DE4430779C2 - Process for making a diffusion bond at low pressure - Google Patents

Process for making a diffusion bond at low pressure

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Diffusionsverbindung, also zum Diffusionsbonden, bei niedri­ gem Druck.The invention relates to a method for producing a Diffusion connection, i.e. for diffusion bonding, at low according to pressure.

Diffusionsbonden ist eine spezielle Verbindungstechnik, die das Prinzip von Feststoffdiffusion und Korngrenzenwanderung anwendet, damit Materialien unter Erwärmung und Anwendung von Druck bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt der Materialien miteinander verbunden werden. Das verwendete Prinzip ist dem bei Sinterprozessen ähnlich, jedoch werden beim Sintern zwei Pulver miteinander vermischt, während beim Diffusionsbonden körperliche Werkstoffe metallurgisch mit­ einander verbunden werden. Sowohl Diffusionsbonden als auch Sintern werden vollständig im festen Zustand ausgeführt, d. h., daß beim Verbindungsprozeß kein Schmelzen auftritt.Diffusion bonding is a special connection technique that the principle of solid diffusion and grain boundary migration applies to materials under heating and application of pressure at a temperature below the melting point of the Materials are connected. The used The principle is similar to that of sintering processes, however when sintering two powders are mixed together, while during Diffusion bonding of physical materials with metallurgical be connected. Both diffusion bonding as well Sintering is carried out completely in the solid state,  d. that is, no melting occurs in the joining process.

Wenn die Diffusionsbondtechnik zum Verbinden von Metallen angewandt wird, kann sie Schwierigkeiten überwinden, wie sie beim herkömmlichen Schweißen und Löten auftreten, wie Er­ wärmungsrisse beim Schweißen, Messerschnittkorrosion und Restspannungen, und sie schafft auch eine Lösung bei Schwie­ rigkeiten hinsichtlich der Verbindung feiner Keramikmateria­ lien. Es ist bekannt, daß, da Keramiken hohe Schmelzpunkte aufweisen und spröde sind, die meisten herkömmlichen Schweißtechniken nicht zum Verbinden keramischer Materialien untereinander oder mit anderen Stoffen verwendet werden kön­ nen. Da Diffusionsbonden bei einer Temperatur unter dem Schmelzpunkt der zu verbindenden Materialien ausgeführt wird, können hier die vorstehend genannten Schwierigkeiten überwunden werden. Darüber hinaus bildet Diffusionsbonden auch bei anderen fortschrittlichen Konstruktionsmaterialien, die schwierig zu schweißen sind, wie intermetallischen Ver­ bindungen, Materialien auf Metallbasis, komplexen Materia­ lien auf Keramikbasis und hochschmelzenden Superlegierungen ein wirkungsvolles Verfahren zum Verbinden untereinander und mit anderen Materialien.If the diffusion bonding technique for joining metals applied, it can overcome difficulties like it occur in conventional welding and soldering like He heat cracks during welding, knife cut corrosion and Residual stresses, and it also creates a solution at Schwie skills regarding the connection of fine ceramic materials lien. It is known that because ceramics have high melting points exhibit and are brittle, most conventional Welding techniques not for joining ceramic materials can be used with each other or with other substances nen. Because diffusion bonding at a temperature below the Melting point of the materials to be joined the difficulties mentioned above can arise here be overcome. It also forms diffusion bonds also with other advanced construction materials, which are difficult to weld, such as intermetallic ver bonds, metal-based materials, complex materia ceramic-based and high-melting superalloys an effective method of connecting with each other and with other materials.

Die Diffusionsbondtechnik erfordert teure Ausrüstung und lange Ausführungszeiten, weswegen die Kosten höher als bei herkömmlichen Schweißtechniken sind, wenn nur eine kleine Anzahl von Werkstücken verbunden werden muß. Wenn jedoch eine große Anzahl von Werkstücken eine Verbindung erfährt, hat Diffusionsbonden die Vorteile einer Kostenverringerung, da das Verbinden einer großen Anzahl von Werkstücken gleich­ zeitig vollzogen werden kann.The diffusion bonding technique requires expensive equipment and long execution times, which is why the costs are higher than for conventional welding techniques are, if only a small Number of workpieces must be connected. But when a large number of workpieces are connected, diffusion bonding has the advantages of reducing costs, because connecting a large number of workpieces is the same can be carried out in good time.

Zum Verfahren des Diffusionsbondens gehört das Anlegen von Druck rechtwinklig zur Oberfläche der durch Diffusionsbonden zu verbindenden Werkstücke, wobei im allgemeinen ein Druck von z. B. ungefähr 70×10³ hPa oder sogar 700×10³ hPa verwendet wird. Dies bedeutet, daß während des Diffusionsprozesses viel Energie verbraucht wird und teure Ausrüstung zum Ausüben des Drucks erforderlich ist. Darüber hinaus kann, da der angelegte Druck rechtwinklig zur Ober­ fläche des durch Diffusionsverbindung zu verbindenden Werk­ stücks stehen muß, d. h., da uniaxiale Spannung ausgeübt werden muß, dann, wenn das Werkstück eine komplexe oder unregelmäßige Form aufweist, es z. B. ein Flügel für eine Hochtemperaturturbine ist, Diffusionsbonden nicht ausgeführt werden, da in solchen Fällen kein ausreichend hoher Druck rechtwinklig zur Verbindungsfläche ausgeübt werden kann.Diffusion bonding involves the creation of Pressure perpendicular to the surface by diffusion bonding workpieces to be joined, generally a pressure  from Z. B. about 70 × 10³ hPa or even 700 × 10³ hPa is used. This means that during the Diffusion process consumes a lot of energy and is expensive Equipment to apply the pressure is required. About that In addition, since the pressure applied is perpendicular to the upper area of the work to be connected by diffusion connection must be in place, d. i.e. since uniaxial tension is exerted must be when the workpiece is a complex or irregular shape, z. B. a wing for one High temperature turbine is, diffusion bonding is not carried out because in such cases the pressure is not high enough can be exercised perpendicular to the connecting surface.

Ferner erfordert es Diffusionsbonden, daß die Verbindungs­ flächen der Werkstücke so glatt wie möglich sind, um für eine große Kontaktfläche zu sorgen, um die wechselseitige Diffusion von Elementen und die Errichtung einer Atom-Atom-Ver­ bindung zu erleichtern und damit die Verbindungswirkung zu verstärken. Damit eine glatte Verbindungsfläche erhalten wird, ist insbesondere eine Oberflächen-Feinbearbeitung der Werkstücke vor dem Diffusionsbonden erforderlich, was zu­ sätzliche Verfahren oder Schritte benötigt, die Betriebszeit verlängert und damit die Kosten erhöht.Furthermore, diffusion bonding requires that the connection surfaces of the workpieces are as smooth as possible in order for a large contact area to ensure the mutual Diffusion of elements and the establishment of an atom-atom ver to facilitate binding and thus the connection effect to reinforce. So that a smooth connection surface is obtained is, in particular, a surface finishing of the Workpieces required before diffusion bonding, leading to Additional procedures or steps required, the uptime extended and thus increased costs.

Die vorstehend genannten Schwierigkeiten werden schwerwie­ gender, wenn die Diffusionsbondtechnik zum Verbinden kera­ mischer Komponenten verwendet wird. Aufgrund ihrer Zerbrech­ lichkeit bei erhöhter Temperatur brechen die zu verbindenden Komponenten bei der hohen Temperatur und dem hohen Druck, wie sie im allgemeinen beim Diffusionsbonden verwendet wer­ den, leicht. Darüber hinaus weisen Keramikkomponenten, da Keramiken nicht leicht mechanisch bearbeitet werden können, im allgemeinen komplexe Form auf und sind daher zum Verbin­ den durch Diffusionsbonden nicht geeignet. Darüber hinaus ist es bei Keramikkomponenten schwieriger als bei Metall­ materialien, eine glatte Verbindungsoberfläche zu erhalten. Demgemäß hat sich Diffusionsbonden im Labor zwar als geeig­ net zum Verbinden keramischer Komponenten gezeigt, jedoch ist die Technik noch nicht ausgereift genug für praktische Anwendung in der Industrie. The above difficulties become severe gender if the diffusion bonding technique for connecting kera mixer components is used. Because of their shattering at elevated temperature, the parts to be connected break Components at high temperature and pressure, as generally used in diffusion bonding that, easy. In addition, ceramic components indicate that Ceramics cannot be easily machined, generally complex in shape and are therefore related not suitable due to diffusion bonding. Furthermore it is more difficult with ceramic components than with metal  materials to get a smooth connection surface. Accordingly, diffusion bonding has proven to be suitable in the laboratory shown for connecting ceramic components, however the technology is not yet mature enough for practical purposes Application in industry.  

Bei einem bekannten Verfahren (FR 2 672 833 A1) zum Herstellen einer Diffu­ sionsverbindung zwischen einer Oxidationsschutzschicht und einem gegen Oxi­ dation zu schützenden Substrat aus einer Titan-Legierung wird ein nichtoxi­ dierendes, blattförmiges Material, z. B. aus eine FeCrAl-Legierung, auf eine Oberfläche des zu schützenden Substrats aufgebracht. Anschließend wird die so gebildete Anordnung in einem Vakuum mit einem äußeren Druck von 70×10³ hPa bis 350×10³ hPa beaufschlagt und auf eine Temperatur zwischen 900°C 1100°C erwärmt. Um eine Diffusionsverbindung zu erhalten, wird die Druck-Wärme-Behandlung für eine Dauer von 60 min bis 300 min durchgeführt.In a known method (FR 2 672 833 A1) for producing a diffusion sionsverbindung between an oxidation protection layer and one against Oxi The substrate to be protected from a titanium alloy becomes a non-oxi dier, sheet material, e.g. B. from a FeCrAl alloy, on a Surface of the substrate to be protected applied. Then the arrangement thus formed in a vacuum with an external pressure of 70 × 10³ hPa to 350 × 10³ hPa and to a temperature between 900 ° C 1100 ° C heated. In order to obtain a diffusion connection, the Pressure-heat treatment is carried out for a period of 60 min to 300 min.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Diffusionsverbindung anzugeben, das bei niedrigem Druck aus­ geführt werden kann, um dadurch den Energieverbrauch und die Kosten zu senken, und mit dem es möglich ist, Werkstücke mit komplexen Formen durch eine Diffusionsverbindung miteinander zu verbinden.The invention has for its object a method for manufacturing a diffusion connection to indicate that at low pressure can be led to thereby reduce energy consumption and the Reduce costs, and with which it is possible to work with complex shapes through a diffusion connection connect.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Lehre des Anspruchs 1 gegeben. Bei seiner Anwendung reichen Drücke von ungefähr 7×10³ hPa und ungefähr 21×10³ hPa im Gegensatz zu den etwa zehnmal so hohen Drücken beim Stand der Technik aus, um durch Diffusion stabile Verbindungen zu erzielen. Außerdem ist es möglich, Werkstücke mit rauhen Verbindungsoberflächen miteinander zu verbinden.The inventive method is based on the teaching of Claim 1 given. Enough in its application Pressures of approximately 7 x 10³ hPa and approximately 21 × 10³ hPa in contrast to the about ten times as much high pressures in the prior art from diffusion to achieve stable connections. It is also possible Workpieces with rough connection surfaces to each other connect.

Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen hervor.Other objects and advantages of the invention emerge from the following detailed description with reference to the drawings.

Fig. 1 bis 4 zeigen schematisch jeweils ein Ausführungsbei­ spiel einer Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Diffusionsbonden; Figs. 1 to 4 schematically show respectively a Ausführungsbei play an apparatus for performing the inventive method for diffusion bonding;

Fig. 5a und 5b sind Bilder, die die Verbindungsgrenzfläche zwischen einer TiAl6V4-Platte und einer superplastischen TiAl6V4-Platte zeigen, wie sie bei Verfahren gemäß einem Beispiel 1 bzw. einem Beispiel 2 erhalten wurden; und FIGS. 5a and 5b are diagrams showing the connection interface between a TiAl6V4-plate and a superplastic TiAl6V4-plate, as obtained in processes according to an example 1 and an example 2; and

Fig. 6a, 6b und 6c sind Bilder, die die Verbindungsgrenz­ fläche zwischen zwei TiAl6V4-Platten und einer superplastischen TiAl6V4-Platte zeigen, wie sie bei Verfahren gemäß den Vergleichs­ beispiellen 1, 2 bzw. 2 erhalten wurden; FIG. 6a, 6b and 6c are images show the surface of the bonding interface between two TiAl6V4 plates and a superplastic TiAl6V4-plate as in methods in accordance with the comparison beispiellen 1, were obtained 2 and 2;

Fig. 7a und 7b sind Bilder, die die Verbindungsgrenzfläche zwischen einer Stahl-Platte und einer X2CrNiMoN246-Platte zeigen, wie sie bei Verfahren gemäß einem Beispiel 4 bzw. einem Beispiel 5 erhalten wurden; und Fig. 7a and 7b are diagrams showing the joint interface between a steel plate and a X2CrNiMoN246-plate as one example, 4 or 5 to an example were obtained in accordance with procedures; and

Fig. 8a, 8b und 8c sind Bilder, die die Verbindungsgrenz­ fläche zwischen zwei Stahl-Platten zeigen, wie sie bei Verfahren gemäß den Vergleichsbeispielen 4 bis 6 erhalten wurden. Fig. 8a, 8b and 8c are pictures which surface the bonding interface between two steel plates show as Comparative Examples 4 to 6 obtained in accordance with procedure.

Dem Fachmann ist es bekannt, daß der beim Herstellen einer Diffusionsverbindung, also beim Diffusionsbonden angelegte Druck an den zu verbindenden Oberflächen der Werk­ stücke zu mikroskopischer, plastischer Verformung führt. Das heißt, daß die rauhen Kontaktflächen der zu verbindenden Werkstücke örtlich durch den angelegten Druck plastisch ver­ formt werden, wodurch sich die Kontaktflächen der Werkstücke vergrößern. Der angelegte Druck beeinflußt auch die Korn­ grenzendiffusion und die Volumendiffusion, wie sie an den Verbindungsgrenzflächen der Werkstücke auftreten. Diese zwei Feststoffdiffusions-Effekte stellen den Hauptmechanismus dar, der eine Atom-Atom-Bindung zwischen den teilweise in engem Kontakt stehenden Flächen sowie den Prozeß der Aushei­ lung von Löchern zwischen den sich teilweise nicht berühren­ den Flächen hervorruft. Der angelegte Druck kann auch die Korngrenzenwanderung an den Verbindungsflächen der Werk­ stücke beeinflussen, d. h., er kann eine Wanderung an den Verbindungsflächen erzeugen (Ausbildung einer neuen Korn­ grenze, an denen Atom-Atom-Bindung errichtet wurde, wodurch sich die ursprünglichen Verbindungsflächen lösen.It is known to the person skilled in the art that when producing a Diffusion connection, i.e. during diffusion bonding applied pressure on the surfaces of the plant to be connected leads to microscopic, plastic deformation. This means that the rough contact surfaces of the to be connected Workpieces locally plastically ver by the applied pressure are formed, which creates the contact surfaces of the workpieces enlarge. The pressure applied also affects the grain boundary diffusion and the volume diffusion as they are at the Connection interfaces of the workpieces occur. These two Solid diffusion effects are the main mechanism which is an atom-atom bond between the partially in close contact areas as well as the process of baking holes between the partially do not touch the surfaces. The pressure applied can also Grain boundary migration at the connecting surfaces of the plant affect pieces, d. that is, he can take a hike to the Create connecting surfaces (formation of a new grain limit at which atom-atom bond was established, whereby the original connecting surfaces become detached.

Jedoch haben die Erfinder herausgefunden, daß der angelegte Druck zwar die Korngrenzendiffusion und die Volumendiffusion im Inneren der Werkstücke beeinflußt, daß jedoch nur die Korngrenzendiffusion und die Volumendiffusion in der Rich­ tung parallel zum angelegten Druck zunehmen. Die Korngren­ zendiffusion und die Volumendiffusion in der Richtung recht­ winklig zum angelegten Druck verringern sich dagegen. Die Feststoffdiffusion, die für Lochausheilung beim Diffusions­ bonden sorgt, erfolgt jedoch parallel zu den Verbindungs­ flächen, d. h. rechtwinklig zur Richtung des angelegten Drucks. Daher hat der Druck einen nachteiligen Effekt, wenn nur die Effekte der Korngrenzendiffusion und der Volumendif­ fusion berücksichtigt werden. Was anderes betrifft, haben die Erfinder ebenfalls herausgefunden, daß der angelegte Druck keine erkennbare Auswirkung auf die Korngrenzenwande­ rung hat.However, the inventors have found that the applied  Pressure the grain boundary diffusion and the volume diffusion influenced inside the workpieces, but only that Grain boundary diffusion and volume diffusion in the rich increase parallel to the pressure applied. The Korngren diffusion and volume diffusion in the right direction on the other hand, they decrease at an angle to the pressure applied. The Solid diffusion, for hole healing during diffusion bonding takes place, but takes place parallel to the connection surfaces, d. H. perpendicular to the direction of the applied Pressure. Therefore, the pressure has an adverse effect when only the effects of grain boundary diffusion and volume diff fusion are taken into account. Whatever else, have the inventors also found that the created Pressure has no noticeable effect on the grain boundary walls tion.

Was Werkstücke betrifft, die durch Diffusionsbonden zu ver­ binden sind, werden deren Verbindungsflächen im allgemeinen zunächst mechanisch bearbeitet, um möglichst glatte Verbin­ dungsflächen zu erzielen. Jedoch weisen die mechanisch bear­ beiteten Verbindungsflächen mikroskopisch gesehen immer noch eine bestimmte Rauhigkeit auf. Obwohl der während des Diffu­ sionsbondens angelegte Druck kleiner als die Streckgrenze der Werkstücke ist, d. h., obwohl keine makroskopische pla­ stische Verformung eines Werkstücks als ganzem zu beobachten ist, reicht der angelegte Druck dazu aus, plastische Verfor­ mung an den mikroskopisch rauhen Flächen zu erzeugen. Durch die mikroskopische Verformung weisen die Verbindungsflächen der Werkstücke größere Flächen wechselseitigen Kontakts auf, die die Hauptbereiche sind, in denen das Diffusionsbonden erfolgt. Demgemäß sind die durch die mikroskopische plasti­ sche Verformung an den Verbindungsflächen hervorgerufenen wechselseitigen Kontaktfläche um so größer, je größer der angelegte Druck ist, und um so einfacher kann das Diffu­ sionsbonden ausgeführt werden. As for workpieces to ver by diffusion bonding are binding, their connecting surfaces in general first machined to make the connection as smooth as possible to achieve areas. However, the mechanically bear still processed microscopically a certain roughness. Although during the Diffu sionsbondens applied pressure less than the yield strength the work piece is d. that is, although no macroscopic pla to observe the static deformation of a workpiece as a whole , the pressure applied is sufficient for plastic deformation generation on the microscopically rough surfaces. By the microscopic deformation shows the connecting surfaces the workpieces have larger areas of mutual contact, which are the main areas where diffusion bonding is he follows. Accordingly, those by the microscopic plasti deformation caused at the connecting surfaces mutual contact area, the larger the larger the applied pressure, and the easier it is to diffuse sion bonds are carried out.  

Die Erfinder sind daher zum Schluß gekommen, daß der an die Verbindungsflächen rechtwinklig angelegte Druck die Korn­ grenzendiffusion, die Volumendiffusion und die Korngrenzen­ wanderung während des Diffusionsbondverfahrens nur wenig be­ einflußt, sondern er tatsächlich zu mikroskopischer, plasti­ scher Verformung der Verbindungsflächen führt. Demgemäß wird jede Maßnahme, die zu mikroskopischer, plastischer Verfor­ mung an den Verbindungsflächen führt, die erforderliche Stärke des während des Diffusionsbondverfahrens anzulegenden Drucks in kritischer Weise beeinflussen.The inventors have therefore come to the conclusion that the to Connection surfaces at right angles apply the grain boundary diffusion, volume diffusion and grain boundaries migration during the diffusion bonding process only little influences, but he actually becomes microscopic, plasti shear deformation of the connecting surfaces. Accordingly any measure that leads to microscopic, plastic deformation leads on the connecting surfaces, the required Strength of the to be applied during the diffusion bonding process Influence pressure in a critical manner.

Die meisten Materialien zeigen, nachdem sie einer solchen speziellen Behandlung unterzogen wurden, daß sie Miniatur­ körner (kleiner als 10 µm) und zweiphasige Mikrostrukturen aufweisen, superplastische Verformung, d. h. eine sehr große Verformung, wenn sie unter speziellen Bedingungen wie einer Dehnungsgeschwindigkeit unter 10-4 sec-1 und einer Temperatur verarbeitet werden, die größer als die Hälfte der absoluten Schmelztemperatur ist. Die für diese superplasti­ sche Verformung erforderliche Spannung ist sehr klein.Most materials, after being subjected to such a special treatment that they have miniature grains (smaller than 10 µm) and two-phase microstructures, show superplastic deformation, ie a very large deformation, when under special conditions such as an elongation rate below 10 -4 sec -1 and a temperature that is greater than half of the absolute melting temperature. The tension required for this superplastic deformation is very small.

Darüber hinaus muß die zum Erzielen einer Diffusionsverbin­ dung erforderliche Temperatur höher als die halbe absolute Schmelztemperatur des Materials sein, was im wesentlichen mit dem Haupterfordernis des Erzeugens einer "mikroskopi­ schen, plastischen Verformung" übereinstimmt. Angesichts des Vorstehenden haben die Erfinder herausgefunden, daß dann, wenn mikroskopische, plastische Verformung an den Verbin­ dungsflächen, wie zum Diffusionsbonden erforderlich, durch superplastische Verformung herbeigeführt wird, der in recht­ winkliger Richtung anzulegende Druck stark verringert werden kann und demgemäß der beim Diffusionsbonden erforderliche Druck auf ein sehr niedriges Niveau verringert werden kann. In addition, to achieve a diffusion connection required temperature is higher than half the absolute Melting temperature of the material be what essentially with the main requirement of creating a "microscope plastic deformation ". In view of the The inventors have found above that if microscopic, plastic deformation at the connector areas as required for diffusion bonding superplastic deformation is brought about in the right pressure to be applied at an angular direction can be greatly reduced can and therefore the one required for diffusion bonding Pressure can be reduced to a very low level.  

In der Praxis sind jedoch die meisten durch Diffusionsver­ bindung zu verbindenden Materialien keine superplastischen Materialien, d. h., daß ihre Korngröße größer als 10 µm ist und sie nicht über zweiphasige Mikrostruktur verfügen, wes­ wegen sie, solange sie keiner Spezialbehandlung unterzogen werden, sich nicht dazu eignen, an Verbindungsflächen mikro­ plastische Verformung gemäß dem Prinzip superplastischer Verformung bei niedrigem Druck zu erzielen, um dadurch die Kontaktfläche zu erhöhen und zu einer Diffusionsverbindung zu gelangen.In practice, however, most are diffusion materials to be bonded no superplastic Materials, d. that is, their grain size is larger than 10 µm and they don't have two-phase microstructure, which is because of them as long as they haven't undergone any special treatment become, are not suitable to micro on connecting surfaces plastic deformation according to the principle of superplastic To achieve deformation at low pressure, thereby the Increase contact area and a diffusion connection to get.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden, wird beim erfindungs­ gemäßen Verfahren eine dünne Platte aus superplastischem Material, das sich zum Diffusionsbonden eignet, zwischen die durch Diffusionsbonden zu verbindenden Werkstücke eingebet­ tet, und daher können diese, selbst wenn sie nicht aus su­ perplastischem Material bestehen, so verarbeitet werden, daß es unter Verwendung des Prinzips superplastischer Verformung zu mikroplastischer Verformung bei sehr niedrigem Druck kommt.In order to overcome this difficulty, the invention a thin sheet of superplastic Material that is suitable for diffusion bonding between the Workpieces to be joined by diffusion bonding tet, and therefore these, even if they are not from su perplastic material exist, are processed so that it using the principle of superplastic deformation for microplastic deformation at very low pressure is coming.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren liegt der in der Richtung rechtwinklig zur Platte aus superplastischem Material anzu­ legende Druck im Bereich von ungefähr 7×10³ hPa bis ungefähr 21×10³ hPa, und die Platte aus superplastischem Material und die Werkstücke werden für 10 Minuten bis 2 Stunden auf eine Temperatur erwärmt, die mindestens der Hälfte der absoluten Schmelztemperatur des superplastischen Materials entspricht.In the method according to the invention, this is in the direction at right angles to the plate made of superplastic material legendary pressure in the range of approximately 7 × 10³ hPa to about 21 x 10³ hPa, and the plate superplastic material and the workpieces are made for 10 minutes to 2 hours heated to a temperature that at least half of the absolute melting temperature of the corresponds to superplastic material.

Die Platte aus superplastischem Material hat bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorzugsweise eine Dicke zwischen ungefähr 0,5 mm und 3 mm.The plate made of superplastic material has in use of the method according to the invention preferably a thickness between approximately 0.5 mm and 3 mm.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Diffusionsbondverfahrens. Eine dünne Platte 3 aus einer superplastischen Legierung ist zwischen zwei Werkstücke 1 und 2 eingebettet, und sie wird durch einen von einer Hydraulikeinheit 9 betätigten Kolben 10 in engem Kontakt mit den zwei Werkstücken 1, 2 gehalten. Die Legierung der dünnen Platte 3 ist für Diffusionsbonden mit den Werkstücken 1 und 2 geeignet. Die Schichtstruktur wird in einer Vakuumkammer 4 angeordnet, in der die Luft unter Verwendung einer Diffusionspumpe 5 und einer mechanischen Pumpe 6 bis auf einen Druck von ungefähr 10-5 hPa (10-5 Torr) abgepumpt wird. Mehrere Heizer 8 sind neben den zwei Werkstücken 1 und 2 angeordnet, und sie werden durch einen Temperaturregler 7 angesteuert. Die Hydraulikeinheit 9 wird durch eine Hydrauliksteuerung 11 so gesteuert, daß sie den an das Werkstück 1 angelegten Druck im Bereich von ungefähr 7×10³ hPa bis ungefähr 21×10³ hPa einstellt. Die Hydrau­ liksteuerung 11, der Temperaturregler 7 und die mechanische Pumpe 6 werden alle von einer zentralen Steuereinheit 12 gesteuert, die so programmiert ist, daß sie den angelegten Druck und die angewandte Temperatur für ungefähr 10 Minuten bis 2 Stunden aufrechterhält. Fig. 1 shows an embodiment of an apparatus for carrying out the diffusion bonding process of the invention. A thin plate 3 made of a superplastic alloy is embedded between two workpieces 1 and 2 and is held in close contact with the two workpieces 1 , 2 by a piston 10 actuated by a hydraulic unit 9 . The alloy of the thin plate 3 is suitable for diffusion bonding with the workpieces 1 and 2 . The layer structure is placed in a vacuum chamber 4 , in which the air is pumped down to a pressure of approximately 10 -5 hPa (10 -5 Torr) using a diffusion pump 5 and a mechanical pump 6 . Several heaters 8 are arranged next to the two workpieces 1 and 2 , and they are controlled by a temperature controller 7 . The hydraulic unit 9 is controlled by a hydraulic controller 11 so that it adjusts the pressure applied to the workpiece 1 in the range of about 7 × 10³ hPa to about 21 × 10³ hPa. The hydraulic control 11 , the temperature controller 7 and the mechanical pump 6 are all controlled by a central control unit 12 which is programmed to maintain the applied pressure and temperature for about 10 minutes to 2 hours.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, die ein anderes Aus­ führungsbeispiel einer Vorrichtung zum Ausführen des erfin­ dungsgemäßen Diffusionsbondverfahrens zeigt. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel wird das Diffusionsbondverfahren in einer Schutz- oder reduzierenden Atmosphäre ausgeführt. Die Werk­ stücke 1, 2 und die Platte 3 aus einer superplastischen Le­ gierung sind in einen Raum 13 aus wärmebeständigem Stahl eingeschlossen, der über eine Gasflasche 14 mit dem Schutz- oder reduzierenden Gas gefüllt wird. Die Strömungsrate des Schutzgases oder des reduzierenden Gases wird durch einen Strömungsregler 15 eingestellt. Um für Luftdichtheit des Raums 13 aus wärmebeständigem Stahl zu sorgen, ist um den Kolben 10 herum ein Kupferkühlring 16 vorhanden. Reference is now made to FIG. 2, which shows another exemplary embodiment of a device for carrying out the diffusion bonding method according to the invention. In this exemplary embodiment, the diffusion bonding process is carried out in a protective or reducing atmosphere. The work pieces 1 , 2 and the plate 3 made of a superplastic alloy are enclosed in a space 13 made of heat-resistant steel, which is filled with the protective or reducing gas via a gas bottle 14 . The flow rate of the protective gas or the reducing gas is set by a flow regulator 15 . In order to ensure airtightness of the space 13 made of heat-resistant steel, a copper cooling ring 16 is provided around the piston 10 .

Gemäß Fig. 3 kann der an die Schichtstruktur angelegte Druck auch unter Verwendung mehrerer Gewichte 17 erzielt werden, die auf das Werkstück 1 aufgelegt werden, anstatt daß eine Hydraulikeinheit verwendet wird. Dies, weil der beim erfin­ dungsgemäßen Verfahren verwendete Druck nur ungefähr 7×10³ hPa bis 21×10³ hPa beträgt.According to FIG. 3, the pressure applied to the layer structure can also be achieved using several weights 17 which are placed on the workpiece 1 instead of using a hydraulic unit. This is because the pressure used in the method according to the invention is only approximately 7 × 10³ hPa to 21 × 10³ hPa.

Gemäß Fig. 4 kann im Fall des Vornehmens einer Diffusions­ verbindung an einem Werkstück mit komplexer oder unregel­ mäßiger Form, z. B. einem Hochtemperaturturbine-Flügel 18 die Schichtstruktur zunächst direkt mit Schrauben 19 befe­ stigt werden und in einem Ofen mit Schutzgasatmosphäre zur Erwärmung angeordnet werden. Wenn die Temperatur erhöht wird, dehnt sich die Schichtstruktur aus, und die bei der Ausdehnung entstehende Kraft reicht aus, den bei diesem Dif­ fusionsbondvorgang erforderlichen Druck zu erzielen.According to Fig. 4 in the case of, aristocratic can a diffusion connection to a workpiece having a complex or irregular shape moderate, z. B. a high-temperature turbine blade 18, the layer structure is first beigt directly with screws 19 and can be arranged in an oven with a protective gas atmosphere for heating. When the temperature is increased, the layer structure expands, and the force generated during the expansion is sufficient to achieve the pressure required for this diffusion bonding process.

Die folgenden speziellen Beispiele sollen die Erfindung vollständiger veranschaulichen, ohne daß sie deren Schutz­ bereich beschränken sollen, da dem Fachmann zahlreiche Modi­ fizierungen und Änderungen erkennbar sind.The following specific examples are intended to illustrate the invention illustrate more fully without sacrificing their protection should limit the range, since the expert has numerous modes certifications and changes are recognizable.

Beispiel 1example 1

Bei diesem Beispiel wurden zwei Werkstücke aus C-TiAl6V4- Platten (nicht superplastische Legierung TiAl6V4) unter Ver­ wendung des erfindungsgemäßen Verfahrens miteinander verbun­ den. Die Oberflächen der zwei miteinander zu verbindenden C-TiAl6V4-Platten wurden zunächst mit SiC-Papier der Feinheit 600 geschliffen und dann mit Aluminiumoxidpulver von 0,3 µm poliert. Danach wurden die zwei Platten in die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung gegeben. Zwischen die zwei C-TiAl6V4- Platten wurde eine 1 mm dicke Platte aus SP-TiAl6V4 (superpla­ stische Legierung (TiAl6V4) eingebettet und die Schicht­ struktur wurde auf eine Temperatur von 930°C erwärmt. Nach­ dem die Temperatur 930°C erreicht hatte, wurde ein Druck von 7×10³ hPa (100 psi) über den Kolben 10 an die obere C-TiAl6V4-Platte angelegt und für 30 Minuten aufrechterhalten. Die zwei C-TiAl6V4-Platten wurden so durch die SP-TiAl6V4-Platte miteinander verbunden. Ein Bild der Verbindungsgrenzfläche ist in Fig. 5a dargestellt. Wie hieraus erkennbar, treten an der Verbindungsgrenzfläche keine Hohlräume auf.In this example, two workpieces made of C-TiAl6V4 plates (non-superplastic alloy TiAl6V4) were connected to one another using the method according to the invention. The surfaces of the two C-TiAl6V4 plates to be joined together were first ground with SiC paper of fineness 600 and then polished with 0.3 µm aluminum oxide powder. The two plates were then placed in the device shown in FIG . Between the two C-TiAl6V4 plates, a 1 mm thick plate of SP-TiAl6V4 (superplastic alloy (TiAl6V4) was embedded and the layer structure was heated to a temperature of 930 ° C. After the temperature had reached 930 ° C. a pressure of 7 x 10³ hPa (100 psi) was applied to the upper C-TiAl6V4 plate and maintained for 30 minutes via the piston 10. The two C-TiAl6V4 plates were thus connected to each other by the SP-TiAl6V4 plate. An image of the connection interface is shown in Figure 5. As can be seen from this, there are no voids at the connection interface.

Beispiel 2Example 2

Es wurden dieselben Abläufe und Materialien wie beim Bei­ spiel 1 verwendet, mit der Ausnahme, daß die Oberflächen der zwei miteinander zu verbindenden C-TiAl6V4-Platten nur mit SiC-Papier der Feinheit 600 geschliffen wurden. Der Poliergang fiel weg. Ein Bild der sich ergebenden Verbindungsgrenzflä­ che ist in Fig. 5b gezeigt. Wie hieraus erkennbar, ist selbst beim Weglassen des Poliervorgangs mit Aluminiumoxid­ pulver die Verbindungsgrenzfläche annehmbar.The same procedures and materials as in example 1 were used, with the exception that the surfaces of the two C-TiAl6V4 plates to be joined together were only ground with SiC paper of fineness 600. The polishing course fell away. An image of the resulting connection interface is shown in Fig. 5b. As can be seen from this, even if the polishing process with aluminum oxide powder is omitted, the connection interface is acceptable.

Beispiel 3Example 3

Dieselben Abläufe und Materialien wie beim Beispiel 1 wurden zum Herstellen von vier Proben verwendet, wobei Änderungen darin bestanden, daß die Oberfläche der zwei zu verbindenden C-TiAl6V4-Platten bei jeder Probe nur mit SiC-Papier der Fein­ heit 80 geschliffen wurden und ein Druck von 42×10³ hPa (600 psi), 21×10³ hPa bzw. 7×10³ hPa an die obere C-TiAl6V4-Platte jeder Probe angelegt wurde. Die zwei C-TiAl6V4-Platten wurden miteinander verbunden und die Verbindungsgrenzfläche wurde als annehmbar festgestellt.The same procedures and materials as in Example 1 were used to make four samples, making changes consisted of the surface of the two to be joined C-TiAl6V4 plates for each sample only with fine SiC paper 80 were ground and a pressure of 42 × 10³ hPa (600 psi), 21 × 10³ hPa or 7 × 10³ hPa was applied to the top C-TiAl6V4 plate of each sample. The two C-TiAl6V4 plates were joined together and the Connection interface was found to be acceptable.

Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1

Bei diesem Vergleichsbeispiel wurden zwei Werkstückplatten aus C-TiAl6V4 (nicht superplastische Legierung TiAl6V4) unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens miteinander ver­ bunden. Die Oberflächen der zwei zu verbindenden C-TiAl6V4- Platten wurden zunächst mit SiC-Papier der Feinheit 600 ge­ schliffen und dann mit Aluminiumpulver von 0,3 µm poliert. Danach wurden die zwei Platten in die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung gegeben und auf eine Temperatur von 930°C er­ wärmt. Nachdem die Temperatur 930°C erreicht hatte, wurde über den Kolben 10 ein Druck von 7×10³ hPa auf die obere C-TiAl6V4-Platte ausgeübt und für 30 Minuten auf­ rechterhalten. So wurden die zwei C-TiAl6V4-Platten miteinander verbunden. Ein Bild für die Verbindungsgrenzfläche ist in Fig. 6a dargestellt. Wie aus Fig. 6a erkennbar, befinden sich Hohlräume an der Verbindungsgrenzfläche, was anzeigt, daß die Verbindung nicht annehmbar ist.In this comparative example, two workpiece plates made of C-TiAl6V4 (non-superplastic alloy TiAl6V4) were bonded together using a conventional method. The surfaces of the two C-TiAl6V4 plates to be joined were first ground with SiC paper of fineness 600 and then polished with aluminum powder of 0.3 µm. Then the two plates were placed in the device shown in FIG. 1 and heated to a temperature of 930 ° C. After the temperature reached 930 ° C., a pressure of 7 × 10 3 hPa was applied to the upper C-TiAl6V4 plate via the piston 10 and maintained for 30 minutes. So the two C-TiAl6V4 plates were connected to each other. An image for the connection interface is shown in Fig. 6a. As seen in Figure 6a, there are voids at the connection interface, indicating that the connection is unacceptable.

Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2

Es wurden dieselben Abläufe und Materialien wie beim Ver­ gleichsbeispiel 1 verwendet, mit der Ausnahme, daß die Ober­ flächen der zwei miteinander zu verbindenden C-TiAl6V4-Platten nur mit SiC-Papier der Feinheit 600 geschliffen wurde. Ein Bild der sich ergebenden Verbindungsgrenzfläche ist in Fig. 6b dargestellt. Wie hieraus erkennbar, enthält die Verbin­ dungsgrenzfläche Hohlräume und ist daher nicht annehmbar.The same processes and materials were used as in comparative example 1, with the exception that the upper surfaces of the two C-TiAl6V4 plates to be joined together were only ground with SiC paper of fineness 600. An image of the resulting connection interface is shown in Fig. 6b. As can be seen from this, the connection interface contains voids and is therefore not acceptable.

Vergleichsbeispiel 3Comparative Example 3

Dieselben Abläufe und Materialien wie beim Vergleichsbei­ spiel 1 wurden mit der Ausnahme verwendet, daß statt eines Drucks von 7×10³ hPa ein solcher von 70×10³ hPa angelegt wurde. Ein Bild der sich ergebenden Verbin­ dungsgrenzfläche ist in Fig. 6c dargestellt. Wie hieraus erkennbar, ist zwar die Verbindungsgrenzfläche annehmbar, jedoch besteht der Nachteil, daß der angelegte Druck das Zehnfache des beim Beispiel 1 verwendeten Drucks ist.The same procedures and materials as in Comparative Example 1 were used with the exception that instead of a pressure of 7 × 10³ hPa, that of 70 × 10³ hPa was applied. An image of the resulting connection interface is shown in Fig. 6c. As can be seen from this, the connection interface is acceptable, but there is a disadvantage that the pressure applied is ten times the pressure used in Example 1.

Vergleichsbeispiel 4Comparative Example 4

Es wurden dieselben Verfahren und Materialien wie beim Ver­ gleichsbeispiel 1 zum Herstellen von vier Proben verwendet, mit mit der Ausnahme, daß die Oberflächen der zwei zu verbinden­ den C-TiAl6V4-Platten jeder Probe nur mit SiC-Papier der Fein­ heit 80 geschliffen wurde und ein Druck von 70×10³ hPa (1000 psi), 42×10³ hPa, 21×10³ hPa bzw. 7×10³ hPa (100 psi) an die obere C-Ti64-Platte jeder Probe angelegt wurde. Die zwei C-TiAl6V4-Platten wurden mitein­ ander verbunden, jedoch waren die Verbindungsgrenzflächen nicht annehmbar.The same procedures and materials as for Ver same example 1 used to prepare four samples, with the exception that the surfaces of the two connect the C-TiAl6V4 plates of each sample only with fine SiC paper unit 80 was ground and a pressure of 70 × 10³ hPa (1000 psi), 42 x 103 hPa, 21 x 103 hPa or 7 × 10³ hPa (100 psi) to the top C-Ti64 plate of each Sample was created. The two C-TiAl6V4 plates were joined together connected, but the connection interfaces were not acceptable.

Es wurden Zugeigenschaften der durch Diffusionsbonden mit­ einander verbundenden C-TiAl6V4-Platten bei den obigen Beispie­ len und Vergleichsbeispielen gemessen, und sie sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt. There were tensile properties of the by diffusion bonding interconnected C-TiAl6V4 plates in the above examples len and comparative examples, and they are in the Table 1 summarized below.  

Tabelle 1 Table 1

Beispiel 4Example 4

Bei diesem Beispiel wurden zwei Werkstückplatten aus dem rostfreien Stahl SS 316 (nicht superplastische Legierung) unter Verwendung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens miteinander verbunden. Die Oberflächen der zwei miteinander zu ver­ bindenden Platten wurden zunächst mit SiC-Papier der Fein­ heit 80 geschliffen und dann mit Aluminiumoxidpulver von 0,3 µm poliert. Danach wurden die zwei Platten in die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung gegeben. Zwischen die zwei zu verbindenden Werkstückplatten wurde eine dünne Platte aus dem rostfreien, superplastischen Duplexstahl Superdux 65 (superplastische Legierung X2 CrNiMoN 246) von 1 mm Dicke eingebettet. Es wurden vier Proben mit dieser Schichtstruktur hergestellt. Jede der Schichtstrukturen wurde auf 1020°C erhitzt. Nachdem diese Temperatur erreicht war, wurde über den Kolben 10 auf die obere Platte ein Druck von 70×10³ hPa, 42×10³ hPa, 21×10³ hPa bzw. 7×10³ hPa angelegt und für 30 Minuten aufrechterhalten. Bei jeder Probe wurden die zwei Platten aus dem rostfreien Stahl SS 316 durch die dünne Platte aus Superdux 65 mitein­ ander verbunden. Ein Bild der Verbindungsgrenzfläche bei der Probe, auf die ein Druck von 21×10³ hPa ausgeübt wurde, ist in Fig. 7a dargestellt. Wie in Fig. 7a gezeigt, befanden sich an der Verbindungsgrenzfläche keine Hohlräume.In this example, two workpiece plates made of SS 316 stainless steel (non-superplastic alloy) were joined together using the method according to the invention. The surfaces of the two plates to be bonded to one another were first sanded with 80-grade SiC paper and then polished with 0.3 μm aluminum oxide powder. The two plates were then placed in the device shown in FIG . Between the two workpiece plates to be connected, a thin plate made of the stainless, superplastic duplex steel Superdux 65 (superplastic alloy X2 CrNiMoN 246) of 1 mm thickness was embedded. Four samples with this layer structure were produced. Each of the layer structures was heated to 1020 ° C. After this temperature was reached, a pressure of 70 × 10³ kPa, 42 × 10³ hPa, 21 × 10³ hPa and 7 × 10³ hPa was applied and maintained for 30 minutes via the piston 10 to the upper plate. For each sample, the two SS 316 stainless steel plates were joined together by the thin Superdux 65 plate. An image of the joint interface on the sample to which a pressure of 21 x 103 hPa was applied is shown in Figure 7a. As shown in Figure 7a, there were no voids at the connection interface.

Beispiel 5Example 5

Dieselben Abläufe und Materialien wie beim Beispiel 4 wurden mit der Ausnahme verwendet, daß die Oberflächen der zwei zu verbindenden Platten aus dem rostfreien Stahl SS 316 nur mit SiC-Papier der Feinheit 80 geschliffen wurden. Die zu ver­ bindenden Oberflächen wurden nicht poliert. Ein Bild der sich ergebenden Verbindungsgrenzfläche für eine Probe, bei der ein Druck von 21×10³ hPa ausgeübt wurde, ist in Fig. 7b dargestellt. Wie in Fig. 7b gezeigt, ist selbst ohne Polieren mit Aluminiumoxidpulver die Verbindungsgrenz­ fläche annehmbar. The same procedures and materials as in Example 4 were used, with the exception that the surfaces of the two SS 316 stainless steel plates to be joined were only sanded with 80 gauge SiC paper. The surfaces to be bonded were not polished. An image of the resulting joint interface for a sample at which a pressure of 21 x 103 hPa was applied is shown in Figure 7b. As shown in Fig. 7b, the connection interface is acceptable even without polishing with alumina powder.

Vergleichsbeispiel 5Comparative Example 5

Bei diesem Vergleichsbeispiel wurden zwei Werkstücke aus dem rostfreien Stahl SS 316 (nicht superplastische Legierung) unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens miteinander verbunden. Es wurden vier Proben hergestellt. Bei jeder Pro­ be wurden die Oberflächen der zwei miteinander zu verbinden­ den Platten zunächst mit SiC-Papier der Feinheit 80 ge­ schliffen und dann mit Aluminiumoxidpulver von 0,3 µm po­ liert. Danach wurden die zwei Platten in die in Fig. 1 dar­ gestellte Vorrichtung gegeben und auf 1020°C erhitzt. Nach­ dem diese Temperatur erreicht war, wurde über den Kolben 10 auf die obere Platte ein Druck von 70×10³ hPa, 42×10³ hPa (600 psi), 21×10³ hPa bzw. 7×10³ hPa (100 psi) angelegt und für 30 Minuten aufrechterhalten. Die zwei Platten wurden dadurch miteinander verbunden. Bil­ der der Grenzflächen der Proben, auf die ein Druck von 21×10³ hPa bzw. 70×10³ hPa ausgeübt wurde, sind in in Fig. 8a bzw. Fig. 8b dargestellt. Wie in Fig. 8a gezeigt, befanden sich an der Verbindungsgrenzfläche Hohlräume, was anzeigt, daß die Verbindung nicht annehmbar ist. Wie in Fig. 8b dargestellt, sind dort keine Hohlräume zu beobachten, jedoch ist die Verbindungsgrenzfläche nach wie vor zu erkennen.In this comparative example, two workpieces made of SS 316 stainless steel (non-superplastic alloy) were joined using a conventional method. Four samples were made. In each sample, the surfaces of the two plates to be joined together were first ground with SiC paper of fineness 80 and then polished with 0.3 µm aluminum oxide powder. The two plates were then placed in the device shown in FIG. 1 and heated to 1020 ° C. After this temperature was reached, was applied across the piston 10 to the upper plate, a pressure of 70 × 10³ kPa, 42 × 10³ hPa (600 psi), 21 × 10³ hPa and 7 × 10³ hPa (100 psi) and Maintain for 30 minutes. The two plates were thereby connected. Bil of the boundary surfaces of the samples to which a pressure of 21 × 10 × 10 hPa and 70 hPa was applied, 8a and FIG. 8b are shown in in Fig.. As shown in Figure 8a, voids were at the connection interface, indicating that the connection is unacceptable. As shown in FIG. 8b, no cavities can be observed there, but the connection interface can still be seen.

Vergleichsbeispiel 6Comparative Example 6

Es wurden dieselben Abläufe und Materialien wie beim Ver­ gleichsbeispiel 5 mit der Ausnahme verwendet, daß die Ober­ flächen der zwei zu verbindenden Platten jeder Probe nur mit SiC-Papier der Feinheit 80 geschliffen wurde. Ein Bild der sich ergebenden Verbindungsgrenzfläche ist für die Probe, auf die ein Druck von 70×10³ hPa ausgeübt wur­ de, in Fig. 8c dargestellt. Es ist erkennbar, daß die Ver­ bindungsgrenzfläche Hohlräume aufweist und daher nicht an­ nehmbar ist.The same procedures and materials as in comparative example 5 were used, with the exception that the upper surfaces of the two plates to be connected to each sample were only ground with SiC paper of fineness 80. An image of the resulting bond interface is shown in Figure 8c for the sample to which a pressure of 70 x 103 hPa was applied. It can be seen that the connection interface has voids and is therefore not acceptable.

Die Zugeigenschaften der durch Diffusionsbonden verbundenen Platten aus dem rostfreien Stahl SS-316 wurden für die vorstehend genannten Beispiele und Ver­ gleichsbeispiele gemessen und sie sind in der folgenden Tabelle 2 aufgelistet.The tensile properties of the plates connected by diffusion bonding from the SS-316 stainless steel was used for the above examples and ver Comparative examples were measured and are listed in Table 2 below.

Tabelle 2 Table 2

Einige Verfahrensbedingungen zum Ausführen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens zum Verbinden zweier Werkstücke durch Diffusionsbonden sind in der folgenden Tabelle 3 zusammen­ gefaßt.Some process conditions for performing the Invention According to the method for connecting two workpieces Diffusion bonding is summarized in Table 3 below composed.

Tabelle 3 Table 3

Claims (17)

Verfahren zum Herstellen einer Diffusionsverbindung zwischen einem ersten Werkstück (1) und einem zweiten Werkstück (2) mit den folgenden Schritten:
  • (a) Einbetten einer Platte (3) aus superplastischem Material mit einer Korngröße von weniger als 10 µm und einer zweiphasigen Mikrostruktur zwischen das erste und das zweite Werkstück (1, 2), wobei sich das su­ perplastische Material zum Herstellen einer Diffusionsverbindung zu den beiden Werkstücken (1, 2) eignet,
  • (b) Erwärmen der Platte (3) aus superplastischem Material und der bei­ den Werkstücke (1, 2) auf eine Temperatur, die zwischen 0,6 bis 0,8 der absoluten Schmelztemperatur des Materials der beiden Werkstücke (1, 2) und dessen Schmelztemperatur liegt,
  • (c) Anwenden eines zwischen 7×10³ hPa (100 psi) und 21×10³ hPa (300 psi) liegenden Drucks rechtwinklig zur Oberfläche der Platte (3) aus superplastischem Material und
  • (d) Aufrechterhalten des Drucks und der Temperatur für eine Zeit, die zwischen 10 min und 120 min beträgt und ausreicht, eine Diffusionsver­ bindung der Platte (3) aus superplastischem Material zu beiden Werk­ stücken zu erzielen.
Method for establishing a diffusion connection between a first workpiece ( 1 ) and a second workpiece ( 2 ) with the following steps:
  • (a) Embedding a plate ( 3 ) made of superplastic material with a grain size of less than 10 microns and a two-phase microstructure between the first and the second workpiece ( 1 , 2 ), the superperplastic material for establishing a diffusion connection to the two Workpieces ( 1 , 2 ),
  • (b) heating the plate ( 3 ) made of superplastic material and that of the workpieces ( 1 , 2 ) to a temperature which is between 0.6 to 0.8 of the absolute melting temperature of the material of the two workpieces ( 1 , 2 ) and its Melting temperature is
  • (c) applying a pressure between 7 × 10³ hPa (100 psi) and 21 × 10³ hPa (300 psi) perpendicular to the surface of the plate ( 3 ) made of superplastic material and
  • (d) Maintaining the pressure and the temperature for a time which is between 10 min and 120 min and is sufficient to achieve a diffusion connection of the plate ( 3 ) made of superplastic material to both workpieces.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Werkstücke (1, 2) Titanlegierungen die Temperatur zwischen 800°C und 930°C und die Zeit zwischen 30 min und 60 min ausgewählt werden.2. The method according to claim 1, characterized in that the temperature between 800 ° C and 930 ° C and the time between 30 min and 60 min are selected for the two workpieces ( 1, 2 ) titanium alloys. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Platte (3) aus superplastischem Material eine Dicke zwischen 0,5 mm und 3 mm ausgewählt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a thickness between 0.5 mm and 3 mm is selected for the plate ( 3 ) made of superplastic material. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Platte (3) aus superplastischem Material superplastisches TiAl6V4 eingesetzt wird.4. The method according to claim 2, characterized in that superplastic TiAl6V4 is used for the plate ( 3 ) made of superplastic material. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Platte (3) aus superplastischem Material superplastisches TiAl6V6Sn2 eingesetzt wird.5. The method according to claim 2, characterized in that superplastic TiAl6V6Sn2 is used for the plate ( 3 ) made of superplastic material. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Werkstücke (1, 2) Eisenlegierungen und die Zeit zwischen 60 min und 120 min gewählt werden.6. The method according to claim 1, characterized in that for the two workpieces ( 1, 2 ) iron alloys and the time between 60 min and 120 min are selected. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Platte (3) aus superplastischem Material superplastischer, rost­ freier Duplexstahl (X2CrNiMoN246) eingesetzt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that for the plate ( 3 ) made of superplastic material, superplastic, rust-free duplex steel (X2CrNiMoN246) is used. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für die Platte (3) aus superplastischem Material superplastischer, ultrahoher Kohlenstoffstahl eine Temperatur zwischen 600°C und 650°C gewählt wird.8. The method according to claim 6, characterized in that a temperature between 600 ° C and 650 ° C is selected for the plate ( 3 ) made of superplastic material, superplastic, ultra-high carbon steel. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Werkstücke (1, 2) Legierungen auf Nickelbasis, die Platte (3) aus superplastischem Material einer superplastischen Inconel 718 Legierung eingesetzt, die Temperatur zwischen 850°C und 975°C und die Zeit zwischen 90 min und 120 min ausgewählt wird. 9. The method according to claim 1, characterized in that for the two workpieces ( 1, 2 ) alloys based on nickel, the plate ( 3 ) made of superplastic material of a superplastic Inconel 718 alloy used, the temperature between 850 ° C and 975 ° C and the time between 90 min and 120 min is selected. 10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Werkstücke (1, 2) Legierungen auf Kobaltbasis, die Platte (3) aus superplastischem Material aus einer superplastischen CoAl10-Legierung eingesetzt, die Temperatur zwischen 1000°C und 2000°C und die Zeit zwischen 90 min und 120 min ausgewählt wird.10. The method according to claim 1, characterized in that for the two workpieces ( 1, 2 ) alloys based on cobalt, the plate ( 3 ) made of superplastic material made of a superplastic CoAl10 alloy, the temperature between 1000 ° C and 2000 ° C. and the time is selected between 90 minutes and 120 minutes. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Werkstücke (1, 2) Legierungen auf Zirkonbasis, die Platte (3) aus superplastischem Material aus einer superplastischen ZrNb2,5-Legierung eingesetzt, die Temperatur zwischen 800°C und 1000°C und die Zeit zwischen 90 min und 120 min ausgewählt wird.11. The method according to claim 1, characterized in that for the two workpieces ( 1, 2 ) zirconium-based alloys, the plate ( 3 ) made of superplastic material made of a superplastic ZrNb2.5 alloy, the temperature between 800 ° C and 1000 ° C and the time between 90 min and 120 min is selected. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Werkstücke (1, 2) Legierungen auf Kupferbasis, die Platte (3) aus superplastischem Material aus einer superplastischen CuZn38Ni15-Legierung eingesetzt, die Temperatur zwischen 500°C und 600°C und die Zeit zwischen 60 min und 120 min ausgewählt wird.12. The method according to claim 1, characterized in that for the two workpieces ( 1, 2 ) copper-based alloys, the plate ( 3 ) made of superplastic material made of a superplastic CuZn38Ni15 alloy, the temperature between 500 ° C and 600 ° C and the time is selected between 60 minutes and 120 minutes. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Werkstücke (1, 2) Oxidkeramik, die Platte (3) aus superplastischem Material einer superplastischen TiAl6V4-Legierung eingesetzt, die Temperatur zwischen 900°C und 930°C und die Zeit zwischen 90 min und 120 min ausgewählt wird.13. The method according to claim 1, characterized in that for the two workpieces ( 1, 2 ) oxide ceramic, the plate ( 3 ) made of superplastic material of a superplastic TiAl6V4 alloy used, the temperature between 900 ° C and 930 ° C and the time is selected between 90 min and 120 min. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Werkstücke (1, 2) nichtoxidische Keramik, die Platte (3) aus superplastischem Material aus einer superplastischen ZrNb2,5- Legierung eingesetzt, die Temperatur zwischen 900°C und 1000°C und die Zeit zwischen 90 min und 120 min ausgewählt wird. 14. The method according to claim 1, characterized in that for the two workpieces ( 1, 2 ) non-oxide ceramic, the plate ( 3 ) made of superplastic material made of a superplastic ZrNb2.5 alloy, the temperature between 900 ° C and 1000 ° C and the time between 90 min and 120 min is selected. 15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die beiden Werkstücke (1, 2) Aluminiumlegierungen eingesetzt, die Temperatur zwischen 450°C und 530°C und die Zeit zwischen 10 min und 30 min ausgewählt wird.15. The method according to claim 1, characterized in that aluminum alloys are used for the two workpieces ( 1, 2 ), the temperature is selected between 450 ° C and 530 ° C and the time between 10 min and 30 min. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß für die Platte (3) superplastisches Material einer superplastische 7475-AlZnMg-Legierung eingesetzt wird.16. The method according to claim 15, characterized in that superplastic material of a superplastic 7475-AlZnMg alloy is used for the plate ( 3 ). 17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß für die Platte (3) aus superplastischem Material eine superplastische 8090-AlLi-Legierung ausgewählt wird.17. The method according to claim 15, characterized in that a superplastic 8090-AlLi alloy is selected for the plate ( 3 ) made of superplastic material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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