组合物的固化之后形成适度耐火接合部，其中，所述非反应性钎焊组合物是按照原子百分比包括60%到66%的硅和34%到40%的镍的二元合金。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述钎焊温度等于或低于1150°C，优选地所述钎焊温度是1020°C到1150°C，更优选地是1080°C到1100°C。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述钎焊组合物是按照原子百分比包括63%到65%的硅与35%到37%的镍的二元合金。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述钎焊组合物是按照原子百分比包括64%的硅与36%的镍的二元合金。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，形成钎焊组合物的粉末，将所述粉末布置在有机粘结剂的悬浮物中以获得钎焊组合物的悬浮物或糊状物，并且将所获得的钎焊组合物的所述悬浮物或糊状物沉积在待接合、组装的所述部件中的至少一个部件的至少一个表面上。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，用钎焊组合物的所述悬浮物或糊状物涂覆待组装、接合的所述部件中的至少一个部件的待接合、组装的至少一个表面，将所述部件的待接合、组装的所述表面布置成接触，从而钎焊组合物的所述悬浮物或糊状物插入到所述表面之间。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，将待组装、接合的所述部件的待接合的表面布置成接触，并且在它们之间留有偏移，以便在由待组装、接合的所述部件的待接合、组装的表面形成的接合部的附近形成能够接收钎焊组合物的悬浮物或糊状物的自由表面，然后在所述自由表面上沉积钎焊组合物的所述悬浮物或糊状物。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在高于所述钎焊组合物的熔点至少15°C、优选地高至少30°C的钎焊温度下执行钎焊。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，执行钎焊，并观察在1020°C到1150°C的钎焊温度下保持1到150分钟的时间的钎焊平稳期，所述钎焊温度优选地为1080°C到1100°C，所述时间优选地为30到150分钟，更优选地为60到120分钟，进一步优选地为90到120分钟。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，待组装的所述部件的待接合的至少一个表面是多孔的，并且观察到钎焊平稳期处于在1020°C到1080°C的温度下保持1到30分钟的时间。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，，在所述钎焊平稳期之前，观察到第一平稳期处于在850°C到910°C的温度下保持30到180分钟的时间，该温度例如为900°C，该时间优选地为60到180分钟，更优选地为90到180分钟，例如为120分钟。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述碳化硅为基础的材料从诸如纯α碳化硅（α-SiC）或纯β碳化硅（β-SiC）的纯碳化硅、以及诸如具有碳化硅纤维和/或基质的组合物的以碳化硅为基础的复合物材料中选择。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述碳化硅为基础的材料从以下材料中选择：烧结的无压碳化硅（“PLS-SiC”）；硅渗入的碳化硅（“SiSiC”或“RBSC”）；多孔再结晶碳化硅（“RSiC”）；包括涂覆有碳化硅层的石墨的石墨硅（“C-SiC”）；碳化硅/例如具有纤维或须状物的碳化硅复合物；碳化硅/具有自愈合基质的碳化硅复合物；以及碳/例如具有碳纤维或须状物碳化硅基质的碳化硅复合物；碳化硅单晶体；具有另一种陶瓷的碳化硅复合物，例如SiC/Si₃N₄与SiC/TiN复合物。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述碳化硅为基础的材料具有按照质量至少50%的碳化硅含量，优选地按照质量至少80%，并且更优选地按照质量100%。

15.一种诸如权利要求1、3和4中的任一项限定的钎焊组合物。

16.一种用于由碳化硅为基础的材料制成的部件的非反应性适度耐火钎焊的钎焊糊状物、悬浮物，包括根据权利要求15所述的非反应性钎焊组合物的粉末以及有机液体接合剂、粘结剂、或者有机粘性凝胶。

17.一种能够通过根据前述权利要求1至14中任一项所述的方法获得的适度耐火接合部。

18.一种组件，包括由能够通过根据权利要求1至14中任一项所述的方法获得的碳化硅为基础的材料制成的至少两个部件。