KR20070086749A - 일치된 열팽창계수를 갖는 브레이즈 시스템 - Google Patents

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KR20070086749A
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ceramic
cte
filler
composition
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KR1020077014745A
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마이클 씨. 터커
크레이그 피. 자콥슨
루트가드 씨. 드 존게
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더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아
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Abstract

강하고, 가스치밀성인 조인트의 제조에 사용할 수 있는 CTE 변형된 브레이즈 조성물, 여기서 접합 멤버 중 적어도 하나는 세라믹(예를 들면 세마릭 또는 서멧)을 포함한다. 상기 브레이즈 조성물은 세라믹 접합 멤버와 브레이즈 또는 또 다른 접합 멤버 사이의 열팽창계수의 불일치로부터 결과하는 열 응력(thermal stress)을 감소시키기 위해 형성된다. 상기 브레이즈 조성물은 낮은(6 ppm/K 이하) 또는 음의 열팽창계수를 나타내는 하나 이상의 미립자 또는 섬유상 충전재와 혼합된 분말, 페이스트 또는 벌크 형태인 브레이즈 합금을 포함한다. 상기 브레이즈 조성물은 접합 멤버-이들 중 적어도 하나는 세라믹을 포함함-에 사용가능하며, 둘 이상이 멤버를 접합함으로써 제조되는 복합체 멤버에 사용가능하다.

Description

일치된 열팽창계수를 갖는 브레이즈 시스템{BRAZE SYSTEM WITH MATCHED COEFFICIENTS OF THERMAL EXPANSION}
발명의 분야
본원발명은 미립자 또는 섬유상 충전재(fibrous filler)의 첨가에 의해 열팽창계수가 감소된 브레이즈 조성물(braze composition), 상기 조성물의 용도, 및 상기 브레이즈 조성물을 사용하여 둘 이상의 세라믹을 접합하여 제조된 복합체 멤버 또는 세라믹과 금속 멤버에 관한 것이다.
배경
브레이징(Brazing)은 브레이즈 재료(braze material)를 이용하여 물질들을 접합시키기 위하여 광범위하게 사용되는데, 상기 브레이즈 재료는 가열시 용융되어서, 접합될 물질의 표면과 반응하며, 냉각시 결합을 형성하며 브레이즈 재료가 고형화된다. 적절한 브레이즈 재료는 접합될 물질의 표면을 적시고(wet), 상기 물질이 물리적으로 변화하지 않으면서 접합되도록 한다. 이것을 달성하기 위하여, 브레이즈 재료는 일반적으로 접합될 물질의 녹는점에 비하여 더 낮은 온도에서 녹는다. 필수적인 것은 아니나, 가열 및 냉각은 일반적으로 진공 또는 불활성 대기 하에서 수행된다. 브레이즈 재료는 종종 Ag, Au, Cu, Ni, Ti, Pd, Pt, Cr, 및 이들의 합금 에 기초한다. 브레이즈 기초 재료(braze base material)는 또한 결과물인 합금의 다양한 특성을 조절하기 위해 첨가되는 소량의 다양한 또 다른 원소를 포함할 수 있다. 브레이징은 유사하거나 또는 유사하지 않은 물질, 즉 금속 대 금속, 세라믹 대 세라믹, 및 금속 대 세라믹을 접합하는데 효과적으로 사용될 수 있다. 다양한 유형의 금속 대 세라믹 접합이 전구, 골프 클럽, 노(furnace), 반도체 처리 챕버(semiconductor process chamber), 열 보호막 코팅(thermal barrier coating), 연료 전지 및 또 다른 전기화학 소자(electrochemical device), 과학장비 등의 제조에 사용된다.
세라믹에 대한 브레이징에 있어서, 세라믹과 브레이즈 재료 사이의 강한 결합이 형성되도록 하기 위하여 일반적으로 세라믹의 표면을 처리하는 것이 필수적이다. 이는 몇 가지 방법으로 달성될 수 있는데, 상기 방법은 브레이즈 작업 이전에 금속 필름을 세라믹 멤버 상부에 도금하는 방법, 또는 브레이즈 작업 동안 세라믹 표면과 반응하는 원소를 브레이즈 합금 내에 포함하는 방법 등을 포함한다. 반응성 원소에는 흔히 티타늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀 또는 지르코늄이 있다. 상기 반응성 원소는 예를 들면 브레이즈 충전재 상부의 피복층(cladding layer)으로서, 또는 브레이즈 합금의 필수 부분으로서 포함될 수 있다.
흔히 브레이즈 재료 및 접합될 멤버에 대한 열팽창계수(CTE)는 실질적으로 다르다. 세라믹 또는 또 다른 깨지기 쉬운 접합 멤버의 경우에, 상기 열팽창의 불일치는 브레이즈 작업 이후 냉각할 때 또는 조인트의 사용 동안 열 변형할 때 브레이즈/깨지기 쉬운 접합 멤버 경계면 근처에 균열을 발생시키기에 충분한 응 력(stress)을 유발할 수 있다. 상기 균열은 조인트 강도(joint strength), 수명 및 가스-기밀성과 같은 조인트의 바람직한 특성에 해로울 수 있다. 브레이즈 합금의 열팽창계수와 접합 멤버의 열팽창계수 사이, 또는 접합 멤버들의 열팽창계수 사이의 불일치가 존재하는 경우, 균열이 증가할 수 있다.
열 응력(thermal stress)을 감소시키는 미립자 충전재를 갖는 브레이즈 재료가 제안되었다. 예를 들면 Makino et al., (US 6,390,354 및 US 6,742,700)은 알루미나 접합 멤버 내의 균열을 방지하기 위하여 알루미나의 CTE와 충분히 잘 일치하는 CTE를 갖는 알루미나-충전된 브레이즈를 개시한다. 그렇지만, 세라믹 입자의 표면은 브레이즈 재료와의 젖음(wetting)을 강화하기 위해 금속-도금을 요구하고, 미립자 알루미나 충전재는 접합 부피의 최대 90%를 채우는데, 이는 조인트의 전기 전도도를 감소시키며, 많은 응용에 있어 조인트 성능에 부정적인 영향을 미친다. 더욱이, 알루미나는 YSZ와 같은 많은 다른 세라믹보다 파쇄하기 쉽지 않으며, 많은 시험은 알루미나-충전된 브레이즈 재료가 균열 없이 YSZ에 접합하기에 적합하지 않음을 나타낸다.
따라서, 균열이 발생하는 물질 즉 세라믹이 접합 멤버로 사용될 때, 강하고 가스-기밀성 있는 조인트를 제공할 수 있는 개량된 브레이징 조성물에 대한 수요가 존재한다.
발명의 요약
한 양상에 있어서, 본원발명은 강하며 가스-기밀성 있는 조인트 제조에 사용될 수 있는 복합 브레이즈 조성물(composite braze composition)에 관계하는데, 여기서 접합 멤버 중 적어도 하나는 세라믹(예를 들면 세라믹 또는 서멧[cermet])을 포함한다. 세라믹 접합 멤버와 브레이즈 사이의 열팽창계수의 불일치 또는 또 다른 접합 멤버들 사이의 열팽창계수의 불일치로부터 결과하는 열 응력을 감소하도록 브레이즈 조성물이 형성된다. 상기 브레이즈 조성물은 낮은(즉 6 x 10-6/K 이하) 또는 음(negative)의 열팽창계수를 나타내는 하나 이상의 섬유상 충전재 또는 하나 이상의 미립자와 혼합된 분말, 페이스트 또는 벌크 형태의 브레이즈 합금을 포함한다. 접합 멤버들-이들 중 적어도 하나는 세라믹을 포함함-에 대한 상기 브레이즈 조성물의 용도, 및 브레이즈 조성물을 사용하여 둘 이상의 멤버들-이들 중 적어도 하나는 세라믹을 포함함-을 접합함으로써 제조된 복합 멤버에 대한 상기 브레이즈 조성물의 용도가 또한 제공된다.
구체예에 있어서, 약 8 x 10-6/K 내지 15 x 10-6/K, 또는 적어도 10 x 10-6/K의 CTE를 가지며 접합될 적어도 하나의 세라믹-함유 멤버, 예를 들면 10.5 x 10-6/K의 CTE를 갖는 세라믹 YSZ의 CTE에 일치하도록 상기 브레이즈 재료가 형성된다. 여기서 열팽창계수(CTE)는 온도 변화 당 바(bar)의 길이 비율 변화인 길이열팽창계수를 의미한다. 이것은 전형적으로 켈빈 온도 당 100만분의 1 (10-6/K 또는 ppm/K)로 측정된다. "일치"라는 용어는 브레이즈 재료의 CTE와 세라믹-함유 멤버(예를 들면 세라믹 또는 서멧)의 CTE가 충분히 근사하여 강력한 접합이 상기 두 물질 사이에 형성될 수 있으며 세라믹-함유 멤버는 브레이징 작용의 결과로서 균열되지 않음을 의미한다. 본원발명에 따르는 브레이즈 재료는 접합될 세라믹-함유 재료의 CTE와 50% 이하로 차이가 있는 CTE를 가지며 바람직하게는 접합될 재료와 20% 이내, 10% 이내, 또는 5% 이내의 CTE를 갖는다. 따라서, 구체예에서, 적절한 브레이즈 재료는 약 8 ppm/K 내지 15 ppm/K, 예를 들면 약 10 ppm/K 또는 약 12 ppm/K의 CTE를 가져야 한다. 본원발명의 다양한 구체예에서, 브레이즈 재료는 최대 900℃에서 구조적 안정성을 가질 것이다.
바람직한 브레이즈 재료는 또한 티타늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀 및 지르코늄을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 반응성 원소를 함유하며, 여기에 제한되는 것은 아니다. 상기 반응성 원소는 세라믹 재료의 표면과 반응하여, 세라믹 재료에 대한 브레이즈 재료의 젖음(wetting) 및 결합을 증진시킨다. 따라서 브레이징에 앞서 세라믹 접합 멤버의 금속화(metallizing) 발생 없이, 강한 브레이즈/세라믹 결합이 생성될 수 있다.
브레이즈 충전재 재료는 낮은(예를 들면 6 x ppm/K 이하의 CTE를 갖음) 또는 음(negative)의 열팽창계수를 갖는 물질 그룹으로부터 선택된다. 상기 충전재 재료는 일반적으로 산소-함유 화학종이다. 많은 구체예에서, 브레이즈 재료 내 충전재의 양은 브레이즈 재료의 바람직한 특성에 불리한 영향을 미치지 않도록 하기 위하여 가능한 낮게 유지되어야 한다. 예를 들면, 아래에서 설명하는 바와 같은 전기 전도도가 연료 전지 조인트 내 브레이즈에 바람직하다. 따라서, 충전재의 부피 비율은 50% 미만, 또는 30% 미만, 예를 들면 약 20-30%이어야 한다. 매우 낮은(예를 들면 0 또는 음) CTE 충전재에 대하여, 약 8 ppm/K 내지 15 ppm/K의 낮은 복합 CTE를 달성하기 위해 요구되는 충전재의 부피 비율은 10% 미만일 수 있다.
한 양상에 있어서, 본원발명은 벌크재료(bulk material)와 CTE 감소 충전재를 포함하는 브레이징 조성물에 관계한다. 벌크 브레이즈 재료는 전형적으로 Ag, Au, Cu, Ni, Ti, Pd, Pt, Cr, 또는 이들의 합금일 수 있다. 많은 응용에 있어서 특히 Ag 또는 Ni 금속 또는 합금이 특히 선호된다. 상기 충전재의 CTE는 6 x 10-6/K 이하이다. 상기 브레이즈 조성물의 CTE는 일반적으로 약 8x10-6/K 내지 15x10- 6/K이다. 바람직한 구체예에서, 세라믹 접합 멤버에 대한 브레이즈 조성물의 젖음(wetting)을 촉진하여 세라믹의 사전 처리를 불필요하게 하는 반응성 원소 재료가 또한 포함된다.
또 다른 양상에서, 브레이즈 조성물은 세라믹 또는 서멧을 금속, 세라믹, 서멧, 유리-세라믹 또는 또 다른 재료에 접합시키기 위해 사용될 수 있다. 특히, 본원발명은 8 ppm/K 이상, 또는 적어도 10 ppm/K, 예를 들면 약 8 ppm/K 내지 12 ppm/K의 CTE를 갖는 세라믹으로 구성된 접합 멤버에 적용가능하다. 구체예에서, 접합된 세라믹 또는 서멧은 이온 전도성일 수 있다. 예를 들면 YSZ는 10.5 ppm/K의 CTE를 갖는 이온 전도성 세라믹일 수 있다. 한 구체예에서, YSZ는 본원발명에 따르는 브레이즈에 의해 금속에 접합될 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1은 본원발명의 특유한 실시를 도시하는데, 여기서 CTE 변형된 브레이즈 조성물은 전기화학 전지에서 세라믹과 금속 멤버를 접합하기 위해 사용된다.
도 2는 고체 산화물 연료 전지를 밀봉하기 위한 본원발명의 CTE 변형된 브레이즈 조성물, 복합체 및 방법을 도시한다.
도 3A-C는 본원발명에 따르는 CTE 변형된 브레이즈 조성물(3B-C) 내의 다양한 양의 낮은-CTE 충전재 입자를 포함하는 브레이즈 조인트의 광학 현미경에 의한 횡단면을 도시한다.
도 4A-B는 YSZ 및 Ni-YSZ-함유 복합체의 열 순환(thermal cycling) 이후 본원발명에 따르는 CTE 변형된 브레이즈/기판 경계면의 광학 현미경에 의한 횡단면을 도시한다.
발명의 설명
본원발명의 특정 구체예에 대한 상세한 참조문헌이 제시될 것이다. 특정 구체예의 예들이 수반하는 도면에서 설명된다. 본원발명이 특정 구체예와 결합하여 설명되는 반면, 본원발명이 상기 구체예에 제한되는 것은 아니라는 점이 이해될 것이다. 이와 반대로, 첨부된 청구항의 범위에 속할 수 있는 양자 택일적 사항, 변형, 및 대응물을 포함할 수 있다. 다음의 설명에서, 수많은 구체적 상세 사항이 본원발명의 충분한 이해를 제공하기 위하여 제시된다. 본원발명은 상기 구체적 상세 사항 없이 실시될 수 있다. 또한, 본원발명을 불필요하게 불명확하게 하지 않기 위해 공지된 공정 작업은 상세히 설명되지 않았다.
본원발명은 고체 산화물 연료 전지 밀봉 분야에서 개발되었으며, 본원발명에서 상기 분야에 관하여 주로 설명된다. 그렇지만, 본원발명이 상기 분야에 제한되는 것은 아니며, 그 대신에 브레이징 재료가 사용되는 곳이면 어느 분야에서도 적용될 수 있음이 이해되어야 한다. 본원발명은 특히 세라믹, 예를 들면 YSZ, 또는 서멧, 예를 들면 Ni-YSZ와 같은 적어도 하나의 깨지기 쉬운(낮은 CTE) 물질을 포함하는 조인트에 적용 가능하다.
고체 산화물 연료 전지 내에서 세라믹-함유 및/또는 금속 부분을 접합하는 브레이즈 재료에 대한 요구 조건은 다음과 같다; (i) 상기 재료는 젖고(wet) 접합 멤버에 결합하며, (ii) 브레이징 이후 그리고 사용 도중에 균열-없는 조인트를 제공하며, (iii) 상호 연결된 구멍이 없는 조인트를 제공하며, (iv) 연료 및/또는 산화 환경에서 안정하며, (v) 연료 전지의 또 다른 재료를 오염시키는 속성이 없으며, 그리고 금속-금속 조인트에서 (vi) 높은 전기 전도도를 갖는다.
한 양상에서, 본원발명은 낮은 또는 음(negative)의 열팽창계수 물질의 섬유 또는 충전재 입자와 혼합된 합금 또는 브레이즈 금속을 제공한다. 상기 입자 또는 섬유를 브레이즈 합금에 충전하는 본원발명은 결과물인 매트릭스의 전체 열팽창계수를 감소시킨다. 이는 충전되지 않은 브레이즈 합금보다 더 낮은 열팽창계수를 갖는 세라믹과 같은 멤버를 접합할 때 개량된 조인트를 제공한다. 상기 충전된 브레이즈는 또한 열팽창계수가 실질적으로 상이한 두 개의 서로 다른 유형의 멤버의 접합과 관련된 응력을 감소시킬 수 있다.
표 1은 다양한 대표적인 물질의 대략적인 열팽창계수(CTE)를 나타낸다.
물질 기능 CTE (ppm/K)
니켈 430 강(steel) 알루미나 세라믹 YSZ 세라믹 접합 멤버 접합 멤버 접합 멤버 접합 멤버 18.3 10.4 7.5 10.5
구리 은 브레이즈 베이스 브레이즈 베이스 19.4 20.6
YSZ 알루미나 알루미늄/마그네슘 티타네이트 지르코늄 텅스테네이트 충전재 충전재 충전재 충전재 10.5 7.5 0-5 -11
참조: 낮은 그리고 음(negative)의 CTE 물질에 대한 CTE는 온도 및 입자/알갱이 크기에 실질적으로 의존한다. 예를 들어 알루미늄/마그네슘 티타네이트는 낮은 CTE를 달성하기 위하여 <100um의 입자 크기로 제한되어야 한다. CTE는 또한 Al/Mg 비율에 따라 다소 변화한다(Giordano et al. J. European Ceramic Society 22 (2002) 181 1-1822). 지르코늄 텅스테네이트는 증가된 온도에서 음의 CTE를 나타내지만, 실온에서의 CTE는 거의 0 ppm/K이다(Chu et al. Materials Science and Engineering 95 (1987)303-308).
상기 표는 브레이즈된 조인트를 형성하기 위해 사용될 수 있는 다양한 재료에 대한 광범위한 CTE가 존재함을 나타낸다. 다양한 접합 멤버 조합이 고안될 수 있는데, 세라믹-함유 재료(세라믹, 서멧)와 세라믹, 서멧, 금속, 유리, 유리-세라믹(예를 들면 MACOR)의 조합, 및 복합체, 예를 들면 서로 다른 CTE를 갖는 두 세라믹, 서로 다른 CTE를 갖는 두 서멧, 서로 다른 CTE를 갖는 금속과 세라믹, 서로 다른 CTE를 갖는 금속과 서멧, 및 유사한 CTE를 갖는 금속과 세라믹 또는 서멧을 포함한다. 상업적으로 구입가능한 브레이즈 재료는 전형적으로 15-22 ppm/K의 CTE를 나타낸다. 이는 대부분의 세라믹 재료의 CTE보다 훨씬 더 크며, 전통적인 브레이즈합금과 접합되는 세라믹의 균열을 유발할 수 있다.
낮은 CTE를 갖는 충전재와 혼합된 브레이즈 합금은 브레이즈의 CTE와 충전재의 CTE 사이의 CTE를 갖게 될 것으로 예상되는 복합 재료를 형성한다. 예상되는 CTE의 측정으로서, 부피 백분율에 따른 CTE의 선형 조합이 사용될 수 있다. 예를 들면, 은과 알루미나의 60:40 부피 비율 혼합물은 근삿값으로 (0.60x20.6)+(0.40x7.5)= 15.4 ppm/K의 CTE를 갖는다. 명백히, 이것은 세라믹 이트륨 안정화된 지르코니아(YSZ)의 CTE보다 훨씬 더 크다. 본원발명에 따라, YSZ에 대한 브레이징을 위한 더 우수한 혼합물은 60:40의 은:알루미늄 티타네이트인데, 이것은 약 (0.60x20.6)+(0.4xl)=12.8 ppm/K의 CTE를 갖는다. 그러므로, 대부분 균열을 일으키는 경향이 있는 접합 멤버의 CTE와 브레이즈 혼합물의 CTE를 일치시키는 것은 충전재 동일성과 함량의 조합을 선택함으로써 달성될 수 있다.
많은 양의 충전재 첨가는 브레이즈 혼합물의 다른 양상, 예를 들면 분배(spreading) 및 브레이징 동안 접합 멤버에 결합하는 능력; 및 다공도, 전도도, 연성, 및 작업 동안의 안정성 등에 불리한 영향을 미칠 수 있으므로 주의를 기울여야만 한다. 그러므로, 작업 조건에서 충전재의 안정성, 베이스 브레이즈 합금 및 접합 멤버와 충전재의 화학적 상용성 등을 고려하여, 가장 낮은 CTE를 갖는 충전재를 선택하는 것이 바람직하며, 그 결과 낮은 CTE를 달성하기 위해 가능한 가장 소량이 사용될 수 있다.
충전재 및 브레이즈 합금은 다음과 같은 다양한 방법으로 결합될 수 있으며, 여기에 제한되는 것은 아니다: 충전재와 분말 브레이즈 합금을 혼합하고 그 혼합물을 조인트에 도포하는 방법; 충전재를 조인트에 채우고 그 후 브레이즈 합금을 녹여 조인트에 넣는 방법; 충전재와 브레이즈를 미리 함께 용융시켜 이들의 복합체를 생성하고, 냉각한 후, 결과물인 복합체를 조인트에 도포하는 방법; 예를 들어 롤 프레스, 압출 장치 등에서 함께 전단함으로써 고체 브레이즈 합금과 충전재를 함침하는 방법 등이다. 브레이즈 재료는 또한 건조 브레이즈 분말을 테르피네올과 같은 유기 용매와 혼합함으로써 페이스트로서 작용하게 하여, 접합 위치에 도포될 수 있다.
한 구체예에서, 브레이즈 합금은 티타늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀 및 지르코늄을 포함하는 그룹(여기에 제한되는 것은 아님)에서 선택되는 적어도 하나의 반응성 원소를 함유한다. 상기 반응성 원소는 세라믹 재료의 표면과 반응하여, 젖음(wetting) 및 브레이즈 재료의 세라믹에 대한 결합을 촉진한다. 따라서 브레이징 이전에 세라믹 접합 멤버의 금속화 없이 강한 브레이즈/세라믹 결합이 생성될 수 있다. 상기 반응성 원소는 직접 브레이즈 합금에 넣어질 수 있거나(예를 들면 Ag-Cu-Ti 합금), 또는 반응성 원소 자체의 분말로서 또는 반응성 원소의 수소화물로서 첨가될 수 있다(예를 들면 Ag-Cu 합금과 Ti 또는 TiH2 분말의 혼합물). 상기 두 방법은 동시에 사용될 수 있는데; Ag-Cu-Ti 합금 및 Ti 분말의 혼합물이 브레이즈 되었다. Ti 분말의 첨가는 세라믹 표면의 젖음(wetting)을 다소 개선하고, TiH2 분말의 첨가는 젖음(wetting)을 크게 개선하는 것으로 밝혀졌다. 이는 Ti는 반응하는 물질에 대하여 자연 산화물 스케일을 가지며, 반면에 TiH2는 브레이즈 작업 동안 분해되어 H2 및 새로우며 매우 반응성인 Ti를 방출할 것이기 때문이다. 또 다른 반응성 원소(하프늄, 바나듐, 니오븀, 지르코늄, 등.) 또한 분말 또는 분말 수소화물로서 사용 가능하다.
브레이즈 충전재 재료는 낮은(예를 들면 6 ppm/K 이하의 CTE를 가짐) 또는 음(negative)의 열팽창 물질의 그룹으로부터 선택된다. 충전재 재료는 종종 산소-함유 화학종이며, 항상 그렇지는 않다. 특정 구체예가 이하에서 제시된다. 많은 구체예에서, 브레이즈 재료 내 충전재의 양은 브레이즈 재료의 바람직한 특성에 불리한 영향을 미치지 않도록 가능한 낮게 유지되어야 한다. 예를 들면, 아래에서 설명하는 바와 같이, 연료 전지 밀봉에서 브레이즈 내 전기 전도도가 바람직하다. 따라서, 충전재의 부피 비율은 50% 미만, 또는 30% 미만, 예를 들면 약 20-30%이어야 한다. 매우 낮은(예를 들면 0 또는 음) CTE 충전재의 경우, 약 8 ppm/K 내지 15 ppm/K의 낮은 복합체 CTE를 달성하기 위해 필요한 충전재의 부피 비율은 10% 미만일 수 있다.
바람직하게는, 브레이즈 합금 내 반응성 원소는 충전재 재료의 표면과 반응할 것이다. 따라서 충전재 재료와 브레이즈 합금의 젖음(wetting)을 확보하기 위하여 충전재 재료가 브레이징 이전에 처리될 필요가 없다. 상기 재료를 사용하여, 단일의 브레이즈 작업은 (i)모합금(parent alloy)에 비하여 열팽창계수가 감소하고, (ii) 세라믹 멤버에 강하게 결합한, 구멍이 없는 복합 브레이즈 재료의 생산을 충족할 것이다. 더욱이 세라믹 접합 멤버는 브레이즈/세라믹 경계면 근처에서 균열을 발생하지 않을 것이다.
더 많은 반응성 원소의 첨가는 브레이즈 조인트 내 더 큰 부피의 충전재 사용을 가능하게 한다. 예를 들면, Ticusil (Ag-Cu-Ti) 상업용 브레이즈에 의해 공급될 수 있으며 충전재 및 세라믹 접합 멤버에 대하여 우수한 젖음(wetting)을 나타내는 Al2TiO5 충전재의 양은 약 25%이다. 브레이즈 혼합물에 TiH2를 첨가함으로써, 우수한 젖음(wetting)을 나타내는 약 30%의 충전재를 갖는 조인트가 형성되었다.
몇몇 낮은- 또는 음의-CTE 재료는 본원발명에 따르는 충전재로서 적합하다. 이러한 적절한 충전재의 비독점적 목록이 아래에 제시된다:
낮은 CTE: Al2TiO5 및 Al2TiO5-MgTi2O5 고용체 (Al2 (1-X)MgxTi(i+X)O5); CTP 족 (가능한 다양한 원자 치환을 갖는 CaTi4P6O24에 기초함; 및 NZP족 (가능한 다양한 원자 치환을 갖는 NaZr2P3O12에 기초함. 상기 족들의 구체 예는: Ca1 - xSrxZr4P6O24, Ln1/3Zr2(PO4)3 (Ln=La,Gd)이다. 일부 치환된 예는: Na(1+X)Zr2P(3-x)Six012를 산출하는 Si-for-P, Ca1 - xSrxZr4P6O24를 산출하는 Zr-for-Ti 및 Sr-for-Ca, 및 NaZr2P3O12 내 (Mg,Ca,Sr, or Ba)-for-Na이다.
음의 CTE: 단축-신장된 Ni-Ti 합금; Sc2(WO4)3 족; Sc2(MoO4)3 족; ZrW2O8; PbTiO3; TaVO5; Ta2O5-WO3 고용체; HfO2-TiO2 고용체; 및 LiO2-Al2O3-SiO2 화합물.
브레이징 조성물을 사용하여 둘 이상의 세라믹-함유 또는 세라믹-함유 및 금속 멤버를 접합하여 제조된 복합체 멤버에 있어서, 전체 브레이즈 조인트가 낮은- 또는 음의-CTE 재료로 채워질 필요가 없다. 단지 세라믹 또는 서멧 접합 멤버 또는 멤버들에 이웃하고 상기 접합 멤버들과 가깝게 접촉하는 브레이즈 부분만이 변형된 CTE를 가질 필요가 있다. 예를 들면, 본원발명의 한 구체에어서, CTE 변형된 브레이즈 조성물은 전기화학 전지, 예를 들면 고체 산화물 연료 전지(SOFC)에서 세라믹과 금속 멤버을 접합시키기 위해 사용된다. 도 1의 개략도에 있어서, 충전재는 브레이즈 조인트의 반 미만으로 첨가되고, 여기서 이것은 세라믹(예를 들면 이트륨-안정화된 지르코니아(YSZ)) 멤버와 접촉한다. 브레이즈의 상단 부분은 충전재를 거의 또는 전혀 갖지 않는다. 이는 충전재가 고가이거나, 또는 충전재의 첨가가 브레이즈의 전도도를 감소시킬 때 유리할 수 있다. 설명되는 예에 있어서, 금속 시트와 다공성 금속 사이의 브레이즈를 통하는 통로에서 높은 전도도를 유지하는 것이 바람직하다. 충전재는 조인트의 특정 부분에 위치될 수 있거나, 또는 충전재의 농도가 조인트를 통하여 점차 조절되어, 점진적 구조를 형성할 수 있다.
실시예
다음의 실시예는 본원발명에 따르는 구체적 실시의 양상 및 특징을 기술하고 설명한다. 아래 실시예는 단지 대표적인 것이며, 본원발명이 본 실시예에 의해 제시되는 상세 사항에 의해 제한되는 것은 아니다.
다음의 브레이즈 재료(브레이즈/충전재 혼합물)는 도 2에 도시되어 있는 고체 산화물 연료 전지의 밀봉을 위해 개발되었다.
브레이즈는 금속 및 이트륨-안정화된 지르코니아 세라믹(YSZ)과 접촉하는데, 상기 둘 모두는 다공성이거나 또는 치밀(dense)할 수 있다. 브레이즈 재료에 대한 요구 조건은 다음과 같다: 상기 재료는 (i) 젖고(wet) 접합 멤버에 결합하나, YSZ 표면을 가로질러 분산되지는 않으며, (ii) 브레이징 이후 그리고 사용 도중에 균열-없는 조인트를 제공하여 공기와 연료가 혼합되지 않으며, (iii) 상호 연결된 구멍이 없는 조인트를 제공하여 공기와 연료가 혼합되지 않으며, (iv) 연료 및 산화 환경(공기)에서 안정하며, (v) 연료 전지의 또 다른 재료를 오염시키는 속성이 없으며, 그리고 (vi) 높은 전기 전도도를 가져서 전자가 다공성 금속과 금속시트 사이를 효율적으로 이동할 수 있도록 한다.
Ag-Cu-Ti 또는 Ag-Ti 합금 및 알루미늄/마그네슘 티타네이트의 혼합물을 포함하는 브레이즈 재료를 사용함으로써, 균열-없는, 비다공성의, 잘 결합된 조인트가 430 스테인리스 강과 YSZ 사이에서 수득되었다.
도 3A-C는 다양한 양의 낮은-CTE 충전재 입자를 포함하는 브레이즈 조인트의 횡단면을 도시한다(도 3A는 충전재 없이 YSZ와 강을 접합하는 브레이즈를 나타낸다; 도 3B는 10%의 알루미늄 티타네이트 충전재를 가지면서 YSZ와 강을 접합하는 브레이즈를 나타낸다; 도 3C는 10%의 알루미늄 티타네이트 충전재를 가지면서 YSZ와 강을 접합하는 브레이즈를 나타낸다). CTE 변형된 브레이즈 조성물은 10-80 μm Al2TiO5 (알루미늄 티타네이트) 충전재와 브레이즈 금속을 혼합함으로써 제조되었다. 브레이즈 조성물은 68.8Ag-26.7Cu-4.5Ti 합금 분말이었다(Ticusil, Morgan Advanced Ceramics의 등록된 상표임). 브레이즈 금속 분말과 충전재 분말의 물리적 혼합물을 430 스테인리스 강과 YSZ 시트 사이에 샌드위치 시킴으로써 브레이즈 조인트가 생성되었다. 샘플들은 그 후 2psi 아르곤 환경의 진공 노에 놓여졌으며 5분 동안 870℃까지 가열되었고, 분당 10℃의 가열 및 냉각 속도로 조인트를 생성하였다.
모든 경우에 있어서, 브레이즈 재료는 강 및 YSZ 표면을 적셨으며(wet), 강한 경계면을 갖는 균일한 조인트를 제공하였다. 광학 현미경 사진에 제시된 바와 같이, 0% 또는 10% Al2TiO5 충전재의 경우 YSZ 멤버는 분명히 균열되었다. 20% Al2TiO5를 갖는 조인트는 균열이 없다. 결론적으로 상기 양의 충전재 첨가는 브레이즈의 CTE를 YSZ의 CTE에 근사하게 충분히 낮추어서 브레이징 이후 조인트 내 과도한 잔류 응력을 제거하였다는 결론을 내릴 수 있다. 조인트는 또한 다공성 공간을 전혀 갖지 않는다.
또 다른 실시예에서, 25 vol% Al2TiO5로 채워진 Ticusil가 치밀한 YSZ 및 다공성 Ni-YSZ 기판의 표면에 브레이즈되었다. 브레이징 이후, 샘플들은 열적으로 순환되었다. YSZ 샘플은 100-700℃ 사이를 약 400℃/min으로 매우 빠르게 순환되었다. Ni-YSZ 샘플은 350-700℃ 사이를 10℃/min으로 순환되었다.
도 4A-B는 열적 순환 이후 브레이즈/기판 경계면의 광학 현미경에 의한 횡단면 사진을 도시한다. 기판에 균열이 없으며, 브레이즈/기판 경계면에서의 층분리(delamination)도 탐지되지 않았다. 이는 상기 양만큼의 충전재 첨가가 YSZ 및 Ni-YSZ의 CTE에 가깝게 브레이즈의 CTE를 충분히 낮추어서 열적 순환 동안 손해를 끼지는 수준의 응력을 방지함을 나타낸다.
Ti-함유 브레이즈 합금이 YSZ와 같은 세라믹에 대하여 반응을 나타낸다는 것은 공지이다. 이는 YSZ가 브레이징 이전에 금속화될 필요가 없으며; 브레이징 동안 Ti가 YSZ 표면과 반응하고, 따라서 YSZ 표면에 대한 브레이즈의 젖음(wetting) 및 결합을 촉진함을 의미한다. 전술한 도면의 사진에서 얇은, 그레이 Ti-풍부 반응 층이 브레이즈/YSZ 경계면에서 관측가능하다. 상기 반응 층은 우수한 결합을 위해 중요하다. 유사한 반응 층이 Al2TiO5 입자의 표면에 존재한다 (브레이즈 층의 검은 점). 충전재 표면과 브레이즈 합금 내 Ti 사이의 반응은 충전재 표면에 대한 브레이즈 합금의 젖음 및 결합을 확보하기 위하여 충전재가 브레이징 이전에 금속화될 필요가 없음을 의미한다.
충전재의 양이 증가함에 따라, YSZ/브레이즈 경계면에서의 반응 층의 두께는 감소한다. 본원발명이 본 설명에 제한되는 것이 아니며, 이는 Ti가 충전재-브레이즈 반응에서 다 써버려 져서 그 결과 YSZ 표면과 반응할 수 없기 때문인 것으로 여겨진다. 이는 중요한 의미를 갖는다. 30% 이상의 충전재 수준에 대하여, YSZ에 대한 약한 결합이 수득되었거나 또는 결합이 수득되지 않았다. 이는 충전재 표면에서 다 써버려 져서, 충분한 Ti가 YSZ 표면과 반응할 수 없기 때문인 것으로 여겨진다. 브레이즈 금속 혼합물에 더 많은 Ti의 첨가는 더 높은 수준의 충전재가 사용되는 것을 허용하며, 반면에 여전히 YSZ 멤버에 대한 우수한 결합을 생성한다. 10% 이하의 충전재 수준에 대하여, 조인트에 함유된 과량의 Ti가 존재한다(YSZ 표면과 반응할 수 있는 양 이상). 과량의 Ti는 YSZ의 표면을 따라서 조인트로부터 빠져나간다. 이것은 바람직하지 않은데, 왜냐하면 Ti는 연료전지의 또 다른 부분으로 이동할 수 있으며, 여기서 전지의 작동을 방해할 수 있기 때문이다. 그러므로, Al2TiO5 충전재는 브레이즈 조인트의 CTE를 감소시킬 뿐만 아니라, 조인트 내 과량이 Ti를 격리시키는 것을 돕는다. 이러한 효과는 광범위한 종류의 세라믹 충전재 재료에 대하여 예상된다. 이러한 결과는 세라믹 멤버 또는 과량의 반응성 원소에 대한 약한 결합을 방지하기 위하여 반응성 원소의 양 및 충전재의 수준이 적절하게 선택되어야 함을 나타낸다. Ticusil/Al2TiO5의 경우, 15-25% Al2TiO5가 상기 바람직하지 않은 결과를 방지하기에 적절한 범위이다. 충전재의 입자 크기는 충전재 입자의 표면을 코팅하는데 사용되는 반응성 원소의 양에 영향을 미치는데: 더 작은 입자는 부피당 더 많은 코팅 표면적을 갖는다. 그러므로 입자 크기는 반응성 원소와 충전재 재료의 균형을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 본원발명에 기술된 실시예는 약 10-100 μm (평균 28 μm)의 입자를 사용하였다.
Al2TiO5의 낮은 CTE는 비교적 낮은 충전재 부과에서 세라믹 접합 멤버와의 충분한 CTE 일치를 가능하게 한다. 대부분의 선행 기술은 20% 초과의 충전재 수준을 사용한다. 낮은 충전재 수준은 브레이즈 복합체의 전기 및 열 전도도가 높게 유지될 것을 의미하는 점에서, Al2TiO5를 사용하는 장점이다.
충전재의 수준이 증가함에 따라, 결과물인 조인트의 두께가 증가함을 유의하라. 더 적은 브레이즈 복합체가 사용된다면 더 얇은 조인트가 생성될 것이다. 그렇지만, 몇몇 응용에서, 충전재를 사용하여 조인트 두께를 조절하는 능력은 장점일 수 있다.
결론
그러므로, 본원발명은 브레이즈된 복합체와 같은, 브레이징에 의해 접합될 세라믹 멤버의 CTE와 일치하도록 감소된 CTE를 갖는 브레이즈 재료, 및 이와 관련된 브레이징 방법을 포함한다. 본원발명은 고체 산화물 연료 전지에서의 밀봉으로서 브레이즈와 관련되어 주로 설명되지만, 이것에 제한되는 것은 아니다. 본원발명의 CTE 변형된 브레이즈 재료 및 방법은 광범위한 기술 분야-세라믹, 서멧 또는 금속 및 세라믹/서멧 조인트가 요구되는 모든 분야-에서 복합체를 형성하는 접합멤버에 사용될 수 있다. 실시예는 다음을 포함한다: 연료 전지 및 또 다른 전기화학 소자(electrochemical devices), 노(furnaces), 반도체 처리 챕버(semiconductor process chambers), 열 보호막 코팅(thermal barrier coatings), 과학장비, 전구, 의료 임플란트 및 골프 클럽.
비록 전술한 발명이 명확한 이해를 위하여 몇몇 상세한 사항으로 기술되었지만, 일정한 변형 및 수정이 첨부되는 청구항의 범위 내에서 발생할 수 있음은 명백 할 것이다. 본원발명의 방법 및 조성물의 실시에 많은 대안적인 수단이 있을 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 본원의 구체예는 실례로서 간주되어야 하면 제한적일 수는 없으며, 본원발명은 본원에 제시된 상세 사항에 제한되는 것은 아니다.
본원에서 인용된 모든 문헌은 참조문헌으로 편입된다.

Claims (41)

  1. 벌크 브레이즈 금속 또는 합금 재료; 및
    6 ppm/K 이하의 열팽창계수를 갖는 하나 이상의 미립자 또는 섬유상 브레이즈 충전재
    를 포함하는 브레이즈 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 브레이즈 충전재 중 적어도 하나는 0 내지 5 ppm/K의 열팽창계수를 가짐을 특징으로 하는 브레이즈 조성물.
  3. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 브레이즈 충전재는 티타네이트(titanate)임을 특징으로 하는 브레이즈 조성물.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 하나 이상의 브레이즈 충전재는 알루미늄 티타네이트임을 특징으로 하는 브레이즈 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 브레이즈 충전재 중 적어도 하나는 음(negative)의 열팽창계수를 가짐을 특징으로 하는 브레이즈 조성물.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 하나 이상의 브레이즈 충전재는 지르코늄 텅스테네이 트(tungstanate)임을 특징으로 하는 브레이즈 조성물.
  7. 제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 세라믹 젖음(wetting) 반응성 원소를 더욱 포함함을 특징으로 하는 브레이즈 조성물.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 젖음(wetting) 반응성 원소는 티타늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀 및 지르코늄으로 구성된 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 브레이즈 조성물.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브레이즈 조성물은 8 ppm/K 내지 15 ppm/K의 CTE를 가짐을 특징으로 하는 브레이즈 조성물.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 벌크 브레이즈 재료는 Ag, Au, Cu, Ni, Ti, Pd, Pt, Cr 및 이들의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 브레이즈 합금.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 최대 900℃에서 구조적으로 안정함을 특징으로 하는 브레이즈 조성물.
  12. 세라믹을 포함하는 제1 접합 멤버;
    제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따르는 브레이즈 조성물을 포함하는 브레이즈;
    상기 브레이즈 조성물에 의해 제1 접합 멤버에 접합되는 제2 접합 멤버
    를 포함하는 복합체.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 제1 접합 멤버는 세라믹임을 특징으로 하는 복합체.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 제1 접합 멤버는 서멧(cermet)임을 특징으로 하는 복합체.
  15. 제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 접합 멤버는 세라믹, 서멧, 금속 및 유리-세라믹으로 구성된 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 복합체.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 제1 접합 멤버는 세라믹이며 상기 제2 접합 멤버는 금속임을 특징으로 하는 복합체.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제1 접합 멤버는 YSZ이며 상기 제2 접합 멤버는 스테인리스 강임을 특징으로 하는 복합체.
  18. 제 12항에 있어서, 상기 제1 접합 멤버는 서멧이며 사익 제2 접합 멤버는 유리-세라믹임을 특징으로 하는 복합체.
  19. 제 18항에 있어서, 상기 제1 접합 멤버는 Ni-YSZ임을 특징으로 하는 복합체.
  20. 제 12항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 단지 세라믹 또는 서멧 접합 멤버에 인접한 브레이즈 부분만이 브레이즈 충전재를 가짐을 특징으로 하는 복합체.
  21. 제 12항 내지 제 19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브레이즈 조성물은 모은 부분에서 브레이즈 충전재를 가짐을 특징으로 하는 복합체.
  22. 제 12항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브레이즈 조성물의 CTE는 세라믹 또는 서멧 접합 멤버의 CTE와 50% 이하로 상이함을 특징으로 하는 복합체.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 브레이즈 조성물의 CTE는 세라믹 또는 서멧 접합 멤버의 CTE와 20% 이하로 상이함을 특징으로 하는 복합체.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 브레이즈 조성물의 CTE는 세라믹 또는 서멧 접합 멤 버의 CTE와 10% 이하로 상이함을 특징으로 하는 복합체.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 브레이즈 조성물의 CTE는 세라믹 또는 서멧 접합 멤버의 CTE와 5% 이하로 상이함을 특징으로 하는 복합체.
  26. 세라믹을 포함하는 제1 접합 멤버와 제2 접합 멤버를 제공하는 단계;
    제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따르는 브레이즈 조성물과 브레이징함으로써 제1 및 제2 접합 멤버를 접합하는 단계
    를 포함하는 복합체 제조 방법.
  27. 제 26항에 있어서, 상기 제1 접합 멤버는 세라믹임을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  28. 제 26항에 있어서, 상기 제1 접합 멤버는 서멧임을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  29. 제 26항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 접합 멤버는 세라믹, 서멧, 금속 및 유리-세라믹으로 구성된 그룹으로부터 선택됨을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  30. 제 26항에 있어서, 상기 제1 접합 멤버는 세라믹이며 상기 제2 접합 멤버는 금속임을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 제1 접합 멤버는 YSZ이며 상기 제2 접합 멤버는 스테인리스 강임을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  32. 제 26항에 있어서, 상기 제1 접합 멤버는 세라믹이며 상기 제2 접합 멤버는 유리-세라믹임을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 제1 접합 멤버는 Ni-YSZ임을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  34. 제 26항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서, 단지 세라믹 또는 서멧 접합 멤버에 인접한 브레이즈 부분만이 브레이즈 충전재를 가짐을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  35. 제 26항 내지 제 33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브레이즈 조성물은 모은 부분에서 브레이즈 충전재를 가짐을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  36. 제 26항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브레이즈 조성물의 CTE 는 세라믹 또는 서멧 접합 멤버의 CTE와 50% 이하로 상이함을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  37. 제 36항에 있어서, 상기 브레이즈 조성물의 CTE는 세라믹 또는 서멧 접합 멤버의 CTE와 20% 이하로 상이함을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 브레이즈 조성물의 CTE는 세라믹 또는 서멧 접합 멤버의 CTE와 10% 이하로 상이함을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  39. 제 38항에 있어서, 상기 브레이즈 조성물의 CTE는 세라믹 또는 서멧 접합 멤버의 CTE와 5% 이하로 상이함을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  40. 제 26항 내지 제 39항 중 어느 한 항에 있어서, 브레이즈 작업 이전에 세라믹 접합 멤버 상부에 금속 필름이 도금됨을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
  41. 제 26항에 있어서, 벌크 브레이즈 금속 또는 합금과 브레이즈 충전재가 결합되고,
    충전재와 분말 브레이즈 금속 또는 합금을 혼합하고 그 혼합물을 조인트에 도포하는 방법;
    충전재를 조인트에 채우고 그 후 브레이즈 합금을 녹여 조인트에 넣는 방법;
    충전재와 브레이즈를 미리 함께 용융시켜 이들의 복합체를 생성하고, 냉각한 후, 결과물인 복합체를 조인트에 도포하는 방법;
    고체 브레이즈 합금과 충전재를 함께 전단함으로써 고체 브레이즈 합금과 충전재를 함침하는 방법; 및
    건조 벌크 브레이즈 분말과 충전재를 테르피네올과 같은 유기 용매와 혼합함으로써 브레이즈 조성물을 페이스트로서 작용할 수 있게 하여, 페이스트를 접합 위치에 도포하는 방법
    중 하나로부터 선택되는 방법에 의해 접합 멤버에 도포됨을 특징으로 하는 복합체 제조 방법.
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Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6605316B1 (en) 1999-07-31 2003-08-12 The Regents Of The University Of California Structures and fabrication techniques for solid state electrochemical devices
CN100530766C (zh) 2004-11-30 2009-08-19 加州大学评议会 用于电化学器件的密封接头结构
CA2630526A1 (en) * 2004-11-30 2006-08-31 The Regents Of The University Of California Joining of dissimilar materials
JP2009544502A (ja) 2006-07-28 2009-12-17 ザ、リージェンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、カリフォルニア 接合された同心管
DE102006039339A1 (de) * 2006-08-24 2008-03-06 Bayerische Motoren Werke Ag Metalllot zum Fügen von Elementen einer Festoxid-Brennstoffzelle sowie entsprechend gefertigte Festoxid-Brennstoffzelle
US20080217382A1 (en) * 2007-03-07 2008-09-11 Battelle Memorial Institute Metal-ceramic composite air braze with ceramic particulate
US20100140330A1 (en) * 2007-03-08 2010-06-10 Dilip Kumar Chatterjee Conductive Coatings, Sealing Materials and Devices Utilizing Such Materials and Method of Making
US8461681B2 (en) 2007-04-27 2013-06-11 Medtronic, Inc. Layered structure for corrosion resistant interconnect contacts
US7857194B2 (en) * 2007-05-01 2010-12-28 University Of Dayton Method of joining metals to ceramic matrix composites
ATE540133T1 (de) * 2008-02-04 2012-01-15 Univ California Cermet auf cu-basis für hochtemperatur- brennstoffzelle
DE102008013281A1 (de) 2008-03-08 2009-09-17 Forschungszentrum Jülich GmbH Dichtungsanordnung für Hochtemperatur-Brennstoffzellenstapel
DE102008013876A1 (de) * 2008-03-12 2009-09-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum gasdichten Fügen von Bestandteilen von Festoxid-Brennstoffzellen
DK2273598T3 (en) 2008-03-26 2014-11-24 Japan Fine Ceramics Ct Stack structure for a solid oxide fuel cell stack, solid oxide fuel cell stack, and method for making the same
EP2277228B1 (en) 2008-04-18 2012-05-16 The Regents of the University of California Integrated seal for high-temperature electrochemical device
FR2940857B1 (fr) 2009-01-07 2011-02-11 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'un electrolyseur haute temperature ou d'une pile a combustible haute temperature comprenant un empilement de cellules elementaires
CN102365733B (zh) 2009-03-30 2015-07-01 株式会社德山 制造金属化基板的方法、金属化基板
US20100288563A1 (en) * 2009-05-14 2010-11-18 Smith Redd H Methods of use of particulate materials in conjunction with braze alloys and resulting structures
US8721395B2 (en) 2009-07-16 2014-05-13 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive tool with flat and consistent surface topography for conditioning a CMP pad and method for making
US9011620B2 (en) * 2009-09-11 2015-04-21 Technip Process Technology, Inc. Double transition joint for the joining of ceramics to metals
US20110111309A1 (en) * 2009-11-10 2011-05-12 Point Source Power, Inc. Fuel cell system
US8496786B2 (en) * 2009-12-15 2013-07-30 Stone & Webster Process Technology, Inc. Heavy feed mixer
CN102783256B (zh) * 2010-03-02 2015-07-01 株式会社德山 金属化基板的制造方法
US9168084B2 (en) * 2010-05-11 2015-10-27 Electromedical Associates, Llc Brazed electrosurgical device
TW201320253A (zh) * 2011-11-01 2013-05-16 Walsin Lihwa Corp 封裝結構及其製造方法
CN102699561A (zh) * 2012-06-21 2012-10-03 上海交通大学 用于固体氧化物燃料电池封接的复合钎料及其钎焊工艺
US9888954B2 (en) 2012-08-10 2018-02-13 Cook Medical Technologies Llc Plasma resection electrode
US20140140841A1 (en) * 2012-11-19 2014-05-22 General Electric Company Turbine bucket shroud arrangement and method of controlling turbine bucket interaction with an adjacent turbine bucket
TWI568538B (zh) * 2013-03-15 2017-02-01 中國砂輪企業股份有限公司 化學機械硏磨修整器及其製法
CN103557377B (zh) * 2013-11-06 2015-09-09 周小新 陶瓷内衬复合不锈钢管的制备方法
FR3014000A1 (fr) * 2013-11-29 2015-06-05 Diamonde Procede de fabrication et de reparation d'un outil de coupe
CN105900273B (zh) * 2013-12-20 2019-01-01 日本特殊陶业株式会社 带金属板单体电池和燃料电池堆以及带金属板单体电池的制造方法
US9333578B2 (en) 2014-06-30 2016-05-10 General Electric Company Fiber reinforced brazed components and methods
US9757802B2 (en) 2014-06-30 2017-09-12 General Electric Company Additive manufacturing methods and systems with fiber reinforcement
DE102015108950A1 (de) * 2015-06-08 2016-12-08 Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg Drucksensor mit einer Aktivhartlötung
CN105397336B (zh) * 2015-12-30 2017-11-03 哈尔滨工业大学 用于平板型固体氧化物燃料电池密封的复合钎料及其钎焊方法
US10551261B2 (en) * 2017-02-28 2020-02-04 Rosemount Inc. Joint for brittle materials
US11167363B2 (en) * 2017-05-10 2021-11-09 Board Of Trustees Of Michigan State University Brazing methods using porous interlayers and related articles
WO2020240435A1 (en) * 2019-05-29 2020-12-03 Alcon Inc. Optical component mounting system
CN110883397B (zh) * 2019-12-06 2021-04-16 哈尔滨工业大学 一种缓解陶瓷与金属钎焊接头残余应力的焊接方法
CN111775070B (zh) * 2020-07-11 2021-11-16 湖南科技大学 多孔自锐钎焊金刚石砂轮的磨粒磨损匹配方法
CN112079587A (zh) * 2020-09-09 2020-12-15 贵州石博士科技有限公司 一种低膨胀高导热核电设施紧急修复外加剂的制备方法
JP7386189B2 (ja) 2021-01-15 2023-11-24 日本特殊陶業株式会社 複合部材、保持装置、および接着用構造体

Family Cites Families (102)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3126311A (en) * 1964-03-24 Laminated plastic article and method wherein
US2570248A (en) * 1948-06-30 1951-10-09 Gen Electric Method of metalizing and bonding nonmetallic bodies
US3110571A (en) * 1958-07-01 1963-11-12 Du Pont Ceramic material bonded to metal having refractory oxide dispersed therein
US3324543A (en) * 1965-03-26 1967-06-13 Charles I Mcvey Pressure bonded ceramic-to-metal gradient seals
BE749879A (fr) * 1969-05-16 1970-11-04 Comp Generale Electricite Perfectionnements aux piles et batteries de piles a combustibles fonctionnant a haute temperature
US4035547A (en) * 1974-02-26 1977-07-12 William C. Heller Bonding element having separate heating and agitating particles
JPS5916695A (ja) * 1982-07-20 1984-01-27 Toyota Motor Corp セラミツク繊維を含有するろう付用溶加材
JPS5946695A (ja) * 1982-09-09 1984-03-16 株式会社日立製作所 音声認識方式
JPS59100854A (ja) * 1982-12-01 1984-06-11 Mazda Motor Corp 広域空燃比センサ−
JPS59232693A (ja) * 1983-06-17 1984-12-27 Ngk Spark Plug Co Ltd セラミツクと金属等との接合用クラツドろう材及びこれを用いたセラミツクと金属等との複合体
JPS60131875A (ja) * 1983-12-20 1985-07-13 三菱重工業株式会社 セラミツクと金属の接合法
US4578214A (en) * 1984-02-06 1986-03-25 C F Braun & Co. Process for ammonia syngas manufacture
JPS61158839A (ja) * 1984-12-28 1986-07-18 Okuno Seiyaku Kogyo Kk ガラス組成物
US5633081A (en) * 1986-03-24 1997-05-27 Ensci Inc. Coated porous substrates
US4687717A (en) * 1986-07-08 1987-08-18 The United States Of America As Represent By The United States Department Of Energy Bipolar battery with array of sealed cells
EP0261343A3 (de) * 1986-08-23 1989-04-26 Blome GmbH &amp; Co. Kommanditgesellschaft Verfahren zur Schaffung von Profilierungsvorsprüngen auf kunststoffummantelten Stahlteilen sowie mit Profilierungsvorsprüngen versehene, kunststoffummantelte Stahlteile
US5306411A (en) * 1989-05-25 1994-04-26 The Standard Oil Company Solid multi-component membranes, electrochemical reactor components, electrochemical reactors and use of membranes, reactor components, and reactor for oxidation reactions
US5013612A (en) * 1989-11-13 1991-05-07 Ford Motor Company Braze material for joining ceramic to metal and ceramic to ceramic surfaces and joined ceramic to metal and ceramic to ceramic article
US5085720A (en) * 1990-01-18 1992-02-04 E. I. Du Pont De Nemours And Company Method for reducing shrinkage during firing of green ceramic bodies
DE4002951A1 (de) * 1990-02-01 1991-08-08 Medicoat Ag Niederrohrdorf Festelektrolyt - brennstoffzelle und verfahren zu ihrer herstellung
US5127969A (en) * 1990-03-22 1992-07-07 University Of Cincinnati Reinforced solder, brazing and welding compositions and methods for preparation thereof
US5043229A (en) * 1990-06-14 1991-08-27 Gte Products Corporation Brazed ceramic-metal composite
US5219828A (en) * 1990-10-01 1993-06-15 Sharp Kabushiki Kaisha Method for fabricating oxide superconducting coatings
US5236787A (en) * 1991-07-29 1993-08-17 Caterpillar Inc. Thermal barrier coating for metallic components
US5750279A (en) * 1992-02-28 1998-05-12 Air Products And Chemicals, Inc. Series planar design for solid electrolyte oxygen pump
US5279909A (en) * 1992-05-01 1994-01-18 General Atomics Compact multilayer ceramic-to-metal seal structure
US5616223A (en) * 1992-05-11 1997-04-01 Gas Research Institute Mixed ionic-electronic conducting composites for oxygen separation and electrocatalysis
US5240480A (en) * 1992-09-15 1993-08-31 Air Products And Chemicals, Inc. Composite mixed conductor membranes for producing oxygen
EP0662019A4 (en) * 1992-09-17 1998-07-15 Coors Ceramics Company Ritland Method for producing a ceramic-metal composite body.
US5626914A (en) * 1992-09-17 1997-05-06 Coors Ceramics Company Ceramic-metal composites
JPH06103990A (ja) * 1992-09-18 1994-04-15 Ngk Insulators Ltd 固体電解質型燃料電池及びその製造方法
DE69431752T2 (de) * 1993-05-25 2003-07-10 Lord Corp Methode zum erreichen einer mechanischen verbindung zwischen oberflächen
US5409784A (en) * 1993-07-09 1995-04-25 Massachusetts Institute Of Technology Plasmatron-fuel cell system for generating electricity
JPH07202063A (ja) * 1993-12-28 1995-08-04 Toshiba Corp セラミックス回路基板
US5441825A (en) * 1994-01-24 1995-08-15 Westinghouse Electric Corporation Battery electrode compression mechanism
US5599383A (en) * 1995-03-13 1997-02-04 Air Products And Chemicals, Inc. Tubular solid-state membrane module
JP3896432B2 (ja) * 1995-11-08 2007-03-22 Ｄｏｗａメタルテック株式会社 金属−セラミックス複合基板の製造方法並びにそれに用いるろう材
US5670270A (en) * 1995-11-16 1997-09-23 The Dow Chemical Company Electrode structure for solid state electrochemical devices
ATE191815T1 (de) * 1996-02-02 2000-04-15 Sulzer Hexis Ag Hochtemperatur-brennstoffzelle mit einem dünnfilm-elektrolyten
US5741605A (en) * 1996-03-08 1998-04-21 Westinghouse Electric Corporation Solid oxide fuel cell generator with removable modular fuel cell stack configurations
US5787578A (en) * 1996-07-09 1998-08-04 International Business Machines Corporation Method of selectively depositing a metallic layer on a ceramic substrate
US5938822A (en) * 1997-05-02 1999-08-17 Praxair Technology, Inc. Solid electrolyte membrane with porous catalytically-enhancing constituents
US5855314A (en) * 1997-03-07 1999-01-05 Norton Company Abrasive tool containing coated superabrasive grain
KR100201572B1 (ko) * 1997-04-18 1999-06-15 최수현 코팅 및 롤링의 혼합법에 의한 연료전지의 전극 제조방법
US5908713A (en) * 1997-09-22 1999-06-01 Siemens Westinghouse Power Corporation Sintered electrode for solid oxide fuel cells
US6217732B1 (en) * 1997-09-23 2001-04-17 Abb Business Services Inc. Coated products
US6344291B1 (en) * 1997-11-25 2002-02-05 Japan Storage Battery Co., Ltd. Solid polymer electrolyte-catalyst composite electrode, electrode for fuel cell, and process for producing these electrodes
JP3315919B2 (ja) * 1998-02-18 2002-08-19 日本碍子株式会社 ２種類以上の異種部材よりなる複合部材を製造する方法
JPH11292618A (ja) * 1998-04-07 1999-10-26 Kyushu Ceramics Kogyo Kk チタン酸アルミニウム系セラミックス高温材料
US7771547B2 (en) * 1998-07-13 2010-08-10 Board Of Trustees Operating Michigan State University Methods for producing lead-free in-situ composite solder alloys
US6188582B1 (en) * 1998-12-18 2001-02-13 Geoffrey Peter Flexible interconnection between integrated circuit chip and substrate or printed circuit board
US6358567B2 (en) * 1998-12-23 2002-03-19 The Regents Of The University Of California Colloidal spray method for low cost thin coating deposition
US6589680B1 (en) * 1999-03-03 2003-07-08 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Method for solid oxide fuel cell anode preparation
US6368383B1 (en) * 1999-06-08 2002-04-09 Praxair Technology, Inc. Method of separating oxygen with the use of composite ceramic membranes
JP3792440B2 (ja) * 1999-06-25 2006-07-05 日本碍子株式会社 異種部材の接合方法、および同接合方法により接合された複合部材
US7553573B2 (en) * 1999-07-31 2009-06-30 The Regents Of The University Of California Solid state electrochemical composite
US6682842B1 (en) * 1999-07-31 2004-01-27 The Regents Of The University Of California Composite electrode/electrolyte structure
US7163713B2 (en) * 1999-07-31 2007-01-16 The Regents Of The University Of California Method for making dense crack free thin films
US6605316B1 (en) * 1999-07-31 2003-08-12 The Regents Of The University Of California Structures and fabrication techniques for solid state electrochemical devices
US6372078B1 (en) * 1999-09-09 2002-04-16 Ronnie L. Melchert Method for bonding polyester to plastic and resultant product
US6270642B1 (en) * 1999-09-30 2001-08-07 The Penn State Research Foundation Fabrication of zirconia electrolyte films by electrophoretic deposition
JP4367675B2 (ja) * 1999-10-21 2009-11-18 日本碍子株式会社 セラミック製部材と金属製部材の接合用接着剤組成物、同組成物を用いた複合部材の製造方法、および同製造方法により得られた複合部材
JP2001233982A (ja) * 1999-12-14 2001-08-28 Tokuyama Corp 多孔質ポリオレフィンフィルム及びその製造方法
DK174654B1 (da) * 2000-02-02 2003-08-11 Topsoe Haldor As Faststofoxid brændselscelle og anvendelser heraf
US6428920B1 (en) * 2000-05-18 2002-08-06 Corning Incorporated Roughened electrolyte interface layer for solid oxide fuel cells
AU2001274926A1 (en) * 2000-05-22 2001-12-03 Acumentrics Corporation Electrode-supported solid state electrochemical cell
GB2368450B (en) * 2000-10-25 2004-05-19 Imperial College Fuel cells
US6541146B1 (en) * 2000-11-07 2003-04-01 Hybrid Power Generation Systems, Llc Composite sealant materials based on reacting fillers for solid oxide fuel cells
CN100377404C (zh) * 2000-11-16 2008-03-26 三菱综合材料株式会社 固体电解质型燃料电池及其上使用的空气极集电体
JP3736452B2 (ja) * 2000-12-21 2006-01-18 株式会社日立製作所 はんだ箔
US6887361B1 (en) * 2001-03-22 2005-05-03 The Regents Of The University Of California Method for making thin-film ceramic membrane on non-shrinking continuous or porous substrates by electrophoretic deposition
DE10119538C2 (de) * 2001-04-21 2003-06-26 Itn Nanovation Gmbh Verfahren zur Beschichtung von Substraten und deren Verwendungen
EP1384280A2 (en) * 2001-04-27 2004-01-28 Alberta Research Council, Inc. Metal-supported solid electrolyte electrochemical cell and multi cell reactors incorporating same
US20030024611A1 (en) * 2001-05-15 2003-02-06 Cornie James A. Discontinuous carbon fiber reinforced metal matrix composite
WO2003007312A2 (en) * 2001-05-24 2003-01-23 Fry's Metals , Inc. Thermal interface material and heat sink configuration
US7055733B2 (en) * 2002-01-11 2006-06-06 Battelle Memorial Institute Oxidation ceramic to metal braze seals for applications in high temperature electrochemical devices and method of making
US6893762B2 (en) * 2002-01-16 2005-05-17 Alberta Research Council, Inc. Metal-supported tubular micro-fuel cell
WO2003092046A2 (en) * 2002-04-24 2003-11-06 The Regents Of The University Of California Planar electrochemical device assembly
JP4960593B2 (ja) * 2002-05-07 2012-06-27 ザ・リージェンツ・オブ・ザ・ユニバーシティ・オブ・カリフォルニア 電気化学的電池スタック組立体
DE60318700T2 (de) * 2002-05-14 2009-01-15 E.I. Dupont De Nemours And Co., Wilmington Vernetzbare polyamidzusammensetzungen für beschichtungsanwendungen, verahren, welche solche zusammensetzungen verwenden, und daraus hergestellte gegenstände
JP2004047598A (ja) * 2002-07-10 2004-02-12 Toyota Industries Corp 複合材及び接続構造
AU2003292934B2 (en) * 2002-12-24 2009-09-17 Versa Power Systems, Ltd. High temperature gas seal
JP3967278B2 (ja) * 2003-03-07 2007-08-29 日本碍子株式会社 接合部材及び静電チャック
US6984277B2 (en) * 2003-07-31 2006-01-10 Siemens Westinghouse Power Corporation Bond enhancement for thermally insulated ceramic matrix composite materials
US7527888B2 (en) * 2003-08-26 2009-05-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Current collector supported fuel cell
US7445814B2 (en) * 2003-10-22 2008-11-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Methods of making porous cermet and ceramic films
US7767329B2 (en) * 2003-11-17 2010-08-03 Adaptive Materials, Inc. Solid oxide fuel cell with improved current collection
US7618731B2 (en) * 2003-12-17 2009-11-17 University Of Dayton Ceramic-ceramic nanocomposite electrolyte
JP4573525B2 (ja) * 2003-12-24 2010-11-04 本田技研工業株式会社 固体高分子電解質型燃料電池
US7732084B2 (en) * 2004-02-04 2010-06-08 General Electric Company Solid oxide fuel cell with internal reforming, catalyzed interconnect for use therewith, and methods
JP2005288526A (ja) * 2004-04-02 2005-10-20 Toshiba Corp はんだ材及び半導体装置
JP4440711B2 (ja) * 2004-06-11 2010-03-24 トヨタ自動車株式会社 燃料電池用セルモジュール及びその製造方法、並びに燃料電池
US7588856B2 (en) * 2004-08-04 2009-09-15 Corning Incorporated Resistive-varying electrode structure
US20050037252A1 (en) * 2004-08-06 2005-02-17 Pham Ai Quoc Tubular solid oxide fuel cells
CN100530766C (zh) * 2004-11-30 2009-08-19 加州大学评议会 用于电化学器件的密封接头结构
CA2630526A1 (en) * 2004-11-30 2006-08-31 The Regents Of The University Of California Joining of dissimilar materials
US7288469B2 (en) * 2004-12-03 2007-10-30 Eastman Kodak Company Methods and apparatuses for forming an article
JP2009544502A (ja) * 2006-07-28 2009-12-17 ザ、リージェンツ、オブ、ザ、ユニバーシティ、オブ、カリフォルニア 接合された同心管
WO2009014775A2 (en) * 2007-07-25 2009-01-29 The Regents Of The University Of California High temperature electrochemical device with interlocking structure
US20090148743A1 (en) * 2007-12-07 2009-06-11 Day Michael J High performance multilayer electrodes for use in oxygen-containing gases
ATE540133T1 (de) * 2008-02-04 2012-01-15 Univ California Cermet auf cu-basis für hochtemperatur- brennstoffzelle
EP2277228B1 (en) * 2008-04-18 2012-05-16 The Regents of the University of California Integrated seal for high-temperature electrochemical device

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