ITRM950266A1

ITRM950266A1 - Procedimento per la realizzare giunzioni omogenee di componenti a base di carburo di silicio e prodotti ottenuti.

Info

Publication number: ITRM950266A1
Application number: IT95RM000266A
Authority: IT
Inventors: Aldo Donato; Paolo Colombo
Original assignee: Enea Ente Nuove Tec; Univ Padova
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1995-04-27
Publication date: 1996-10-27
Also published as: IT1276549B1; ITRM950266A0

Abstract

La presente invenzione riguarda un procedimento per realizzare giunzioni omogenee di componenti di carburo di silicio comprendente gli stadi seguenti:a) applicare una o più volte sui componenti che devono essere sottoposti a giunzione una soluzione di una resina polimetilsilossanica in un suo solvente,b) riscaldare a temperature comprese tra 180 e 220°C per un periodo di tempo compreso tra 0,5 e 2, 5 ore i componenti giuntati su cui è stata applicata detta soluzione di resina,C) riscaldare a velocità controllata in atmosfera inerte fino ad una temperatura compresa tra 900 e 1300°C e raffreddare a velocità controllata fino a temperatura ambiente i pezzi ottenuti nello stadio B con formazione di una fase ceramica.Il procedimento secondo la presente invenzione si applica a componenti di SiC monolitico o sinterizzato, di SiSiC e compositi ceramici SiC/SiC fibra considerati singolarmente o cumulativamente.Viene anche descritto l'uso dei componenti di carburo di silicio giuntati secondo il procedimento della presente invenzione per applicazioni nel settore della fusione nucleare, nel settore energetico, nel settore aeronautico nel settore spaziale e nel settore automobilistico.

Description

titolo: "PROCEDIMENTO PER REALIZZARE GIUNZIONI OMOGENEE A BASE DI COMPONENTI DI CARBURO DI SILICIO E PRODOTTI OTTENUTI"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un procedimento per realizzare giunzioni omogenee di componenti di carburo di silicio e i prodotti ottenuti .

L'impiego del composito ceramico carburo di silicio/carburo di silicio fibra (SiC/SiC fibra, SiC/SiCf) per la costruzione di componenti strutturali di futuri reattori a fusione nucleare controllata è sempre più ritenuto di grande interesse- da- parte -degli esperti -del settore in virtù delle eccellenti proprietà meccaniche ad alta temperatura, della inerzia chimica e resistenza alla corrosione, del basso calore di decadimento, della bassissima attivazione neutronica e del basso impatto ambientale di questo materiale. 7·

Una ragione per lo scarso impiego dei compositi SiC/SiC fibra in molte potenziali applicazioni industriali è stata la mancanza di tecniche di giunzione; infatti le tecniche di fusione convenzionali non possono essere impiegate nel caso del carburo di silicio in quanto esso sublima ad alta temperatura senza fondere.

La necessità di sviluppare tecniche di giunzione per compositi a base di carburo di silicio era un bisogno sentito nello stato della tecnica in quanto, ad esempio nella costruzione di componenti di reattori nucleari a fusione di grandi dimensioni e forma complessa, sarà comunque necessario ricorrere a tecniche di giunzione di vari componenti. La giunzione di questi componenti non potrà essere realizzata mediante metodi di brasatura che richiedono leghe metalliche le quali oltre a peggiorare notevolmente le proprietà meccaniche ~ad alta temperatura'produrrebbero, per attivazione neutronica, elevata quantità di radioattività e elevate dosi di radiazioni.

Sarebbe invece importante avere a disposizione procedimenti che realizzino giunzioni "omogenee" cioè giunzioni ottenute senza apporto di terze fasi ovvero con una 'ùlteriore fase di Sic come fase di giunzione. Alternative tipo le cosiddette "Solid-State Bonding" ovvero giunzioni per diffusione allo stato solido se ipotizzabili dal punto di vista teorico restano allo stato attuale delle conoscenze della tecnica difficili se non impossibili da realizzare.

Componenti a base di carburo di silicio monolitico vengono anche presi in considerazione in ulteriori applicazioni industriali in modo particolare nell'industria automobilistica, ad esempio componenti di motori, nell'industria energetica ad esempio tubi di scambiatori termici gas/gas ad alta temperatura e, oppure dell'industria aerospaziale, ad esempio componenti di motori. Nonostante in questi casi siano disponibili procedimenti di giunzione basati sulla tecnica della brasatura con apporto di terze fasi oppure sulla tecnica delle "Diffusion Bonding" ad altissima pressione e~ temperatura·, nella -pratica corrente tecnologica queste tecniche non rispondono pienamente ai requisiti legati agli impieghi previsti sia per i limiti di temperatura sostenibili dalle giunzioni (brasatura) sia nel caso della diffusion holding, per le notevoli complicazioni tecnologiche.

Era pertanto sentito nello stato della tecnica il problema di realizzare tecniche di giunzione tra componenti sostanzialmente a base di carburo di silicio mediante tecniche di giunzioni omogenea cioè senza apporto di terze fasi o, in alternativa, con una fase come fase di giunzione a base ancora di carburo di silicio o di materiale ceramico il più possibile simile ad esso

Le resine metilsiliconiche o polimetilsilossaniche sono già note in letteratura; è altrettanto noto che le stesse resine formano vetri di ossicarburo di silicio (SiOC) a seguito del riscaldamento in atmosfera inerte a temperature al di sopra di 1000°C. Il brevetto USA 5180694 descrive composizioni di vetri di ossicarburo di silicio e metodi per produrle a partire da resine polisilossaniche.

In J. Mater. Res. (volume 6 n° 12 dicembre 1991 pagine 2716-2734 Renlund et al) vengonodescritte la preparazione e le proprietà chimiche di vetri di ossicarburo di silicio e discussi alcuni dettagli teorici delle loro strutture interne. In nessuna delle pubblicazioni precedenti viene fornita alcuna indicazione su possibili impieghi dèlie resine metilsiliconiche, per impieghi diversi dalla produzione di vetri di ossicarburo di silicio.

E' stato sorprendentemente trovato che è possibile realizzare giunzioni omogenee tra componenti di carburo di silicio per mezzo di un procedimento che prevede l'applicazione di soluzioni di resine metilsilossaniche ai componenti da giuntare, un primo stadio di riscaldamento per la reticolazione della resina e un secondo stadio di riscaldamento e raffreddamento a velocità programmata.

Forma pertanto oggetto della presente invenzione un procedimento per realizzare giunzioni omogenee tra componenti a base di carburo di silicio caratterizzato dal fatto di comprendere gli stadi seguenti:

a) applicare una o più volte sui componenti che devono essere sottoposti a giunzione una soluzione di una resina polimetilsilossanica in un suo solvente,

detta resina presentando le caratteristiche seguenti

i) distribuzione di peso molecolare

peso molecolare « 12.000, 15±5% in peso

peso molecolare « 2000*’, 40±10% in peso

peso molecolare 100-200 complemento a 100%.

ii) composizione ponderale media (in percento in peso) Si = 37,1, C - 16,7; H = 5,1; 0 = 41,1;

ili) rapporti atomici medi con riferimento a Si = 1; C/Si = 1,1; O/Si = 1,9; H/Si = 3,9

-- iv) struttura formata dalla ripetizione delle seguenti unità

con n compreso tra 2 e 160 e OH/CH3 compreso tra 0,7 ed 1

v) densità a 20°C = 1,08 g/cc;

vi) viscosità a T = 23,8°C di una soluzione in etanolo assoluto di concentrazione 4000 g/1 = 257.5 cP (=0,2575 Pa.s);

b) riscaldare a temperature comprese tra 180 e 220°C per un periodo di tempo compreso tra 0,5 e 2.5 ore detti componenti giuntati su cui è stata applicata detta soluzione di resina, per cui viene ottenuta una completa reticolazione della resina e uno spessore di detta giunzione a queste temperature compreso tra 10 e 180 μτη,

c) riscaldare aT' 'Velocità controllata in atmosfera inerte fino ad una temperatura compresa tra 900 e 1300°C e raffreddare a velocità controllata fino a temperatura ambiente con formazione in detta giunzione di una fase ceramica, detta fase ceramica avendo le seguenti caratteristiche

i) composizione strutturale (in percento molare) gruppo Si04 35-50%; gruppo Si03C 12-24%; gruppo Si02C2 15-25%; gruppo SiOC3 0-2%; gruppo SiC4 20-30% ; carbonio libero 0-8%;

ii) densità compresa tra 2,1 g/cc (a 1000°C) e 2,33 g/cc (a 1200°C);

iii) composizione atomica (tra 1000 e 1200°C) della fase ceramica Si = 45-52%; 0 = 35-42%; C = 8-16%;

iv) coefficiente di dilatazione termica (nell'intervallo 100-1000°C) pari a 3,14 10"6K_1.

Formano parimenti oggetto della presente invenzione l'uso delle resine polimetilsilossaniche per la giunzione di componenti sostanzialmente a base di carburo di silicio nonché i componenti giuntati secondo il procedimento della presente invenzione.

E' stato inoltre trovato, e forma parimenti oggetto della presente invenzione, che è possibile additivare la resina polimetilsilossanica impiegata nel procedimento secondo la presente invenzione di riempitivi metallici costituiti da polvere di titanio metallico e, oppure carburo di silicio in polvere di varia granulometria.

- BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Alla presente descrizione sono allegate cinque tavole di disegni che mostrano

la figura 1 un grafico che riporta in funzione della temperatura di giunzione la resistenza al taglio di un elemento ottenuto giuntando due pezzi di carburo di silicio con il procedimento secondo la presente invenzione;

la figura 2 un grafico in cui in funzione della temperatura di giunzione è mostrata la resistenza al taglio di tre elementi uno dei quali (1) è stato ottenuto utilizzando la sola resina, mentre gli altri due sono stati ottenuti additivando la resina rispettivamente con polvere di titanio metallico (2) e polvere di carburo di silicio (3).

la figura 3 un grafico che riporta in funzione dello spessore della giunzione, misurato a 200°C, la resistenza al taglio di elementi di carburo di silicio giuntati di procedimento della presente invenzione ma riscaldando nel terzo stadio del procedimento a due temperature diverse;

la figura 4 i valori di resistenza al taglio di giunzioni tra due elementi di carburo di silicio/carburo di silicio fibra ottenuti in diverse atmosfere di riscaldamento; e con diverse pressioni applicate sui pezzi da salvare, e

la figura 5 micrografie realizzate con microscopio elettronico a scansione di giunzioni realizzate a 1000°C (A), 1100°C(B) e 1200°C (C).

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ad una sua forma di realizzazione preferita .

Con il termine componenti a base di carburo di silicio Sic, nell'ambito della presente descrizione, sono da intendersi componenti di Sic monolitico o sinterizzato, di SiSiC ("Reaction Bondèd" ‘SiC) e'di compositi ceramici SiC/SiC "fibra e SiC/C fibra ai quali singolarmente o cumulativamente viene applicato il procedimento della presente invenzione.

Le resine polimetilsilossaniche impiegate nel primo stadio del procedimento secondo la presente invenzione hanno la struttura seguente:

in cui n è tra 2 e 160

e il rapporto OH/CH3 compreso tra 0,7 e 1. Questo rappòrto può variare in funzione dell'invecchiamento della resina.

Le resine impiegate sono composte da molecole aventi pesi molecolari distribuiti in tre frazioni principali, così-come misurati con la tecnica "gel permeation" :

PM ~ 12000, 15+5% in peso

PM « 2000, 40±10% in peso

PM « 100-200 complemento a 100%.

I rapporti atomici medi rispetto al silicio (assunto uguale a 1) nelle molecole sono i seguenti

C/Si = 1,1; O/Si = 1,9; H/S = 3,9

La composizione ponderale media della resina è la seguente Si = 37,1%; C = 16,7%; H =5,1% e 0 = 41.1%.

Va tuttavia tenuto presente che a seguito delle reazioni di policonsendazione che si verificano - anche a - temperatura ambiente (con formazione di ponti silossanici e perdita di molecole di acqua) il valore del contenuto di idrogeno tende a diminuire con l'invecchiamento del polimero stesso. La densità delle resine polimetilsilossaniche impiegate è di 1,08 g/cc a 20°C .

Nel procedimento secondo al presente invenzione viene impiegata una soluzione delle resine polimetilsilossaniche in etanolo assoluto che ha una concentrazione compresa tra 2000 e 4500 g/1, un intervallo particolarmente preferito essendo tra 3900 e 4100 g/1. Mentre si è riscontrato particolarmente vantaggioso impiegare come solvente 1'etanolo assoluto potranno essere usati altri solventi quali ad esempio, metanolo, propanolo, tetraidrofurano, toluene, xilene, benzene, monoclorobenzene.

La viscosità di una soluzione a 4000 g/1 di polimero di etanolo assoluto a 23,8°C e di 257 cP. (~ 0.2575 Pa.s). Per l'impiego nel procedimento secondo la presente invenzione tra le resine polimetilsilossaniche sono preferite le resine polimeti lidrossisilοssaniche Le resine polimetilsilossaniche da impiegare possono venire preparate con metodi analoghi a quelli riportati nel brevetto USA n° 4.026.868 o a quelli descritti in J. Mater. Res. volume 6 n° 2 dicembre 1991 pagine 2716-2717. Una resina particolarmente preferita per impiego nella' presente invenzione viene commercializzata col nome commerciale SR 350 dalla General Electric Silicon Products.

L'applicazione della soluzione ai pezzi da giuntare può venire condotta secondo tecniche convenzionali tra le quali si preferisce lo spalmaggio a temperatura ambiente sulle superfici dei pezzi che dovranno essere sottoposti a giunzione .

Secondo una variante del procedimento secondo la presente invenzione la resina polimetilsilossanica impiegata viene additivata di riempitivi costituiti da polvere di titanio metallico {di granulometria circa 15 μπι) e, oppure Sic in polvere di granulometria tra 0,2 μπι e 0,02 μπι.

Nel secondo stadio i pezzi sui quali è stata applicata la soluzione di resina e che sono stati poi accostati a battuta vengono riscaldati a temperature tra 180 e 220°C, in modo preferito 200°C, per un tempo compreso tra 0,5 e 2,5 ore, in modo particolarmente preferito 2 ore,allo scopo di realizzare la completa reticolazione della resina implicata. Lo spessore della giunzione ottenuto a seguito del trattamento termico a circa 200°C può variare a seconda del metodo di spalmatura, il numero degli strati, della concentrazione della soluzione e della presenza o meno del riempimento. I valori oscillano tra circa 10 μπι fino a circa 180 μπι.

Il terzo stadio del procedimento secondo la presente invenzione prevede un riscaldamento a velocità controllata a temperature comprese tra 900 e 1300°C e un raffreddamento sempre a velocità controllata di nuovo fino a temperatura ambiente. Sia la velocità di riscaldamento sia la velocità dì raffreddamento sono state regolate tra 1 e 5°C/minuto che rappresenta un intervallo preferito secondo la presente invenzione. A seguito del trattamento a temperature comprese tra 900 e 1300°C le resine metilsilossaniche si trasformano in vetri di ossicarburo di silicio. Questi vetri di ossicarburo di silicio nel caso della presente invenzione presentano la seguente composizione strutturale tipica in percento molare:

gruppo Si04 35-50% (un tale gruppo è caratteristico di un vetro di pura Si02);

gruppo Si03C 12-24% (gruppo caratteristico di un vetro di ossicarburo di silicio)

gruppi Si02C2 15-25% (gruppo caratteristico di un vetro di ossicarburo di silicio)

gruppo SiOC3 0-2% (gruppo caratteristico di un vetro di ossicarburo di silicio)

gruppi SiC4 20-30% (gruppo caratteristico di carburo di silicio puro);

carbonio libero (cioè non legato da atomi di silicio) con struttura grafitica minore di 8%.

La composizione atomica del vetro ossicarburico nell'intervallo 1000-1200°C è la seguente Si = 45-52%; 0 = 35-42%; C = 8-16%.

La densità del vetro di ossicarburo di silicio, ottenuto dopo il trattamento termico varia da circa 2,1 g/cc a 1000°C fino a 2,33 g/cc a 1200°C.

Il coefficiente di dilatazione termica della fase ceramica del vetro di ossicarburo di silicio è pari a 3,14 IO'6 K'1 nell'intervallo 100-1000°C.

In figura 1 sono riportati i valori di resistenza al taglio (macchina^ per. provemeccaniche INSTRON, velocità di movimento della testa di misura 1 mm/minuto prova ASTM D 905-89) di componenti di carburo di silicio giuntati a diverse temperature. Per ogni punto del diagramma è stata fatta una media dei valori ottenuti da quattro prove. Il valore medio dello spessore della giunzione, dopo trattamento a 200°C per un'ora era di 22 ± 2 μτη. Come è evidente dal diagramma dalla figura 1, per temperature di giunzione superiori a 1000°C, il valore di resistenza al taglio è molto elevato; in particolare nel caso di preparazione a 1200°C la rottura del pezzo giuntato è avvenuta quasi sempre all'interno del pezzo di carburo di silicio. Ciò dimostra che la zona di giunzione ha raggiunto un valore di resistenza più elevato del carburo di silicio stesso.

Nella figura 2 sono riportati in grafico i valori di resistenza al taglio di campioni di Sic che sono stati giuntati per riscaldamento a diverse temperature utilizzando una resina polimetilsilossanica additivata di polvere di titanio metallico con uno spessore della giunzione pari a 57 ± 6 firn. Il valore di resistenza massima ottenuta con questo spessore è di 23,6 MPa a 1110°C. Nel caso in cui la resina è stata additivata con Sic il valore di resistenza massima ottenuto è 5,8 MPa con spessore di giunzioni 32±2 μτη (misurati a 200°C) dopo trattamento termico a 1110°C. Nel caso di giunzioni effettuate su materiale SiSiC (Reac'tion Bonded Si) il valore massimo della resistenza al taglio è di 20 ± 4,5 MPa per un trattamento a 1200°C con sola resina per uno spessore della giunzione di 22±2 μχη (misurato a 200°C).

La figura 3 mostra i valori di resistenza al taglio in funzione dello spessore della giunzione (misurata a 200°C) dopo riscaldamento dei pezzi a 1000 e 1200°C. Il valore dello spessore della giunzione che massimizza il valore di resistenza al taglio è risultato essere di circa 20-30 μτπ che vale tanto per la preparazione a 1000°C che per quella a 1200°C.

La figura 4 mostra i risultati ottenuti a varie temperature in diverse atmosfere di trattamento e a due diversi carichi applicati sui pezzi da saldare nella giunzione di campioni di composto ceramico SiC/SiC fibra. Il valore massimo della resistenza al taglio è stato di 21,6 ± 6,5 MPa per un trattamento a 1200°C in argon con uno spessore della giunzione (misurata a 200°C) di 15±2 μτη.

In figura 5 sono riportate micrografie ottenute con il microscopio elettronico a scansione (SEM) di zone di giunzione relative a giunzioni réalizzaté "'a 1000 e 1200°C con sola resina senza additivi. La giunzione risulta essere omogenea piuttosto continua e aderisce bene ai pezzi di carburo di silicio. Lo spessore è compreso tra 2 e 10 μχα.

Le resine metilsilossaniche in precedenza descritte possono venire impiegate per la giunzione di componenti sostanzialmente a base di carburo di silicio nei campi seguenti:

Settore della fusione nucleare ed energetico Costruzione di parti e componenti del mantello triziogeno di un reattore a fusione nucleare a confinamento magnetico (tipo Tokamak, Mirror o altro);

costruzione di parti e componenti della prima parete di un reattore a fusione nucleare a confinamento magnetico (tipo Tokamak, Mirror o altro);

costruzione di parti e componenti del limite e/o del divertore di un reattore a fusione nucleare a confinamento magnetico (tipo Tokamak, Mirror o altro);

costruzione ed assemblaggio di parti e componenti di scambiatori termici ad alta temperatura gas/gas.

Settore aeronautico e spaziale

Costruzione di deviatori di flusso di gas di combustione di motori a reazione di aerei civili o militari ;

costruzione di elementi di protezione termica di veicoli orbitali e/o suborbitali;

- costruzione di ugelli di motori a reazione di aerei militari ad alte prestazioni o di veicoli spaziali .

Settore automobilistico

Costruzione ed assemblaggio di valvole di motori a combustione;

costruzione ed assemblaggio di elementi a tenuta ruotante.

Nel seguito vengono riportati alcuni esempi di applicazione del procedimento della presente invenzione .

ESEMPIO 1

Campioni di composito ceramico SiC/SiCc di dimensioni 10x7x3 mm sono stati preparati tramite lucidatura per circa mezz'ora con un piatto diamantato della granulometria di 5 μιη. I campioni sono stati lavati ultrasonicamente in acetone per rimuovere possibili contaminazioni della superficie. Una soluzione di 4000 g/1 di resina SR350 in etanolo assoluto è stata preparata ed applicata tramite spatola sulle superfici dei campioni che sono stati sovrapposti per realizzare la giunzione. I campioni così preparati sono stati caricati con un peso pari a 100 g/cm2 ed introdotti in una stufa che è stata portata a 200°C. I campioni sono stati mantenuti a 200°C per un tempo di 2 ore per permettere la completa reticolazione della resina siliconica. I campioni sono stati introdotti in un forno tubolare e portati a 1200°C per 1 ora alla velocità di riscaldamento di l°C/min. L'atmosfera di riscaldamento era di gas Argon. I campioni sono stati poi raffreddati dalla temperatura di 1200°C alla temperatura ambiente alla velocità di 1°C/min. Le prove meccaniche hanno dato in questo caso valori della resistenza al taglio pari a 6,3±1,4mPa (metodo ASTM D905-89).

ESEMPIO 2

Campioni di composito ~ ceramico' "SiC/SiC'f preparati secondo la procedura riportata nell'esempio 1 sono stati introdotti nel forno tubolare e trattati ad una temperatura di 1000°C per un ora. La velocità di riscaldamento e di raffreddamento è stata di l°C/min. L'atmosfera di riscaldamentò era r-di gas Argon. Le prove meccaniche hanno dato in questo caso valori della resistenza al taglio pari a l,4±0,8mPa (metodo ASTM D905-89).

ESEMPIO 3

Campioni di composito ceramico SiC/SiCf preparati secondo la procedura riportata nell'esempio 1 sono stati introdotti nel forno tubolare con un carico di 200 ed uno di 400 g/cm2 e trattati a 1200°C per un'ora. La velocità di riscaldamento e di raffreddamento è stata di l°C/min. L'atmosfera di riscaldamento era di gas Argon. Le prove meccaniche hanno in questo caso dato valori della resistenza al taglio pari a 18,2±3 ,2 MPa (200 g/cm2) e a 21,6±6,5 MPa (400 g/cm2). (Metodo ASTM D905-89).

ESEMPIO 4

Campioni circolari di a-SiC sinterizzato di diametro 13 mm e di spessore 4 mm sono stati preparat secondo la procedura- riportata nell'esempio 1. I campioni sono stati introdotti in un forno tubolare e trattati ad una temperatura di 1200°C per un'ora. L'atmosfera di riscaldamento era di gas argon. Le prove meccaniche hanno dato in questo caso valori della resistenza al taglio pari a 33,7±2,lmPa (metodo ASTM D905-89).

ESEMPIO 5

Campioni di carburo di silicio reaction bonded di dimensioni 15x5x5 min sono stati preparati secondo la procedura riportata nell'esempio 1. I campioni sono stati introdotti in un forno tubolare e trattati ad una temperatura di 1200°C per un'ora. La velocità di riscaldamento e di raffreddamento è stata di l°C/min. L'atmosfera di riscaldamento era di gas argon. Le prove meccaniche hanno dato in questo caso valori della resistenza al taglio pari a 20,0±4,5mPa (metodo ASTM D905-89).

ESEMPIO 6

Campioni circolari di or-SiC sinterizzato di diametro 13 mm e di spessore 4 mm sono stati preparati secondo la procedura riportata nell'esempio 1. E' stata preparata una soluzione di 4000 g/1 di resina SR350 in etanolo assoluto contenente polvere di Ti (diametro medio <15μm) in rapporto ponderale polimero: polvere di Ti pari a 1:0,7. La sospensione risultante è stata applicata tramite spatola sulle superfici dei campioni che sono stati sovrapposti per realizzare la giunzione. I campioni così preparati sono stati caricati con un péso pari a 100 g/cm2 ed introdotti in una stufa che è stata portata a 200°C. I campioni sono stati mantenuti a 200°C per un tempo di 2 ore per permettere la completa reticolazione della resina siliconica. I campioni sono stati introdotti in un forno tubolare e portati’ a 1200°C per 1 ora alla velocità di riscaldamento di l°C/min. L'atmosfera di riscaldamento era di gas argon. I campioni sono stati poi raffreddati dalla temperatura di 1200°C alla temperatura ambiente alla velocità di l°C/min. Le prove meccaniche hanno dato in questo caso valori della resistenza al taglio pari a 15,5±5,4mPa (metodo ASTM D905-89).

ESEMPIO 7

Campioni circolari di α-SiC sinterizzato di diametro 13 mm e di spessore 4 mm sono stati preparati secondo la procedura riportata nell'esempio 1. E' stata preparata una soluzione di’ 4000 g/l di resina SR350 in etanolo assoluto contenente della polvere di β-SiC (diametro medio da 0,1 a 0,02 Mm) in rapporto ponderale polimero :polvere di SiC pari a 1:0,7. La sospensione è stata applicata tramite spatola sulle superfici dei campioni che sono stati sovrapposti per Realizzare la giunzione, campioni così preparati sono stati caricati con un peso peri a 100 g/cm2 ed introdotti in una stufa che è stata portata a 200°C. I campioni sono stati mantenuti a 200°C per un tempo di 2 ore per permettere la completa reticolazione della resina 'Srliconica. I campioni sono stati introdotti in un forno tubolare e portati a 1200°C per 1 ora alla velocità di riscaldamento di l°C/min. L'atmosfera di riscaldamento era di gas argon. I campioni sono stati poi raffreddati dalla temperatura di 1200°C alla temperatura ambiente alla velocità di 1°C/min. Le prove meccaniche hanno dato in questo caso valori della resistenza al taglio pari a 5,5±0,4mPa (metodo ASTIVID905-89).

La presente invenzione è stata descritta con riferimento a sue forme di realizzazione attualmente preferite, ma si comprenderà che varianti e modifiche possono essere apportate in pràtica da un esperto del ramo senza uscire dell'ambito di protezione della presente privativa industriale .

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per realizzare giunzioni omogenee di componenti a base di carburo di silicio caratterizzato dal ifatto di comprendere gli stadi di a) applicare una o più volte ai componenti che devono essere sottoposti a giunzione una soluzione di una resina polimetilsilossanica in un suo solvente, detta resina presentando le caratteristiche seguenti i) distribuzione di peso molecolare peso molecolare « 12.00015±5% in peso peso molecolare « 200040±10% in peso peso molecolare 100-200 complemento a 100% ii) composizione ponderale media in percento in peso Si = 37,1, C = 16,7; H = 5,1; 0 = 41,1; iii) rapporti atomici medi con riferimento a Si = 1; C/Si = 1,1; O/Si = 1,9; H/Si = 3,9 iv) struttura formata dalla ripetizione delle seguenti .unità 3 con n compreso tra 2÷3 e 160 e OH/CH3“ compresotra 0,7 ed 1 v) densità a 20°C = 1,08; g/cc vi) viscosità a T = 23,8°C di una soluzione in etanolo assoluto 'dì concentrazione 4000 g/1 = 257.5 CP (=0,2575 Pa.s); b) riscaldare a temperature comprese tra 180 e 220°C per un periodo di tempo compreso tra 0,5 e 2.5 ore detti componenti accostati a battuta su cui è stata applicata detta soluzione di resina, per cui viene ottenuta una completa reticolazione della resina e uno spessore di detta giunzione tra 10 e 180 μτη, c ) riscaldare a velocità controllata in atmosfera inerte fino ad una temperatura compresa tra 900 e 1300°C e raffreddare a velocità controllata fino a temperatura ambiente con formazione in detta giunzione di una fase ceramica detta fase ceramica avendo le seguenti caratteristiche i) composizione strutturale, in percento molare, gruppo Si04 35-50%; gruppo Si03C 12-24%; gruppo Si02C2 15-25%; gruppo SiOC3 0-2%; gruppo SiC4 20-30% ; carbonio libero 0-8%; ii) densità compresa tra 2,1 g/cc a 1000°C e 2,33 g/cc a 1200°C; iii) composizione atomica tra 1000 e 1200°C della fase ceramica-Si = 45-52%; 0 = 35-42%; C = 8-16%; iv) coefficiente di dilatazione termica nell'intervallo 100-1000°C pari a 3,14 in 10_6K_1.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti componenti a base di carburo di silicio sono scelti dalla classe formata da Sic monolitico, Sic sinterizzato, composto ceramica fibra SiC/SiC, SiSiC (reaction bonded Sic), composto ceramico SiC/C fibra.
3. Procedimento secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detto solvente è etanolo .
4. Procedimento secondo le rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che detta soluzione nello stadio a) ha una concentrazione tra 2000 e 4500 g/1.
5. Procedimento secondo le rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che in detto stadio D) i componenti da saldare, oltre che accostati a battuta; sono sottoposti a pressioni applicate fino a 1 kg/cm2.
6. Procedimento secondo le rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che in detto stadio c il riscaldamento viene condotto fino ad una temperatura di 1200°C.
7. Procedimento secondo le rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che detta resina nello stadio a) è stata additivata di riempitivi.
8. Procedimento secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti riempitivi sono costituiti da titanio metallico e, oppure carburo dl· silicio in polvere.
9. Componenti a base di carburo di silicio giuntati secondo il procedimento rivendicato nelle rivendicazioni da 1 a 8.
10. Componenti secondo la rivendicazione 9, caratterizzati dal fatto di essere costituiti da SiC monolitico e, oppure SiC/SiC fibra e, oppure SiSiC (reaction bonded Sic), e, oppure SiC/C fibra.
11. Uso di resine polimetilsilossaniche quali definite nella rivendicazione 1 per la giunzione di componenti costituiti da Sic monolitico e, oppure Sic sinterizzato e/oppure Sic fibra/SiC e, oppure SiSiC (reaction bonded SiC).
12. Uso dei componenti quali definiti nelle rivendicazioni 8 e 9 nel settore della fusione nucleare e, oppure nel settore energetico.
13 . Uso dei componenti quali definiti dalle rivendicazioni 8 e 9 nel settore aeronautico e aerospaziale.
14. Uso dei componenti quali definiti dalle rivendicazioni 8 e 9 nel settore automobilistico.