KR100874578B1 - How to join the ceramic and metal parts - Google Patents

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles

Abstract

금속부와 세라믹부를 접합하는 방법에 있어서, 알루미나 형성 금속부와 세라믹부가 제공된다. 알루미나 형성 금속부와 세라믹부 사이에 납땜재를 위치시킨 후, 이 조합물을 산화 분위기, 바람직하게는 500-1300℃의 온도에서 공기 중에서 가열된다. 알루미나 형성 금속부는 듀라포일(Durafoil)(알파-4), 펙랄로이(Fecralloy), 알루미나-코팅된 430 스테인리스 강 및 크로퍼(Crofer)-22APU 등의 고온 스테인리스 강, 및 하이네스(Haynes) 214, 니크로퍼(Nicrofer) 6025, 및 듀크랄로이(Ducraloy) 등의 고온 초합금으로 이루어진 그룹 중에서 선택된다. 납땜재는 금속산화물-귀금속 혼합물, 바람직하게는 Ag-CuO, Ag-V2O5, 및 Pt-Nb2O5, 보다 바람직하게는 CuO 중의 30.65-100몰% Ag로 선택된다.In the method of joining a metal part and a ceramic part, an alumina forming metal part and a ceramic part are provided. After placing the brazing material between the alumina forming metal part and the ceramic part, the combination is heated in air at an oxidizing atmosphere, preferably at a temperature of 500-1300 ° C. Alumina forming metal parts include high temperature stainless steels such as Durafoil (alpha-4), Fecralloy, alumina-coated 430 stainless steel and Crofer-22APU, and Haynes 214 , High temperature superalloys such as Nicrofer 6025, and Ducraloy. The brazing material is selected from a metal oxide-noble metal mixture, preferably 30.65-100 mol% Ag in Ag-CuO, Ag-V 2 O 5 , and Pt-Nb 2 O 5 , more preferably CuO.

Description

세라믹부와 금속부를 접합하는 방법{METHOD OF JOINING CERAMIC AND METAL PARTS}Joining the ceramic part and the metal part {METHOD OF JOINING CERAMIC AND METAL PARTS}

(정부 권리)(Government rights)

본 발명은 미국 에너지부에 의해 부여된 계약 DE-AC0676RLO 1830하에서 국고 보조로 만들어졌다. 정부는 본 발명의 일정 권리를 갖는다.The invention was made with fiscal assistance under contract DE-AC0676RLO 1830 granted by the US Department of Energy. The government has certain rights in the invention.

(관련 출원에 대한 상호 참조)(Cross reference to related application)

잠정 미국 특허 출원 제 60/348,688(발명의 명칭:Oxidation Ceramic-to-Metal Braze, 1/11/02에 Weil 외에 의해 출원됨) 호에 우선권을 주장하고, 이의 모든 내용은 본원에 참조에 의해 포함된다.Priority is issued to provisional U.S. Patent Application No. 60 / 348,688 (named Oxidation Ceramic-to-Metal Braze, filed by Weil et al. On 1/11/02), all of which is hereby incorporated by reference. do.

적절히 기능하기 위해서, 세라믹계 연료 전지, 산소 발생기, 및 화학적 센서 등의 다수의 고온 전자화학적 장치는 종종 서로가 밀폐적으로 밀봉되는 금속 및 세라믹 부품을 요구한다. 불행하게도, 이들 장치에 사용되는 다수의 세라믹 및 금속 부품의 화학적 및 물리적 특성은 효과적인 밀봉의 개발에 대한 다양한 과제를 보이고 있다. 예를 들면, 거의 모든 이들 장치에 현재 채용되는 1개의 표준 전해질 물질은 이트리아 안정화 지르코니아(YSZ)인데, 이는 각종의 작동 조건 및 환경하에서 이의 뛰어난 산소 이온 수송 특성, 절연 전자 성질, 및 뛰어난 화학적 안정성 때문이다. 그렇지만, 충분히 높은 이온 수송 속도를 생성시키기 위해, 장치는 고온, 일반적으로 650-900℃의 정도에서 작동되어야 하고, 전해질 막의 두께는 최소화되어야 하지만, 제조시에 관통 두께 핀홀 결점의 형성을 완화하기 위해, 일반적으로 5-10㎛보다 얇지 않다. 연료 전지 등의 고체 상태 전자화학적 장치는 전해질 막을 가로질러 성장하는 산소 이온 구배에 의해 기능하기 때문에, 막을 가로지르는 허미티서티(hermiticity)뿐만 아니라, 전해질을 장치의 몸체에 접합하는 밀봉을 가로지는 허미티서티도 중요하다. 즉, YSZ층은 치밀해야 하고, 통기공을 함유해서는 안되고, 고온, 기밀 밀봉으로 장치의 잔부에 연결되어야 한다. 특정 적용에 의해 규정되는 바와 같이, 이들 장치가 작동되는 것이 기대되고, 부수의 YSZ-대-금속 접합부가 노출되는 대표적 조건은 1) 750℃의 평균 작동 온도; 2) 캐소드 측 상에 산화 분위기에 연속적인 노출; 및 3) 3000-30,000+ 시간의 예상 장치 수명을 포함한다. 예를 들면, 에너지 발생 등의 장치의 기능에 따라, 밀봉은 애노드 측 상에 환원 분위기에 노출될 수도 있다. In order to function properly, many high temperature electrochemical devices, such as ceramic fuel cells, oxygen generators, and chemical sensors, often require metal and ceramic components that are hermetically sealed to one another. Unfortunately, the chemical and physical properties of many ceramic and metal parts used in these devices present various challenges to the development of effective seals. For example, one standard electrolyte material currently employed in almost all of these devices is yttria stabilized zirconia (YSZ), which has excellent oxygen ion transport properties, insulating electronic properties, and excellent chemical stability under various operating conditions and environments. Because. However, in order to produce sufficiently high ion transport rates, the device should be operated at high temperatures, generally on the order of 650-900 ° C., and the thickness of the electrolyte membrane should be minimized, but to mitigate the formation of through-thickness pinhole defects in manufacturing. Generally not thinner than 5-10 μm. Solid state electrochemical devices, such as fuel cells, function by gradients of oxygen ions that grow across the electrolyte membrane, so that not only hermiticity across the membrane, but also the herme across the seal that bonds the electrolyte to the body of the device. It's also important. That is, the YSZ layer must be dense, contain no vents, and be connected to the remainder of the device with a high temperature, airtight seal. As defined by the particular application, these devices are expected to operate, and representative conditions under which the incidental YSZ-to-metal junction is exposed include: 1) an average operating temperature of 750 ° C .; 2) continuous exposure to an oxidizing atmosphere on the cathode side; And 3) an expected device life of 3000-30,000 + hours. For example, depending on the function of the device, such as energy generation, the seal may be exposed to a reducing atmosphere on the anode side.

이러한 환경인 활성 금속 납땜에서 작동하기 위해 금속과 YSZ의 결합에 대한 1개의 어프로치는 1개 이상의 반응성 원소, 종종 티타늄을 함유하는 납땜 합금을 이용하고, 이것은 화학적으로 세라믹 밀착 표면을 감소시키고, 이의 습윤 거동 및 납땜과의 부착을 매우 향상시킨다. 그렇지만, 고체-상태 전자화학적 장치를 제조하는데 이 타입의 접합제를 사용할 때 2개 이상의 문제가 있다: 1) 장치의 고온 작동시 납땜 중의 활성 종의 완전 산화에 의해 종종 세라믹/납땜 금속 계면에서 접합부의 급속한 악화 및 밀폐성(hermeticity)의 최종적인 손실을 유발하고, 2) 활성 금속 납땜에 대한 일반적인 가공 조건인 ∼800℃보다 높은 온도에서 산화 분위기에 전체 장치의 노출은 종종 이들 장치에 사용되는 복합 산화물 재료를 다량으로 매우 요구하고 있다. 전자화학적으로 활성 전극으로서 채용될 때, 이들 혼합 이온/전자 도전성 산화물은 접합 작업시에 감소하기 쉽고, 상 분리를 통해 비가역적으로 악화하고, 이것은 궁극적으로 장치 성능의 심각한 악화를 야기한다. 따라서, 이들 문제를 극복하고, 이들 엄격한 환경에서 만족스럽게 기능하는, 금속 대 세라믹 밀봉을 만드는 밀봉을 형성하는 새로운 방법에 대한 요구가 있다.One approach to the bonding of metals and YSZ to work in this environment, active metal soldering, utilizes a braze alloy containing one or more reactive elements, often titanium, which chemically reduces the ceramic adhesion surface and wets it. It greatly improves the behavior and adhesion with soldering. However, there are two or more problems when using this type of binder in the manufacture of solid-state electrochemical devices: 1) junctions at the ceramic / solder metal interface, often due to the complete oxidation of active species during soldering at high temperature operation of the device. Exposure to the entire device in an oxidizing atmosphere at temperatures higher than -800 ° C., which is a common processing condition for active metal soldering, often leads to rapid deterioration of the metal and final loss of hermeticity. There is a great demand for a lot of materials. When employed as electrochemically active electrodes, these mixed ion / electron conductive oxides are liable to decrease in the bonding operation and irreversibly deteriorate through phase separation, which ultimately leads to severe deterioration of device performance. Thus, there is a need for a new method of overcoming these problems and forming a seal that makes a metal to ceramic seal that functions satisfactorily in these stringent environments.

따라서, 본 발명의 목적은 고온에서 내산화성인 금속부와 세라믹부 사이의 향상된 밀봉(seal)을 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an improved seal between a metal part and a ceramic part that are oxidation resistant at high temperatures.

본 발명의 추가의 목적은 우선 납땜재를 알루미나 형성 금속부에 부가하고, 세라믹부를 상기 납땜재에 접촉시키고, 산화 분위기에서 알루미나 형성 금속부, 납땜재, 및 세라믹부를 가열함으로써 금속부와 세라믹부 사이의 향상된 밀봉을 제공한다.It is a further object of the present invention first to add a brazing material to the alumina forming metal part, to contact the ceramic part with the brazing material, and to heat the alumina forming metal part, the brazing material, and the ceramic part in an oxidizing atmosphere, between the metal part and the ceramic part. Provides improved sealing.

본 발명의 추가의 목적은 Ag-CuO, Ag-V2O5, 및 Pt-Nb2O5를 포함하지만 이에 한정되지 않는 금속산화물-귀금속 혼합물로 선택되는 납땜재를 이용하는 것이다. A further object of the present invention is to use a brazing material selected from metal oxide-noble metal mixtures including but not limited to Ag-CuO, Ag-V 2 O 5 , and Pt-Nb 2 O 5 .

본 발명의 추가의 목적은 금속부와 세라믹부 사이의 향상된 밀봉을 형성하기 위해 CuO 중의 30.65-100몰% Ag의 혼합물로 선택되는 납땜재를 이용하는 것이다. A further object of the present invention is to use a brazing material selected from a mixture of 30.65-100 mole% Ag in CuO to form an improved seal between the metal and ceramic parts.

본 발명의 추가의 목적은 500-1300℃ 온도에서 공기 중에서 알루미나 형성 금속부, 납땜재, 및 세라믹부를 가열함으로써 금속부와 세라믹부 사이의 향상된 밀 봉을 형성하는 것이다. A further object of the present invention is to form an improved seal between the metal part and the ceramic part by heating the alumina forming metal part, the brazing material, and the ceramic part in air at a temperature of 500-1300 ° C.

본 발명의 추가의 목적은 우선 알루미나 형성 금속부의 알루미나화된 표면을 형성하기에 충분한 시간 및 온도에서 알루미나 형성 금속부를 형성한 후, 500-1300℃ 온도에서 공기 중에서, 알루미나 형성 금속부, 납땜재, 및 세라믹부의 샌드위치를 가열함으로써 금속부와 세라믹부 사이의 향상된 밀봉을 형성하는 것이다.A further object of the present invention is to first form the alumina forming metal part at a time and temperature sufficient to form an aluminized surface of the alumina forming metal part, and then in the air at a temperature of 500-1300 ° C. And by heating the sandwich of the ceramic portion to form an improved seal between the metal portion and the ceramic portion.

본 발명의 이들 및 다른 목적은 산화 분위기하에서 접합시 세라믹부와 금속부 상에 성장하는 산화물 스케일 사이에 밀봉을 형성하는 납땜을 제공함으로써 완성된다. 그러므로, 본 발명의 목적은 용융 귀금속 합금 중에 용해된 산화물 화합물로 이루어지는 납땜으로 금속부와 알루미나 형성부의 하나 또는 양쪽 산화물 밀착 표면을 반응적으로 개질하고, 이로써 금속부의 새로이 형성된 표면이 잔존의 납땜재에 의해 쉽게 습윤되는 것이다. 바람직하게는, 납땜은 Ag-CuO, Ag-V2O5, 및 Pt-Nb2O5를 포함하지만 이에 한정되지 않는 금속산화물-귀금속 혼합물로 선택된다. 본 발명의 방법은 확대되어, Pd, Pt, 및 이의 조합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 납땜 온도 상승제, 및 V2O5, MoO3로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 납땜 온도 하강제의 부가와 함께 납땜재에 대한 납땜 온도의 더 넓은 범위를 제공할 수 있다. 납땜 온도 상승제는 상기 납땜재의 10-70몰%로 선택되는 것이 바람직하다. 납땜 온도 하강제는 상기 납땜재의 1-6몰%로 선택되는 것이 바람직하다. These and other objects of the present invention are accomplished by providing a solder that forms a seal between the ceramic portion and the oxide scale growing on the metal portion upon bonding under an oxidizing atmosphere. Therefore, it is an object of the present invention to reactively modify one or both oxide-adhesive surfaces of a metal part and an alumina forming part by soldering an oxide compound dissolved in a molten noble metal alloy, whereby a newly formed surface of the metal part is applied to the remaining solder material. It is easily wetted by. Preferably, the solder is selected from metal oxide-noble metal mixtures including but not limited to Ag-CuO, Ag-V 2 O 5 , and Pt-Nb 2 O 5 . The method of the present invention is expanded to solder with the addition of a soldering temperature riser selected from the group consisting of Pd, Pt, and combinations thereof, and a soldering temperature lowering agent selected from the group consisting of V 2 O 5 , MoO 3 . A wider range of soldering temperatures for the ash can be provided. The brazing temperature increasing agent is preferably selected from 10-70 mol% of the brazing material. The brazing temperature lowering agent is preferably selected to 1-6 mol% of the brazing material.

금속부의 선택은 금속부가 접합 온도까지 내산화성인 것을 요구한다. 바람직한 금속부는 고온 스테인리스 강 및 고온 초합금 등의 가열시 표면에서 알루미나 를 형성하는 금속부를 포함하지만 이에 한정되지 않고, 예를 들면, 미국 특허 일련 번호 제 10/260,630(제목: GAS-TIGHT METAL/CERAMIC OR METAL/METAL SEALS FOR APPLICATIONS IN HIGH TEMPERATURE ELECTROCHEMICAL DEVICES AND METHOD OF MAKING, 09/27/02 출원) 호에 설명된 것을 포함하고, 이의 전체 내용은 본원에 참조에 의해 포함된다. 바람직한 고온 스테인리스 강은 듀라포일(알파-4), 펙랄로이, 알루미나-코팅된 430 스테인리스 강 및 크로퍼-22APU를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 바람직한 고온 초합금은 하이네스 214, 니크로퍼 6025, 및 듀크랄로이를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.The selection of the metal part requires that the metal part be oxidized to the junction temperature. Preferred metal parts include, but are not limited to, metal parts that form alumina on the surface when heated, such as high temperature stainless steel and high temperature superalloys, for example, US Pat. No. 10 / 260,630 (Title: GAS-TIGHT METAL / CERAMIC OR METAL / METAL SEALS FOR APPLICATIONS IN HIGH TEMPERATURE ELECTROCHEMICAL DEVICES AND METHOD OF MAKING, filed 09/27/02), the entire contents of which are incorporated herein by reference. Preferred high temperature stainless steels include, but are not limited to, durafoil (alpha-4), pectalloy, alumina-coated 430 stainless steel and Croper-22APU. Preferred high temperature superalloys include, but are not limited to, highness 214, Nikrofer 6025, and Dukralloy.

도 1은 본 발명을 증명하기 위해 실시되는 실험에서 온도의 함수로서 공기 중에 5YSZ 상의 Ag-CuO 납땜의 접촉각을 나타내는 그래프이다. 1100℃에서 CuO 함량의 함수로서 접촉각은 삽입 박스 내에 표시된다. 1 is a graph showing the contact angle of Ag—CuO solder on 5YSZ in air as a function of temperature in experiments conducted to demonstrate the present invention. The contact angle as a function of CuO content at 1100 ° C. is indicated in the insertion box.

도 2는 본 발명을 증명하기 위해 실시되는 실험에서 형성되는 납땜/5YSZ 계면의 단면을 나타내는 일련의 SEM 현미경 사진이다:(a) Ag-1Cu,(b) Ag-2Cu, (c) Ag-4Cu, 및 (d) Ag-8Cu. 각 습윤 시료는 1100℃의 최종 침지 온도(soak temperature)에서 공기 중에서 가열된다. FIG. 2 is a series of SEM micrographs showing the cross-sections of the solder / 5YSZ interfaces formed in the experiments conducted to demonstrate the invention: (a) Ag-1Cu, (b) Ag-2Cu, (c) Ag-4Cu , And (d) Ag-8Cu. Each wet sample is heated in air at a final soak temperature of 1100 ° C.

도 3은 본 발명을 증명하기 위해 실시되는 실험에서 온도의 함수로서 공기 중에 미리 산화된 펙랄로이의 스케일 표면 상의 Ag-CuO 납땜의 접촉각을 나타내는 그래프이다. 1100℃에서 CuO 함량의 함수로서 접촉각은 삽입 박스 내에 표시된다. 3 is a graph showing the contact angle of Ag—CuO solder on the scale surface of the pre-oxidized pelarloy in air as a function of temperature in the experiments conducted to demonstrate the invention. The contact angle as a function of CuO content at 1100 ° C. is indicated in the insertion box.

도 4는 본 발명을 증명하기 위해 실시되는 실험에서 형성되는 납땜/미리 산 화된 펙랄로이의 단면을 나타내는 일련의 SEM 현미경 사진이다:(a) Ag-1Cu,(b) Ag-2Cu, (c) Ag-4Cu, 및 (d) Ag-8Cu. 각 습윤 시료는 1100℃의 최종 침지 온도에서 공기 중에서 가열된다.4 is a series of SEM micrographs showing the cross-sections of the solder / pre-oxidized pelarloy formed in the experiments conducted to demonstrate the present invention: (a) Ag-1Cu, (b) Ag-2Cu, (c) Ag-4Cu, and (d) Ag-8Cu. Each wet sample is heated in air at a final dipping temperature of 1100 ° C.

도 5는 온도의 함수로서 공기 중에 (La0.6Sr0.4)(Co0.2Fe0.8)O 3 상의 Ag-CuO 납땜의 접촉각을 나타내는 그래프이다. 각 침지 온도에서 유지 시간은 15분이다. 5 is a graph showing the contact angle of Ag—CuO solder on (La 0.6 Sr 0.4 ) (Co 0.2 Fe 0.8 ) O 3 phase in air as a function of temperature. The holding time at each immersion temperature is 15 minutes.

도 6은 납땜/LSCoF 계면의 단면을 나타내는 일련의 SEM 현미경 사진이다:(a) Ag-1Cu,(b) Ag-2Cu, (c) Ag-4Cu, 및 (d) Ag-8Cu. 각 습윤 시료는 1100℃의 최종 침지 온도에서 공기 중에서 가열된다. 6 is a series of SEM micrographs showing the cross section of the solder / LSCoF interface: (a) Ag-1Cu, (b) Ag-2Cu, (c) Ag-4Cu, and (d) Ag-8Cu. Each wet sample is heated in air at a final dipping temperature of 1100 ° C.

도 7은 750℃의 공기 중 및 1.5A의 직류 전류하에서 시간의 함수로서 LSCoF와 4% CuO를 함유하는 Ag-CuO 납땜 사이의 접점(Junction)의 면적 저항률을 나타내는 그래프이다. FIG. 7 is a graph showing the area resistivity of the junction between LSCoF and Ag-CuO solder containing 4% CuO as a function of time in air at 750 ° C. and under a DC current of 1.5 A. FIG.

도 8은 (a) 연속 직류 전류의 1.5A 및 (b) 무 전류하에서 100시간 동안 750℃에서 공기 중에서 테스트되는 Ag-4Cu/LSCoF 계면의 단면을 나타내는 일련의 SEM 현미경 사진이다. 8 is a series of SEM micrographs showing cross sections of the Ag-4Cu / LSCoF interface tested in air at 750 ° C. for 100 hours under (a) 1.5 A of continuous direct current and (b) no current.

도 9는 PbO-Ag 및 CuO-Ag계에서의 균형 상 다이아그램(Shao, Z.B.; Liu, K.R.; Liu, L.Q.; Liu, H.K.; 및 Dou, S. 1993. Journal of the American Ceramic Society 76(10): 2663-2664)으로부터 재현된 Ag-CuO 상 다이아그램이다.9 is a balanced phase diagram in PbO-Ag and CuO-Ag systems (Shao, ZB; Liu, KR; Liu, LQ; Liu, HK; and Dou, S. 1993. Journal of the American Ceramic Society 76 (10). ): Ag-CuO phase diagram reproduced from 2663-2664).

일련의 실험을 본 발명의 방법에 따라 실시함으로써, 본 발명의 접합부, 또 는 밀봉을 형성하였다. 이들 실험은 본 발명의 어떤 특징 및 측면을 예시하는데 유용하지만, 이들은 본 발명의 다양한 측면 모두의 망라적인 예시로서 이해되어서는 안된다. 당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 제한 없이, 재료의 선택, 및 이들 재료를 결합하는데 사용되는 방법 및 작동 파라미터를 포함하여, 본 발명의 많은 이점은 상당한 변화를 가지면서 본원에 설명되는 실험으로부터 쉽게 성취될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부의 청구항에 의해 포함되는 모든 이러한 변형 및 이의 등가물을 포함하는 것으로 넓게 이해되어야 한다. A series of experiments were conducted according to the method of the present invention to form the junction, or seal, of the present invention. These experiments are useful for illustrating certain features and aspects of the present invention, but they should not be understood as comprehensive examples of all of the various aspects of the present invention. As will be appreciated by one of ordinary skill in the art, without limitation, many of the advantages of the present invention, including but not limited to the choice of materials and the methods and operating parameters used to combine these materials, are readily achieved from the experiments described herein with significant variations. Can be. Accordingly, the invention is to be broadly understood as including all such modifications and equivalents covered by the appended claims.

제1 실험 세트가 실시되어 본 발명의 작용 및 이점을 예시하였다. 5% 이트리아 안정화 지르코니아(5YSZ) 및 얇은 게이지 FeCrAlY(Fe, 22% Cr, 5% Al, 0.2% Y)을 납땜 실험에서의 모델 세라믹 전해질 막/구조적 금속 시스템로서 채용하였다. 5YSZ를 본 발명의 유용성의 증거를 제공하는 대표적인 세라믹으로 선택하였지만, 당업자는 본 발명의 방법 및 재료는 다른 세라믹과 유사한 방식으로 실시되는 것이 기대되고, 이들 실험을 위한 5YSZ의 선택은 본 발명의 적용을 세라믹의 이 특정예에 한정하는 것으로 이해되어서는 안된다는 것을 알 수 있다. 오히려, 3-8%의 전체 범위에 걸친 이트리아 안정화 지르코니아, 알루미나, 탄화규소, 및 제2 실험 세트에서 설명되고, 하기에 설명되는 혼합 이온/전자 도전성(MIEC) 산화물을 포함하지만 이에 한정되지 않는 모든 세라믹을 포함한다.A first set of experiments was conducted to illustrate the operation and advantages of the present invention. 5% yttria stabilized zirconia (5YSZ) and thin gauge FeCrAlY (Fe, 22% Cr, 5% Al, 0.2% Y) were employed as the model ceramic electrolyte membrane / structural metal system in the soldering experiment. Although 5YSZ was chosen as a representative ceramic providing evidence of the utility of the present invention, one of ordinary skill in the art would expect that the methods and materials of the present invention would be carried out in a similar manner to other ceramics, and the choice of 5YSZ for these experiments is an application of the present invention. It should be understood that it should not be understood as limiting this to this specific example of ceramic. Rather, it includes, but is not limited to, yttria stabilized zirconia, alumina, silicon carbide, and mixed ion / electronic conductivity (MIEC) oxides described in the second set of experiments, described below, over the entire range of 3-8%. Contains all ceramics.

일측에 명목상 2㎝로 측정되는 고밀도, 10㎛ 두께의 5YSZ 쿠폰을 종래의 테이프 주조 및 소결 기술을 사용하여 제조하였다. 납땜 실험에서 이들 사용 전에, 샘플을 1시간 동안 300℃에서 아세톤 및 에탄올로 세정하였다. 받은 대로의 12㎜ 두께 FeCrAlY 시트를 2㎠ 조각으로 절단하여, 1200 그리트(grit) SiC 종이로 양면을 가볍게 연마하고, 10분간 아세톤 중에서 초음파로 세정하였다. 각 금속 쿠폰 표면 상에 안정한 산화알루미늄 스케일 층을 형성하기 위해, 이들을 사용 전에 정적 외기에서 2시간 동안 1100℃에서 예비 산화하였다. 이 방식으로 성장한 스케일의 평균 두께는 ∼0.6㎛이였다.A high density, 10 μm thick 5YSZ coupon, measured nominally 2 cm on one side, was prepared using conventional tape casting and sintering techniques. Prior to these uses in soldering experiments, the samples were washed with acetone and ethanol at 300 ° C. for 1 hour. The 12 mm thick FeCrAlY sheet as received was cut into 2 cm 2 pieces, lightly polished on both sides with 1200 grit SiC paper, and ultrasonically washed in acetone for 10 minutes. To form a stable aluminum oxide scale layer on each metal coupon surface, they were pre-oxidized at 1100 ° C. for 2 hours in static outside air before use. The average thickness of the scale grown in this manner was ˜0.6 μm.

납땜 펠렛을 구리(10㎛ 평균 입자 직경; Alfa Aesar) 및 은(5.5㎛ 평균 입자 직경; Alfa Aesar) 분말을 표 1에 나타내는 목표 조성물을 생산하는 적절한 비율로 혼합함으로써 제조하였다. 구리 분말을 공기 중에서 가열시에 그대로 산화시켜서 CuO를 형성하였다. 습윤 실험을 가열되는 시료를 관찰할 수 있는 석영 도어가 달린 정적 공기 박스 노에서 실시하였다. 줌 렌즈가 구비된 고속 비디오 카메라를 사용하여 소정 기판 상에 납땜 펠렛의 용융 및 습윤 거동을 기록하였다. 상기 실험을 900℃까지 30℃/분로 샘플을 가열함으로써 실시하고, 상기 온도가 15분간 유지된 후, 일련의 설정값까지 10℃/분으로 가열하고, 15분간 유지하였다. 이 방식으로, 납땜과 기판 사이의 접촉각을 측정을 위해 1개의 가열 사이클 동안 수개의 상이한 침지 온도: 900℃, 950℃, 1000℃, 1050℃, 및 1100℃에서 안정화시켰다. 비디오테이프로부터의 선택 프레임을 컴퓨터 이미지로 전환하여, 이로부터 납땜과 기판 사이의 습윤 각도를 측정하고, 가열 운전에 대해 온도 로그와 관계시켰다. 습윤 시료의 마이크로구조적 분석을 연마된 단면의 샘플에 대해 옥스포드(Oxford) 창 없는 에너지 분산 X선 분석(EDX) 시스템이 구비된 JEOL JSM-5900LV 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 실시하였다. Solder pellets were prepared by mixing copper (10 μm average particle diameter; Alfa Aesar) and silver (5.5 μm average particle diameter; Alfa Aesar) powder in an appropriate proportion to produce the target composition shown in Table 1. The copper powder was oxidized as it is when heated in air to form CuO. Wetting experiments were conducted in a static air box furnace with a quartz door to observe the sample being heated. A high speed video camera equipped with a zoom lens was used to record the melting and wetting behavior of the solder pellets on a given substrate. The experiment was carried out by heating the sample at 30 ° C./min to 900 ° C., after which the temperature was maintained for 15 minutes, then heated to 10 ° C./min until a series of set values and held for 15 minutes. In this way, the contact angle between the solder and the substrate was stabilized at several different immersion temperatures: 900 ° C., 950 ° C., 1000 ° C., 1050 ° C., and 1100 ° C. during one heating cycle for measurement. The selection frame from the videotape was converted to a computer image from which the wetting angle between the solder and the substrate was measured and correlated with the temperature log for the heating run. Microstructural analysis of the wet sample was performed using a JEOL JSM-5900LV Scanning Electron Microscope (SEM) equipped with an Oxford Windowless Energy Dispersive X-ray Analysis (EDX) system for the polished cross-section sample.                 

(표 1)Table 1

Figure 112004030106660-pct00001
Figure 112004030106660-pct00001

5YSZ 막 상의 용융 Ag-CuO 납땜의 접촉각 측정을 도 1에서 온도의 함수로서 나타낸다. 이의 전체 내용이 본원에 참조에 의해 포함되는 PbO-Ag 및 CuO-Ag계에서의 균형 상 다이아그램(Shao, Z.B.; Liu, K.R.; Liu, L.Q.; Liu, H.K.; 및 Dou, S. 1993. Journal of the American Ceramic Society 76(10): 2663-2664)으로부터 재현된 도 9에 도시되는 Ag-CuO 상 다이아그램에 의해 예측되는 바와 같이, 모든 납땜은 900℃ 초과에서 용융하였다. 고착성 하강(sessile drop) 측정을 취하는데 사용되는 15분 유지 시간은 계면의 균형이 확립되는데 충분히 긴 것처럼 보이고, 각 경우에 있어서, 안정한 접촉각은 5분 이내에 도달하였다. 순수한 은을 제외하고, 모든 납땜은 5YSZ과 어느 정도 습윤을 나타낸다. 도 1로부터 소정 납땜의 어느 것에 대하여, 5YSZ 표면과의 접촉각은 1000℃ 초과의 온도에 대하여 본질적으로 불변을 유지한다는 것은 명백하다. 그렇지만, 도 1의 삽입에서 도시되는 바와 같이, 습윤의 정도는 극적으로 납땜의 세라믹 함량에 따라 증가한다. 도 2(a)-2(d)에 도시되는 바와 같이, 4개의 Ag-CuO 납땜 조성물의 후방 산란 전자 이미지는 이 경향에 대한 가능한 이유를 제안한다.Contact angle measurements of molten Ag-CuO solder on 5YSZ films are shown as a function of temperature in FIG. 1. Balanced phase diagrams in the PbO-Ag and CuO-Ag systems, the entire contents of which are incorporated herein by reference (Shao, ZB; Liu, KR; Liu, LQ; Liu, HK; and Dou, S. 1993. As predicted by the Ag-CuO phase diagram shown in FIG. 9 reproduced from the American Ceramic Society 76 (10): 2663-2664, all solders melted above 900 ° C. The 15 minute holding time used to take the sessile drop measurement appears to be long enough for the interface to be balanced, and in each case a stable contact angle was reached within 5 minutes. Except pure silver, all solders show 5YSZ and some wetting. From any of the predetermined solders from FIG. 1, it is clear that the contact angle with the 5YSZ surface remains essentially unchanged for temperatures above 1000 ° C. However, as shown in the insert of FIG. 1, the degree of wetting increases dramatically with the ceramic content of the solder. As shown in Figures 2 (a) -2 (d), backscattered electron images of the four Ag-CuO braze compositions suggest possible reasons for this trend.

도 2에 나타나는 각 시료를 현장의 습윤 실험에 대해 설명된 조건하, 즉, 일 련의 중간의 침지 온도를 통하여, 각 15분간, 1100℃의 최종 온도까지 가열 처리한 후, 노를 실온까지 냉각하였다. 기대한 바와 같이, 각 납땜에서 대부분의 상은 순수한 은인데, 이것은 CuO가 실온에서 은에 가용되지 않기 때문이다. 1-5㎛ 크기 정도의 CuO의 미세 침전물은 5YSZ와의 계면으로부터 이격된 은 매트릭스에서 일반적으로 발견된다. 최저의 산화구리 함량을 함유하는 2개의 납땜에 있어서, 이산된 미크론 크기의 CuO 입자는 납땜/5YSZ 계면을 따라 발견된다. 이들 입자 사이의 넓은 영역 및 5YSZ 계면과의 거의 완벽한 접촉에서 발견된 것은 순수한 은이다. 높은 CuO 함량 납땜의 경우에 있어서, CuO의 계면층은 은의 얇은 렌즈 형상 아일랜드에 의해 때때로 파열되는 5YSZ 기판을 거의 완전히 피복한다. Each sample shown in FIG. 2 was heat treated to a final temperature of 1100 ° C. for 15 minutes under the conditions described for the field wetting experiment, ie through a series of intermediate immersion temperatures, and then the furnace was cooled to room temperature. It was. As expected, most phases in each solder are pure silver because CuO is not available for silver at room temperature. Fine precipitates of CuO on the order of 1-5 μm are commonly found in silver matrices spaced from the interface with 5YSZ. For two solders containing the lowest copper oxide content, discrete micron-sized CuO particles are found along the solder / 5YSZ interface. It is pure silver that is found in large areas between these particles and near perfect contact with the 5YSZ interface. In the case of high CuO content soldering, the interfacial layer of CuO almost completely covers the 5YSZ substrate, which is sometimes ruptured by thin lenticular islands of silver.

도 1로부터의 접촉각 결과는 계면의 CuO의 연속층의 형성이 5YSZ와의 Ag-CuO 납땜의 습윤을 향상시킨다는 것을 제안한다. 도 2에서 관찰되는 2개의 상이한 CuO 형태학은 Ag-CuO 상 다이아그램에서 발견되는 혼화성 갭의 직접적인 결과이다는 것이 가능하다. 1100℃에서 모든 4개의 납땜 조성물은 단일 상 액체를 형성할 것이다. 그렇지만, Ag-CuO 상 다이아그램에서는, Ag-4Cu 및 Ag-8Cu 납땜이 냉각함에 따라, 양쪽 계는 2개의 액체가 형성되는 혼화성 갭에 진입할 것이고, 소수의 상은 CuO가 풍부하고, 대다수의 상은 CuO가 빈약하다. 상들이 불혼화성이기 때문에, 이들은 분리될 것이고, 이의 더 높은 산화물 함량 및 그 결과 산화물 기판에서의 더 낮은 예상 계면 에너지 때문에, CuO 풍부 액체는 우선적으로 5YSZ에 이동하여 습윤한다는 것이 기대된다. 편정(monotectic) 온도인 964℃까지 추가로 냉각하자 마자, 고체 CuO는 이 액체로부터 침전하기 시작하여, 5YSZ와의 계면에서 핵이 생성할 것이다. 그렇게 함에 따라, 은 풍부 액체의 은의 농도는 증가한다. 공정(eutectic) 온도인 932℃에서, 고체 CuO 및 Ag는 미리 형성된 계면의 CuO 층의 표면 상에 아마도 불균일하게 잔존의 액체로부터 동시에 핵이 생성할 것이다. 한편, 고온의 Ag-1Cu 및 Ag-2Cu 납땜 액체는 냉각시 불혼화성 및 액체 상 분리를 나타내지 않는다. 이들 납땜의 온도가 이들 각각의 액상선 미만으로 감소할 때, 프로유텍틱(proeutectic) 은 또는 CuO 각각의 작은 양이 용액으로부터 석출하고, 5YSZ와의 계면에서 불균일하게 핵이 생성한다. 공정 온도까지 추가로 냉각하자 마자, 고체 Ag 및 CuO는 공정 액체로부터 동시에 형성된다.The contact angle results from FIG. 1 suggest that the formation of a continuous layer of CuO at the interface improves the wetting of Ag—CuO solder with 5YSZ. It is possible that the two different CuO morphologies observed in FIG. 2 are a direct result of the miscibility gap found in the Ag-CuO phase diagram. At 1100 ° C. all four braze compositions will form a single phase liquid. However, in the Ag-CuO phase diagram, as Ag-4Cu and Ag-8Cu solder cools, both systems will enter the miscibility gap where two liquids are formed, with a few phases rich in CuO and a large number of The phase is poor in CuO. Because the phases are immiscible, they will separate, and because of their higher oxide content and consequently lower expected interfacial energy in the oxide substrate, it is expected that the CuO rich liquid preferentially migrates to 5YSZ and wets. Upon further cooling to the monotectic temperature of 964 ° C., solid CuO will begin to precipitate out of this liquid, producing nuclei at the interface with 5YSZ. In doing so, the concentration of silver in the silver rich liquid increases. At 932 ° C., the eutectic temperature, solid CuO and Ag will nucleate simultaneously from the remaining liquid, possibly unevenly on the surface of the CuO layer at the preformed interface. On the other hand, hot Ag-1Cu and Ag-2Cu braze liquids do not exhibit immiscibility and liquid phase separation upon cooling. When the temperature of these solders decreases below their respective liquidus, a small amount of proeutectic silver or CuO precipitates out of solution and nucleates unevenly at the interface with 5YSZ. Upon further cooling to the process temperature, solid Ag and CuO are simultaneously formed from the process liquid.

Ag-CuO 납땜과 미리 산화된 펙랄로이의 산화물 스케일 표면 사이의 접촉각에 대한 납땜 조성물 및 접합 온도의 효과를 도 3에 도시한다. 납땜은 5YSZ 실험에서 관찰되는 것과 동일한 방식으로 용융되는 것처럼 보이고, 각각의 경우에 있어서, 안정한 습윤 각도를 빠르게 얻었다. 또한, 5YSZ 실험과 마찬가지로, 펙랄로이의 산화물 스케일 상의 납땜의 습윤 거동은 온도와 본질적으로 독립적이다는 것이 발견되지만, CuO 함량의 증가와 함께 극적 향상을 나타낸다.The effect of the solder composition and the junction temperature on the contact angle between the Ag-CuO solder and the oxide scale surface of the pre-oxidized pelarloy is shown in FIG. 3. The solder appeared to melt in the same way as observed in the 5YSZ experiment, and in each case, a stable wetting angle was quickly obtained. In addition, like the 5YSZ experiment, it was found that the wetting behavior of the solder on the oxide scale of the pelarloy is essentially independent of temperature, but shows a dramatic improvement with increasing CuO content.

미리 산화된 펙랄로이 상의 4개의 Ag-CuO 납땜 조성물의 후방 산란 전자 이미지를 도 4(a)-4(d)에 도시한다. 각 샘플에 있어서, 연속한 1/2-1㎛ 두께의 알루미나 스케일이 관찰되고, 이것은 철과 크롬을 각각 ∼5몰% 및 3몰%의 작은 양을 함유한다. 5YSZ 습윤 시료에서 발견되는 바와 같이, 납땜/스케일 계면으로부터 떨어져 벌크 납땜은 본질적으로 순수한 은의 매트릭스 중에 미크론 크기의 CuO 입자를 함유한다. 그렇지만, 납땜/스케일 계면을 따라, 납땜 중의 CuO와 스케일 중의 Al2O3 사이의 외관상의 합금화 반응이 발생하여 금속 스케일에 인접하는 혼합 산화물 고체 용액 상인 CuO-Al2O3의 영역을 형성한다. 낮은 CuO 함량을 가진 납땜에 있어서, 이 반응 영역은 얇고 고르지 못하고, 대충 1-3㎛ 직경의, 은과 CuO의 이산된 아일랜드 및 때때로의 CuAlO2 결정에 의해 방해되고 있고, 이것은 납땜과 스케일 사이의 반응으로부터의 제2 생성물로 보인다. 더 높은 CuO 함량을 갖는 납땜에 있어서, 은 및 CuO 입자와 CuAlO2의 훨씬 큰 미결정이 여전히 매우 거주하고 이지만, 산화물 합금화 영역은 더 두껍고, 약 7㎛ 두께, 및 보다 연속적이다. EDX 결과는 납땜 조성물에 관계 없이, 철과 크롬의 각각 ∼5-8몰%가 금속 스케일과의 계면을 따라 CuO-Al2O3 상 중에 용해된다는 것을 나타낸다.Backscattered electron images of four Ag-CuO braze compositions on pre-oxidized pelarloy are shown in FIGS. 4 (a) -4 (d). In each sample, a continuous 1 / 2-1 μm thick alumina scale was observed, which contained small amounts of ˜5 mol% and 3 mol% of iron and chromium, respectively. As found in the 5YSZ wet sample, bulk solder away from the solder / scale interface contains essentially micron sized CuO particles in a matrix of pure silver. However, along the soldering / scale interface, an apparent alloying reaction between CuO in the solder and Al 2 O 3 in the scale occurs to form a region of CuO—Al 2 O 3 , which is a mixed oxide solid solution phase adjacent to the metal scale. For solders with a low CuO content, this reaction zone is thin and uneven and is hindered by discrete islands of silver and CuO and sometimes CuAlO 2 crystals, roughly 1-3 μm in diameter, between the solder and the scale. It is seen as the second product from the reaction. For solders with higher CuO content, the silver and CuO particles and much larger microcrystals of CuAlO 2 are still very inhabited, but the oxide alloyed regions are thicker, about 7 μm thick, and more continuous. The EDX results show that, regardless of the braze composition, each of 5-8 mol% of iron and chromium is dissolved in the CuO-Al 2 O 3 phase along the interface with the metal scale.

도 4(A)-4(d)에서 납땜 사이의 제2 현저한 차이는 계면의 합금화 영역과 접촉하고, 납땜의 벌크에 연장하는 CuO 층의 크기와 형태학이다. Ag-1Cu 및 Ag-2Cu 납땜에 있어서, 이 산화물 층은 얇고 이산되고, 합금화 영역과 직접 접촉하는 은 영역에 의해 다수의 지점에서 관통되고 있다. Ag-4Cu 및 Ag-8Cu 납땜의 경우에 있어서, CuO는 훨씬 두껍고, 반응 영역을 완전히 피복하고, 벌크 은과 계면 영역 사이의 접촉을 본질적으로 폐쇄하는 중간층으로 명시하고 있다. 도 3에서 이들 납땜에 대한 접촉각 데이터는 더 불연속의 마이크로구조에 비례하여 CuO의 연속층이 제공된다는 습윤 이점을 다시 증명한다. 5YSZ 상의 습윤의 경우와 마찬가지로, 높은 CuO 함량 납땜의 마이크로구조적 개발에 영향을 미치는 Ag-CuO 상 다이아그램에 존 재하는 혼화성 갭 때문에, 4개의 2성분 납땜 사이의 형태학의 차이는 결과적으로 일부이지만, 낮은 것은 아니다라고 추정된다.The second significant difference between solders in FIGS. 4 (A) -4 (d) is the size and morphology of the CuO layer in contact with the alloying regions of the interface and extending to the bulk of the solder. In Ag-1Cu and Ag-2Cu soldering, this oxide layer is thin and discrete and penetrated at many points by silver regions in direct contact with the alloying regions. In the case of Ag-4Cu and Ag-8Cu soldering, CuO is much thicker and specifies an intermediate layer that completely covers the reaction region and essentially closes the contact between the bulk silver and the interface region. The contact angle data for these solders in FIG. 3 again demonstrates the wetting advantage that a continuous layer of CuO is provided in proportion to the more discontinuous microstructure. As with the wetting of the 5YSZ phase, the morphological differences between the four two-component solders are partly consequent due to the miscibility gaps present in the Ag-CuO phase diagram that affect the microstructural development of high CuO content solders. It is assumed that it is not low.

제2 실험 세트를 실시하여 SrFeCo0.5Ox, BaCeO3, 및 (La0.6Sr 0.4)(Co0.2Fe0.8)O3을 포함하지만 이에 한정되지 않는 혼합 이온/전자 도전성(MIEC) 산화물과 함께 본 발명의 이점 및 작용을 증명한다. 이들은 전하 전도의 양쪽 형태가 고 수준으로 나타나는 높은 충분한 농도로 이온 및 전자 캐리어를 함유하는 바와 같이, MIEC 산화물은 본 발명에 특정 이해관계를 갖는 세라믹의 클래스이다. 란탄 스트론튬 코발트 페라이트인 (La0.6Sr0.4)(Co0.2Fe0.8)O3(LSCoF)는 본 발명의 유용성의 증거를 제공하는 대표적인 MIEC 산화물로 선택되지만, 당업자에게는 명백한 바와 같이, 본 발명의 방법 및 재료는 다른 MIEC 산화물와 유사한 방식으로 실시되는 것이 기대되고, 이들 실험을 위한 란탄 스트론튬 코발트 페라이트의 선택은 MIEC 산화물의 이 예에 본 발명의 적용을 제한하는 것으로서 이해되어서는 안된다. A second set of experiments were conducted to provide the invention with mixed ion / electron conducting (MIEC) oxides including but not limited to SrFeCo 0.5 O x , BaCeO 3 , and (La 0.6 Sr 0.4 ) (Co 0.2 Fe 0.8 ) O 3 Prove its benefits and actions. MIEC oxides are a class of ceramics that have a particular interest in the present invention, as they contain ionic and electron carriers in high enough concentrations where both forms of charge conduction appear at high levels. Lanthanum strontium cobalt ferrite (La 0.6 Sr 0.4 ) (Co 0.2 Fe 0.8 ) O 3 (LSCoF) is selected as a representative MIEC oxide providing evidence of the utility of the present invention, but as will be apparent to those skilled in the art, The material is expected to be implemented in a similar manner to other MIEC oxides, and the selection of lanthanum strontium cobalt ferrite for these experiments should not be understood as limiting the application of the invention to this example of MIEC oxide.

LSCoF 펠렛을 7ksi의 압력하에서 탄소 강 금형 내에 산화물 분말(99.9% 순도; Praxair Specialty Ceramics, Inc.)을 일축으로 압축한 후, 20ksi에서 냉간 정수압 프레스 성형(cold isostatic pressing)하여, 2시간 동안 1250℃에서 공기 중에서 소결함으로써 제조하였다. 최종 펠렛은 1" 직경, 1/8" 두께의 측정값을 갖고, 이론상의 96%의 평균 밀도를 갖는다. 다음에 펠렛을 일면 상에 10㎛ 마감까지 연속적으로 세밀한 그리트 다이아몬드 페이스트를 사용하여 연마하고, 아세톤 및 프로판올로 세정하여, 공기 건조하고, 어떠한 잔류의 유기 오염물을 태워 없애기 위해 4시간 동안 600℃로 정적 공기 중에서 가열한다. LSCoF pellets were uniaxially compressed into oxide powder (99.9% purity; Praxair Specialty Ceramics, Inc.) in a carbon steel mold under a pressure of 7 ksi, followed by cold isostatic pressing at 20 ksi for 1 hour It was prepared by sintering in air at. The final pellet has measurements of 1 "diameter, 1/8" thickness, and has an average density of 96% in theory. The pellet is then ground on one side using a continuous fine grit diamond paste to a 10 μm finish, washed with acetone and propanol, air dried and static at 600 ° C. for 4 hours to burn off any residual organic contaminants. Heat in air

납땜 펠렛을 구리(10㎛ 평균 입자 직경; Alfa Aesar) 및 은(5.5㎛ 평균 입자 직경; Alfa Aesar) 분말을 표 1에 나타내는 목표 조성물을 생산하는 적절한 비율로 혼합함으로써 제조하였다. 구리 분말을 공기 중에서 가열시에 그대로 산화시켜서 CuO를 형성하였다. 습윤 실험을 가열되는 시료를 관찰할 수 있는 석영 도어가 달린 정적 공기 박스 노에서 실시하였다. 줌 렌즈가 구비된 고속 비디오 카메라를 사용하여, LSCoF 기판 상의 납땜 펠렛의 용융 및 습윤 거동을 기록하였다. 상기 실험을 900℃까지 30℃/분로 샘플을 가열함으로써 실시하고, 상기 온도가 15분간 유지된 후, 일련의 설정값까지 10℃/분으로 가열하고, 15분간 유지하였다. 이 방식으로, 납땜과 기판 사이의 접촉각을 측정을 위해 1개의 가열 사이클 동안 수개의 상이한 침지 온도: 900℃, 950℃, 1000℃, 1050℃, 및 1100℃에서 안정화시켰다. 비디오테이프로부터의 선택 프레임을 컴퓨터 이미지로 전환하여, 이로부터 납땜과 기판 사이의 습윤 각도를 측정하고, 가열 운전에 대해 온도 로그와 관계시켰다.Solder pellets were prepared by mixing copper (10 μm average particle diameter; Alfa Aesar) and silver (5.5 μm average particle diameter; Alfa Aesar) powder in an appropriate proportion to produce the target composition shown in Table 1. The copper powder was oxidized as it is when heated in air to form CuO. Wetting experiments were conducted in a static air box furnace with a quartz door to observe the sample being heated. Using a high speed video camera equipped with a zoom lens, the melting and wetting behavior of the solder pellets on the LSCoF substrate was recorded. The experiment was carried out by heating the sample at 30 ° C./min to 900 ° C., after which the temperature was maintained for 15 minutes, then heated to 10 ° C./min until a series of set values and held for 15 minutes. In this way, the contact angle between the solder and the substrate was stabilized at several different immersion temperatures: 900 ° C., 950 ° C., 1000 ° C., 1050 ° C., and 1100 ° C. during one heating cycle for measurement. The selection frame from the videotape was converted to a computer image from which the wetting angle between the solder and the substrate was measured and correlated with the temperature log for the heating run.

전도성 샘플을 0.5시간 동안 1050℃에서 공기 중에서 미리 제조된 Ag-Cu 납땜 포일을 사용하여 2개의 LSCoF 펠렛를 서로 접합함으로써 제조하였다. 또, 구리가 현장에서 산화하여 CuO를 형성한다. 10℃/분 가열 및 냉각 속도를 납땜시에 채용하였다. 동일한 면적 치수를 갖지만, 목표 납땜 조성물를 얻는데 요구되는 적절한 두께를 갖는 구리와 은 포일을 확산 접합함으로써 납땜 포일을 합성하였다. 확산 접합을 ∼1/2psi의 정하중하에서 10시간 동안 720℃에서 Ar/4% H2 카버 가스 중 에서 실시한 후, 포일을 0.07㎜의 두께로 감았다. 접점의 고온 전도성 측정을 개질된 4점 탐침 기술을 사용하여 실시하였다. 2개의 접촉기를 LSCoF와 동일한 면적 치수를 갖는 Pt 포일의 조각에 한 쌍의 백금 도선을 스팟 용접함으로써 제조하였다. 다음에 접촉기를 백금 페이스트를 사용하여 LSCoF/납땜/LSCoF 샌드위치의 상하에 접착시켰다. 상하 접촉기로부터의 1개의 도선마다 HP 3263A DC 전원 장치에 연결하고, 다른 2개의 도선을 HP 34401A 멀티미터 및 데이터 이력을 계속 기록하는 장치에 연결하였다. 샘플을 공기 머플 노 중에서 750℃까지 5℃/분으로 가열하여, 테스트의 지속 시간 동안 유지되었다. 연속적인 직류 전류의 1.5A를 테스트시에 샘플에 부가하고, 전압 측정을 2분마다 기록하였다. 습윤 및 전도성 시료의 마이크로구조적 분석을 연마된 단면의 샘플에 대해 옥스포드 창 없는 에너지 분산 X선 분석(EDX) 시스템이 구비된 JEOL JSM-5900LV 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 실시하였다.Conductive samples were prepared by bonding two LSCoF pellets to each other using Ag-Cu braze foil pre-made in air at 1050 ° C. for 0.5 h. In addition, copper oxidizes in situ to form CuO. A 10 ° C./min heating and cooling rate was employed at the time of soldering. Solder foils were synthesized by diffusion bonding copper and silver foils having the same area dimensions but with the appropriate thickness required to obtain the target braze composition. After diffusion bonding was carried out in Ar / 4% H 2 carver gas at 720 ° C. for 10 hours under a static load of ˜1 / 2 psi, the foil was wound to a thickness of 0.07 mm. The high temperature conductivity measurement of the contacts was performed using a modified four point probe technique. Two contactors were prepared by spot welding a pair of platinum conductors to a piece of Pt foil having the same area dimensions as LSCoF. The contactor was then bonded up and down the LSCoF / Solder / LSCoF sandwich using a platinum paste. One lead from the top and bottom contactors was connected to the HP 3263A DC power supply and the other two leads were connected to the HP 34401A multimeter and the device that continuously recorded the data history. Samples were heated at 5 ° C./min to 750 ° C. in an air muffle furnace and maintained for the duration of the test. 1.5 A of continuous direct current was added to the sample during the test, and the voltage measurements were recorded every two minutes. Microstructural analysis of wet and conductive samples was performed using a JEOL JSM-5900LV Scanning Electron Microscope (SEM) equipped with an Oxford Windowless Energy Dispersive X-ray Analysis (EDX) system for polished cross-section samples.

연마된 LSCoF 상의 용융 Ag-CuO 납땜의 접촉각 측정을 도 5에 온도의 함수로서 나타낸다. Ag-CuO 상 다이아그램에 의해 예상되는 바와 같이, 모든 납땜은 900℃ 초과에서 용융하였다. 고착성 하강(sessile drop) 측정을 취하는데 사용되는 15분 유지 시간은 계면의 균형이 확립되는데 충분히 긴 것처럼 보이고, 모든 경우에 있어서, 안정한 접촉각은 이 기간 내에 얻어졌다. 순수한 은 이외에, 모든 납땜은 LSCoF와의 습윤을 나타냈다. 도면에서 나타나는 바와 같이, LSCoF 상의 이 일련의 납땜의 습윤 거동은 온도의 불변인 것처럼 보이지만, CuO 함량에 상당히 민감하고, 산화물의 증가하는 양과 함께 극적으로 향상한다. Contact angle measurements of molten Ag—CuO solder on polished LSCoF are shown as a function of temperature in FIG. 5. As expected by the Ag-CuO phase diagram, all solders melted above 900 ° C. The 15 minute holding time used to take the sessile drop measurement seems to be long enough for the interface to be balanced, and in all cases a stable contact angle was obtained within this period. In addition to pure silver, all solders exhibited wetting with LSCoF. As shown in the figure, the wet behavior of this series of solders on LSCoF appears to be invariant of temperature, but is quite sensitive to CuO content and improves dramatically with increasing amounts of oxide.                 

도 6(a)-6(d)에 도시되는 4개의 Ag-CuO 습윤 시료의 후방 산란 전자 이미지는 이 조성의 의존이 납땜/LSCoF 계면을 따라 CuO의 농도 및 형태학에 관계가 있다는 것을 제안한다. 각 샘플에서의 납땜의 벌크 영역은 순수한 은의 매트릭스에 의해 포위되는 CuO의 작은 ∼1-5㎛ 직경의 입자로 이루어지고, 이것은 납땜의 높은 은 함량 및 실온에서 CuO가 은에 가용되지 않는다는 사실을 고려하면 놀라운 것은 아니다. 각 시료에서 납땜/LSCoF 계면을 따라, CuO는 기판을 우선적으로 습윤시키는 것처럼 보이고, 2개의 마이크로구조적 패턴의 1개를 나타내는 납땜 내에 얇지만 명확한 영역을 형성한다. 2% 이하의 CuO를 함유하는 2개의 납땜의 경우에 있어서, 계면은 CuO의 이산된 ∼1㎛ 하프 렌즈 형상의 침전물로 장식되어 있다. 이들 침전물을 분리하는 거리는 Ag-2Cu에서보다 Ag-1Cu에서 더 큰 것처럼 보인다. 더 높은 CuO 함량 시료에 있어서, CuO의 거의 연속적인 밴드는 이전의 LSCoF 표면과 접촉하여 발견되고, 순수한 은의 작은 아일랜드에 의해 때때로 파열된다. 산화물 밴드는 Ag-8Cu 시료에서 가장 두껍고, 이것은 이 검토에서 조사되는 5개의 납땜의 가장 높은 CuO 농도를 함유한다. 도 6에서 모든 샘플에 있어서, 기판으로의 Ag 및 CuO 침윤의 증거가 관찰되고, 이것은 아마도 상호 연결된 표면 다공을 통하여 발생한다. Backscattered electron images of the four Ag—CuO wet samples shown in FIGS. 6 (a) -6 (d) suggest that the dependence of this composition is related to the concentration and morphology of CuO along the solder / LSCoF interface. The bulk area of the solder in each sample consists of small ~ 1-5 μm diameter particles of CuO surrounded by a matrix of pure silver, taking into account the high silver content of the solder and the fact that CuO is not available to silver at room temperature. Not surprising. Along the soldering / LSCoF interface in each sample, CuO appears to wet the substrate preferentially and forms a thin but clear area in the solder that represents one of the two microstructured patterns. In the case of two solders containing 2% or less CuO, the interface is adorned with a discrete ˜1 μm half lens-like precipitate of CuO. The distance separating these precipitates appears to be greater in Ag-1Cu than in Ag-2Cu. For higher CuO content samples, a nearly continuous band of CuO is found in contact with the previous LSCoF surface and is sometimes burst by small islands of pure silver. The oxide band is the thickest in the Ag-8Cu sample, which contains the highest CuO concentration of the five solders investigated in this review. For all samples in FIG. 6, evidence of Ag and CuO infiltration into the substrate is observed, possibly occurring through interconnected surface pores.

습윤 실험의 결과와 관련시킨 경우, 이들 현미경 사진은 LSCoF 표면 상의 CuO의 더 높은 피복 면적이 Ag-CuO 납땜의 습윤을 향상시킨다는 것을 나타낸다. 도 6(a)-6(d)에서 관찰되는 2개의 상이한 CuO 형태학은 Ag-CuO 상 다이아그램에서 혼화성 갭의 직접적인 결과이다. 1100℃에서 모든 4개의 납땜 조성물은 단일 상 액체를 형성할 것이다. 그렇지만, 냉각시, Ag-4Cu 및 Ag-8Cu계 모두 혼화성 갭으 로 진입하여, 은 풍부 및 CuO 풍부 액체 상을 형성하고, 반면에 Ag-1Cu 및 Ag-2Cu 납땜에서의 액체는 공정 온도에 이르기까지 단상을 유지한다. Ag-4Cu 및 Ag-8Cu 납땜에서의 2개의 액체 상은 불혼화성이기 때문에, 이들은 아마도 분리될 것이고, 이의 더 높은 산화물 함량 및 그 결과 MIEC 산화물 기판에서의 더 낮은 예상 계면 에너지 때문에, CuO 풍부 액체는 우선적으로 LSCoF에 이동하여 습윤시킨다. 편정 온도인 964℃까지 추가로 냉각하자 마자, CuO는 이 액체로부터 침전하기 시작하여, LSCoF와의 계면에서 핵이 생성할 것이다. 그렇게 함에 따라, 은 풍부 액체의 은의 농도는 증가한다. 공정 온도에서, 고체 CuO 및 Ag는 잔존의 액체로부터 동시에 핵이 생성할 것이다. 한편, Ag-1Cu 및 Ag-2Cu 납땜은 편정 반응이 일어나기에 충분한 CuO를 함유하지 않고, 공정 온도 바로 위까지 냉각될 때, 프로유텍틱(proeutectic) 은 또는 CuO 각각의 작은 양이 용액으로부터 석출하고, 이것은 불균일하게 핵이 생성하여 LSCoF와의 계면을 장식한다고 추정된다. 공정 온도까지 냉각하자 마자, 고체 Ag 및 CuO는 공정 액체로부터 동시에 형성되고, 프로유텍틱 은 및 장식되지 않은 LSCoF 표면 상에 각각 불균일하게 핵이 다시 생성한다. Relevant to the results of the wetting experiments, these micrographs show that the higher coverage of CuO on the LSCoF surface improves the wetting of Ag—CuO solders. The two different CuO morphologies observed in Figures 6 (a) -6 (d) are direct results of miscibility gaps in the Ag-CuO phase diagram. At 1100 ° C. all four braze compositions will form a single phase liquid. However, upon cooling, both Ag-4Cu and Ag-8Cu systems enter the miscibility gap, forming a silver rich and CuO rich liquid phase, while the liquid in Ag-1Cu and Ag-2Cu solders reaches process temperature. Keep single phase until Since the two liquid phases in Ag-4Cu and Ag-8Cu solders are immiscible, they will probably be separated and because of their higher oxide content and consequently lower expected interfacial energy in the MIEC oxide substrate, the CuO rich liquid is preferred. Move to LSCoF and wet. Upon further cooling down to the excitation temperature of 964 ° C, CuO will begin to precipitate out of this liquid, resulting in nucleation at the interface with LSCoF. In doing so, the concentration of silver in the silver rich liquid increases. At process temperatures, solid CuO and Ag will nucleate simultaneously from the remaining liquid. On the other hand, Ag-1Cu and Ag-2Cu solders do not contain enough CuO to cause the braking reaction, and when cooled to just above the process temperature, a small amount of proeutectic silver or CuO precipitates out of solution. , It is assumed that nuclei are generated unevenly and decorate the interface with LSCoF. Upon cooling to the process temperature, solid Ag and CuO are simultaneously formed from the process liquid and nuclei regenerate non-uniformly on proeutectic silver and undecorated LSCoF surfaces, respectively.

납땜/LSCoF 계면에서 LSCoF와의 습윤성과 은 접촉 사이의 합리적인 균형을 나타내고, 그 결과 예상 전도성 때문에, Ag-4Cu 납땜을 전기 테스트를 위한 편리한 개시점으로 선택하였다. 도 7에서는 연속적인 직류 전류의 1.5A 및 정적 외기 하에서 750℃에서 시간의 함수로서 Ag-4Cu/LSCoF 접점의 면적 저항률(ASR) 측정이 도시된다. 접합부를 100시간 동안 이들 조건에서 테스트하였다. ASR의 값은 미가공 데이터로부터 LSCoF 펠렛의 온도 조정 저항을 감하고, 시료에서 2개의 납땜/LSCoF 계면의 존재를 설명하기 위해 이들 보정 값을 2개로 나눔으로써 결정되었다. 샘플은 테스트의 지속 시간 동안 거의 꾸준한 3.3mΩ·㎠의 ASR을 나타낸다. SOFC 상호 연결 적용을 위한 ASR의 허용 한계는 ∼40mΩ·㎠인 것에 일반적으로 합의하고, 이것은 납땜의 LSCoF 접점에서 관찰되는 것보다 더 큰 크기의 정도보다 크다. 도 8에 보이는 바와 같이, 전기적으로 테스트되는 접합부의 금속 조직 조사는 전류가 부가되지 않는 조건하에서 100시간 동안 750℃에서 열 처리되는 시료에 대하여 어떠한 상당한 마이크로구조적 변화도 나타내지 않았다.Ag-4Cu solder was chosen as a convenient starting point for electrical testing because it shows a reasonable balance between wettability with LSCoF and silver contact at the solder / LSCoF interface, and as a result the expected conductivity. 7 shows the area resistivity (ASR) measurements of Ag-4Cu / LSCoF contacts as a function of time at 1.5 A of continuous direct current and at 750 ° C. under static ambient air. The junction was tested at these conditions for 100 hours. The value of ASR was determined by subtracting the temperature adjustment resistance of the LSCoF pellet from the raw data and dividing these correction values by two to account for the presence of two solder / LSCoF interfaces in the sample. The sample shows an almost steady ASR of 3.3 mPa · cm 2 for the duration of the test. It is generally agreed that the tolerance of ASR for SOFC interconnection applications is ˜40 mPa · cm 2, which is greater than the magnitude of the larger than observed at the LSCoF contacts of the solder. As shown in FIG. 8, the metallographic examination of the electrically tested junction did not show any significant microstructural change for the sample heat treated at 750 ° C. for 100 hours under no current application.

본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하고 있지만, 당업자는 본 발명을 벗어나는 일 없이, 이의 넓은 측면에서 많은 변화 및 변형이 실시될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 광범위한 금속, 유리, 납땜 및 세라믹이 채용될 수 있고, 또한, 이러한 재료를 동일 및 다른 것 상의 층에 형성하기 위한 각종의 방법이 채용될 수 있다. 그러므로, 첨부의 청구항은 본 발명의 참된 의도 및 범위 내에 있는 바와 같은 모든 이러한 변화 및 변형을 망라하는 것을 목적으로 한다.While the preferred embodiments of the invention have been shown and described, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and modifications may be made in their broad aspects without departing from the invention. For example, a wide range of metals, glasses, solders, and ceramics may be employed, and various methods for forming such materials in layers on the same and others may also be employed. Therefore, the appended claims are intended to cover all such variations and modifications as fall within the true intent and scope of the present invention.

Claims (27)

a) 알루미나 형성 금속부를 제공하는 단계,a) providing an alumina forming metal part, b) 세라믹부를 제공하는 단계,b) providing a ceramic portion, c) 상기 알루미나 형성 금속부와 상기 세라믹부 사이에 납땜재를 제공하는 단계, 및c) providing a brazing material between the alumina forming metal portion and the ceramic portion, and d) 산화 분위기에서 상기 알루미나 형성 금속부, 납땜재, 및 세라믹부를 가열하는 단계d) heating the alumina forming metal part, the brazing material, and the ceramic part in an oxidizing atmosphere. 를 포함하는 금속-대-세라믹 밀봉(seal)을 제조하는 방법.Method for producing a metal-to-ceramic seal comprising a. 제1항에 있어서, 상기 알루미나 형성 금속부는 고온 스테인리스 강 및 고온 초합금으로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the alumina forming metal portion is selected from the group consisting of high temperature stainless steel and high temperature superalloy. 제2항에 있어서, 상기 고온 스테인리스 강은 듀라포일(Durafoil)(알파-4), 펙랄로이(Fecralloy), 알루미나-코팅된 430 스테인리스 강 및 크로퍼(Crofer)-22APU로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 2, wherein the high temperature stainless steel is selected from the group consisting of Durafoil (alpha-4), Fecralloy, alumina-coated 430 stainless steel and Crofer-22APU. Which is a metal-to-ceramic seal. 제2항에 있어서, 상기 고온 초합금은 하이네스(Haynes) 214, 니크로퍼(Nicrofer) 6025, 및 듀크랄로이(Ducraloy)로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 2, wherein the high temperature superalloy is selected from the group consisting of Haynes 214, Nicrofer 6025, and Ducraloy. . 제1항에 있어서, 상기 납땜재는 금속산화물-귀금속 혼합물로 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the braze material is selected from a metal oxide-noble metal mixture. 제5항에 있어서, 상기 납땜재는 Ag-CuO, Ag-V2O5, 및 Pt-Nb2O5로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 5, wherein the braze material is selected from the group consisting of Ag—CuO, Ag—V 2 O 5 , and Pt—Nb 2 O 5 . 제6항에 있어서, 상기 납땜재는 Pd, Pt, 및 이의 조합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 납땜 온도 상승제를 추가로 함유하는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 6, wherein the braze material further contains a brazing temperature increasing agent selected from the group consisting of Pd, Pt, and combinations thereof. 제7항에 있어서, 상기 납땜 온도 상승제는 상기 납땜재의 10-70몰%로 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.8. The method of claim 7, wherein the brazing temperature increasing agent is selected from 10-70 mole percent of the brazing material. 제6항에 있어서, 상기 납땜재는 V2O5, MoO3, 및 이의 조합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 납땜 온도 강하제를 추가로 함유하는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 6, wherein the braze material further contains a brazing temperature lowering agent selected from the group consisting of V 2 O 5 , MoO 3 , and combinations thereof. 제7항에 있어서, 상기 납땜 온도 강하제는 상기 납땜재의 1-6몰%로 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 7, wherein the brazing temperature lowering agent is selected from 1-6 mole percent of the brazing material. 제6항에 있어서, 상기 납땜재는 CuO 중의 30.65-100몰% Ag인 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 6, wherein the brazing material is 30.65-100 mole% Ag in CuO. 제1항에 있어서, 산화 분위기에서 상기 알루미나 형성 금속부, 납땜재, 및 세라믹부를 가열하는 단계는 500-1300℃ 온도에서 공기 중에서 실시되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 1, wherein the heating of the alumina forming metal portion, the brazing material, and the ceramic portion in an oxidizing atmosphere is performed in air at a temperature of 500-1300 ° C. 3. 제1항 기재의 방법에 의해 형성되는 금속-대-세라믹 밀봉.A metal-to-ceramic seal formed by the method of claim 1. a) 알루미나 형성 금속부를 제공하는 단계,a) providing an alumina forming metal part, b) 알루미나 형성 금속부의 알루미나화된 표면을 형성하기에 충분한 시간 및 온도에서 상기 알루미나 형성 금속부를 가열하는 단계,b) heating the alumina forming metal portion at a time and at a temperature sufficient to form an aluminized surface of the alumina forming metal portion, c) 세라믹부를 제공하는 단계,c) providing a ceramic portion, d) 상기 알루미나 형성 금속부와 상기 세라믹부 사이에 납땜재를 제공하는 단계, 및d) providing a brazing material between the alumina forming metal portion and the ceramic portion, and e) 산화 분위기에서 상기 알루미나 형성 금속부, 납땜재, 및 세라믹부를 가열하는 단계e) heating the alumina forming metal part, the brazing material, and the ceramic part in an oxidizing atmosphere. 를 포함하는 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.Method for producing a metal-to-ceramic seal comprising a. 제14항에 있어서, 상기 알루미나 형성 금속부는 고온 스테인리스 강 및 고온 초합금으로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 14, wherein the alumina forming metal portion is selected from the group consisting of high temperature stainless steel and high temperature superalloy. 제15항에 있어서, 상기 고온 스테인리스 강은 듀라포일(알파-4), 펙랄로이, 알루미나-코팅된 430 스테인리스 강 및 크로퍼-22APU로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The metal-to-ceramic seal of claim 15, wherein the high temperature stainless steel is selected from the group consisting of durafoil (alpha-4), pectalloy, alumina-coated 430 stainless steel, and cropper-22APU. How to prepare. 제15항에 있어서, 상기 고온 초합금은 하이네스 214, 니크로퍼 6025, 및 듀크랄로이로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.16. The method of claim 15, wherein the high temperature superalloy is selected from the group consisting of highness 214, nicroper 6025, and ducralloy. 제14항에 있어서, 상기 납땜재는 금속산화물-귀금속 혼합물로 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 14, wherein the braze material is selected from a metal oxide-noble metal mixture. 제18항에 있어서, 상기 납땜재는 Ag-CuO, Ag-V2O5, 및 Pt-Nb2O5로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.19. The method of claim 18, wherein the braze is selected from the group consisting of Ag-CuO, Ag-V 2 O 5 , and Pt-Nb 2 O 5 . 제19항에 있어서, 상기 납땜재는 CuO 중의 30.65-100몰% Ag인 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.20. The method of claim 19, wherein the braze is 30.65-100 mole% Ag in CuO. 제14항에 있어서, 상기 납땜재는 Pd, Pt, 및 이의 조합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 납땜 온도 상승제를 추가로 함유하는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.15. The method of claim 14, wherein the braze further contains a braze temperature increasing agent selected from the group consisting of Pd, Pt, and combinations thereof. 제21항에 있어서, 상기 납땜 온도 상승제는 상기 납땜재의 10-70몰%로 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.22. The method of claim 21, wherein the brazing temperature raising agent is selected from 10-70 mole percent of the brazing material. 제14항에 있어서, 상기 납땜재는 V2O5, MoO3, 및 이의 조합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 납땜 온도 강하제를 추가로 함유하는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 14, wherein the braze material further contains a brazing temperature lowering agent selected from the group consisting of V 2 O 5 , MoO 3 , and combinations thereof. 제23항에 있어서, 상기 납땜 온도 강하제는 상기 납땜재의 1-6몰%로 선택되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.24. The method of claim 23, wherein the soldering temperature lowering agent is selected from 1-6 mole percent of the brazing material. 제14항에 있어서, 상기 납땜재는 CuO 중의 30.65-100몰% Ag인 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 14, wherein the braze is 30.65-100 mol% Ag in CuO. 제14항에 있어서, 산화 분위기에서 상기 알루미나 형성 금속부, 납땜재, 및 세라믹부를 가열하는 단계는 500-1300℃ 온도에서 공기 중에서 실시되는 것인, 금속-대-세라믹 밀봉을 제조하는 방법.The method of claim 14, wherein heating the alumina forming metal portion, the brazing material, and the ceramic portion in an oxidizing atmosphere is carried out in air at a temperature of 500-1300 ° C. 16. 제14항 기재의 방법에 의해 형성되는 금속-대-세라믹 밀봉.A metal-to-ceramic seal formed by the method of claim 14.
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