KR20120097464A - 구속형 금속 플랜지 및 그 제조 방법 - Google Patents

구속형 금속 플랜지 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20120097464A
KR20120097464A KR1020120017605A KR20120017605A KR20120097464A KR 20120097464 A KR20120097464 A KR 20120097464A KR 1020120017605 A KR1020120017605 A KR 1020120017605A KR 20120017605 A KR20120017605 A KR 20120017605A KR 20120097464 A KR20120097464 A KR 20120097464A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
article
flanged
solder compound
constrained
Prior art date
Application number
KR1020120017605A
Other languages
English (en)
Inventor
제레미 다니엘 반담
카렌 케틀러 데나이크
키루바 시바수브라마니암 하란
돈 마크 립킨
마이레스 스탠디쉬 이세 페터슨
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
Publication of KR20120097464A publication Critical patent/KR20120097464A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D41/00—Application of procedures in order to alter the diameter of tube ends
    • B21D41/02—Enlarging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/19—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering taking account of the properties of the materials to be soldered
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K3/00—Tools, devices, or special appurtenances for soldering, e.g. brazing, or unsoldering, not specially adapted for particular methods
    • B23K3/08—Auxiliary devices therefor
    • B23K3/087—Soldering or brazing jigs, fixtures or clamping means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/02—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by mechanical features, e.g. shape
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K35/00—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting
    • B23K35/22—Rods, electrodes, materials, or media, for use in soldering, welding, or cutting characterised by the composition or nature of the material
    • B23K35/24—Selection of soldering or welding materials proper
    • B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
    • C04B37/026—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of metals or metal salts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/122—Metallic interlayers based on refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/123—Metallic interlayers based on iron group metals, e.g. steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/124—Metallic interlayers based on copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/125—Metallic interlayers based on noble metals, e.g. silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/343—Alumina or aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/402—Aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/403—Refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/405—Iron metal group, e.g. Co or Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/405—Iron metal group, e.g. Co or Ni
    • C04B2237/406—Iron, e.g. steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/407—Copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/408—Noble metals, e.g. palladium, platina or silver
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/55—Pre-treatments of a coated or not coated substrate other than oxidation treatment in order to form an active joining layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/56—Using constraining layers before or during sintering
    • C04B2237/564—Using constraining layers before or during sintering made of glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/56—Using constraining layers before or during sintering
    • C04B2237/567—Using constraining layers before or during sintering made of metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/56—Using constraining layers before or during sintering
    • C04B2237/568—Using constraining layers before or during sintering made of non-oxide ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/704—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the ceramic layers or articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/706—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the metallic layers or articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/72—Forming laminates or joined articles comprising at least two interlayers directly next to each other
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/76—Forming laminates or joined articles comprising at least one member in the form other than a sheet or disc, e.g. two tubes or a tube and a sheet or disc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/76—Forming laminates or joined articles comprising at least one member in the form other than a sheet or disc, e.g. two tubes or a tube and a sheet or disc
    • C04B2237/765—Forming laminates or joined articles comprising at least one member in the form other than a sheet or disc, e.g. two tubes or a tube and a sheet or disc at least one member being a tube
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/80—Joining the largest surface of one substrate with a smaller surface of the other substrate, e.g. butt joining or forming a T-joint
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/88—Joining of two substrates, where a substantial part of the joining material is present outside of the joint, leading to an outside joining of the joint
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12229—Intermediate article [e.g., blank, etc.]
    • Y10T428/12264—Intermediate article [e.g., blank, etc.] having outward flange, gripping means or interlocking feature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12333—Helical or with helical component

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

본 발명은 플랜지붙이 금속 물품의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은, (a) 금속 물품의 제 1 부분에 제 1 땜납 화합물을 도포하는 단계와, (b) 금속 물품의 제 1 부분을 소정 길이의 구속형 금속 부재로 감는 단계와, (c) 상기 금속 물품, 상기 구속형 금속 부재 및 상기 제 1 땜납 화합물의 조립체를 상기 제 1 땜납 화합물의 고상선 온도 이상의 온도, 통상적으로 약 300℃ 내지 약 2500℃ 범위의 온도로, 가열하여, 플랜지붙이 금속 물품을 제공하는 단계를 포함하며, 상기 금속 물품은 열팽창계수(CTE1)를 갖고, 상기 구속형 금속 부재는 열팽창계수(CTE2)를 가지며, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 크다. 본 발명은, 고팽창 금속과 저팽창 취성 물질 사이의 열팽창 불일치를 최소화시키는 금속 플랜지를 더 제공한다.

Description

구속형 금속 플랜지 및 그 제조 방법{CONSTRAINED METAL FLANGES AND METHODS FOR MAKING THE SAME}
본 발명은 고팽창 금속 물품을 저팽창 물질과 접합할 수 있게 하는 구속형 금속 플랜지를 생산하는 방법에 관한 것이다. 추가적으로, 본 발명은 세라믹 구성품에 접합된 플랜지붙이 금속 구성품을 포함하는 플랜지붙이 물품 및 플랜지붙이 금속 물품(flanged metal component)에 관한 것이다.
상이한 물질들로 구성되는 2개의 구성품들을 접합하는데 현재 사용되는 조립 기술 중에서, 벌크(bulk), 중량, 비용, 및/또는 불량한 동적 거동의 이유로 부적합한 것으로 흔히 알려진 종래의 기계적 조립이 있을 수 있다. 상이한 물질의 2개의 피스를 서로 조립하기 위해 납땜을 사용하는 것이 알려져 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 기술은 2개의 물질의 매우 다른 열-기계적 및 물리-화학적 특성 때문에 금속 구성품에 세라믹 구성품을 접합하는데 적용하기가 어려운 경우가 종종 있다. 예를 들면, 세라믹과 금속의 열팽창계수 사이의 큰 차이는 금속 구성품에 접합되는 세라믹 구성품을 포함하는 물품에 바람직하지 않은 잔류 응력을 생성할 수 있다. 이러한 응력은 강도가 감소되거나 또는 밀봉되지 않은 조인트를 야기할 수 있고, 조인트 파괴에 이르게 할 수 있다.
세라믹은 일반적으로 취성 재료로서, 온도의 급격한 변화 및 다른 기계적 응력원에 견디는 능력이 적다. 금속 물질에 직접 접합되는 세라믹 구성품을 포함하는 물품을 형성하기 위해, 통상 사용되는 접합 기술은 두 물질의 열팽창 특성이 적절하게 일치될 것을 요구한다. 금속-세라믹 땜납 조인트의 개달이 당 분야에 알려져 있다. 일반적으로, 이러한 방식은 세라믹의 열팽창계수(CTE)에 매우 일치하는 열팽창계수를 갖는 금속 구성품을 요구한다. 이러한 요건은 가용 물질의 옵션을 심하게 제한한다. 열팽창계수가 잘 일치하는 물질들은 처리가 어렵거나, 비용이 많이 들거나, 화학적 융화성이 떨어지거나, 내환경성이 불충분하거나, 처리 중 화학적 오염에 민감한 것과 같은 바람직하지 못한 특성을 나타낼 수 있다.
따라서, 세라믹과 같은 저팽창 취성 물질을 금속과 같은 고팽창 고강성 물질에 접합할 수 있게 하는 새로운 기술을 발견하는 것이 매우 요망된다. 추가적으로, 이러한 새로운 기술이 광범위한 금속을 광범위한 세라믹 물질에 접합하는데 적용가능하고, 접합될 물품들 사이의 열팽창 특성의 큰 차이로 인한 부정적 효과가 최소화되는 것이 바람직할 것이다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 플랜지붙이 금속 물품의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은, (a) 금속 물품의 제 1 부분에 제 1 땜납 화합물을 도포하는 단계와, (b) 금속 물품의 제 1 부분을 소정 길이의 구속형 금속 부재로 감는 단계와, (c) 금속 물품, 구속형 금속 부재 및 제 1 땜납 화합물의 조립체를 제 1 땜납 화합물의 고상선 온도 이상의 온도로 가열하여, 플랜지붙이 금속 물품을 제공하는 단계를 포함하며, 금속 물품은 열팽창계수(CTE1)를 갖고, 구속형 금속 부재는 열팽창계수(CTE2)를 가지며, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 크다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 플랜지붙이 금속 물품이 제공되며, 상기 플랜지붙이 금속 물품은, (a) 소정 길이의 구속형 금속 부재를 포함하는 금속 물품의 제 1 권취부와, (b) 금속 물품의 제 1 권취부의 표면 및 구속형 금속 부재와 접촉하는 제 1 땜납 화합물을 포함하며, 금속 물품은 열팽창계수(CTE1)를 갖고, 구속형 금속 부재는 열팽창계수(CTE2)를 가지며, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 크다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 플랜지붙이 물품이 제공되며, 상기 플랜지붙이 물품은, (a) 세라믹 구성품에 접합되는 플랜지붙이 금속 구성품으로서, 플랜지붙이 금속 구성품은 몰리브덴 와이어로 감기고, 플랜지붙이 금속 구성품은 니켈, 철, 코발트, 및 크롬 중 하나 이상을 포함하는, 상기 플랜지붙이 금속 구성품과, (b) 몰리브덴 와이어의 표면 및 플랜지붙이 금속 구성품과 접촉하는 제 1 땜납 화합물을 포함하며, 플랜지붙이 금속 구성품은 열팽창계수(CTE1)를 갖고, 몰리브덴 와이어는 열팽창계수(CTE2)를 가지며, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 적어도 100% 이상 크다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 세라믹 구성품에 접합되는 플랜지붙이 금속 구성품을 포함하는 물품의 제조 방법이 제공되며, 상기 방법은, (a) 금속 물품의 제 1 부분에 제 1 땜납 화합물을 도포하는 단계와, (b) 금속 물품의 제 1 부분을 소정 길이의 구속형 금속 부재로 감는 단계와, (c) 금속 물품, 구속형 금속 부재 및 제 1 땜납 화합물의 조립체를 제 1 땜납 화합물의 고상선 온도 이상의 온도로 가열하여, 플랜지붙이 금속 물품을 제공하는 단계로서, 금속 물품은 열팽창계수(CTE1)를 갖고, 구속형 금속 부재는 열팽창계수(CTE2)를 가지며, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 큰, 상기 플랜지붙이 금속 물품 제공 단계와, (d) 제 2 땜납 화합물이 금속 물품의 플랜지부와 세라믹 물품 사이에 배치되도록, 플랜지붙이 금속 물품의 플랜지부를 제 2 땜납 화합물 및 세라믹 물품과 접촉시키는 단계와, (e) 플랜지붙이 금속 물품, 제 2 땜납 화합물 및 세라믹 물품의 조립체를 제 2 땜납 화합물의 고상선 온도 이상의 온도로 가열하여, 세라믹 구성품에 접합된 플랜지붙이 금속 구성품을 포함하는 물품을 제공하는 단계를 포함한다.
발명의 다른 실시예, 형태, 특징, 및 장점은 다음의 상세한 설명, 첨부 도면, 및 부속 청구범위로부터 당 업자에게 명백해질 것이다.
본 발명의 이러한 특징, 형태, 및 장점과, 그외 다른 특징, 형태, 및 장점은, 유사한 도면 부호들이 도면 전체에 걸쳐 유사한 부분을 나타내는 첨부 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽을 때 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 금속 플랜지를 제조하기 위한 프로세스 흐름도,
도 2는 열처리 이전에 본 발명의 조립체의 개략적인 단면도,
도 3은 열처리 및 플랜지 형성 이전에, 원통형 금속 물품, 제 1 땜납 화합물 및 구속형 금속 부재를 포함하는 본 발명의 조립체의 개략도,
도 4는 열처리 이후에 본 발명의 금속 플랜지의 개략적인 단면도,
도 5는 열처리 이후에 본 발명의 원통형 금속 플랜지의 개략도,
도 6은 단일층의 구속형 금속 부재를 포함하는 본 발명의 금속 플랜지 및 세라믹 물품의 조립체의 개략도,
도 7은 복수층의 구속형 금속 부재를 포함하는 본 발명의 금속 플랜지 및 세라믹 물품의 조립체의 개략도,
도 8은 열처리 이후에 본 발명의 금속 플랜지 및 세라믹 물품의 조립체의 개략도.
단수 형태인 "하나" 및 "이러한"은 그렇지 않다고 명확하게 명시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "땜납 화합물"(braze compound)은, 예를 들어, 금 금속, 은 금속 및 팔라듐 금속과 같은 순수한 물질과, 예를 들어, 은-구리 땜납 합금, 금-니켈 땜납 합금, 및 은-구리-아연 땜납 합금과 같은 다성분 땜납 물질을 모두 포함한다.
일 실시예에서, 본 발명은 플랜지붙이 금속 물품을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 방법은, (a) 금속 물품의 제 1 부분에 제 1 땜납 화합물을 도포하는 단계와, (b) 금속 물품의 제 1 부분을 소정 길이의 구속형 금속 부재로 감는 단계와, (c) 금속 물품, 구속형 금속 부재 및 제 1 땜납 화합물의 조립체를 제 1 땜납 화합물의 고상선 온도 이상의 온도로 가열하여, 플랜지붙이 금속 물품을 제공하는 단계를 포함하며, 금속 물품은 열팽창계수(CTE1)를 갖고, 구속형 금속 부재는 열팽창계수(CTE2)를 가지며, 열팽창계수(CTE1)가 열팽창계수(CTE2)보다 크다.
본 발명의 방법에 따라 제조되는 플랜지는 다양한 응용분야에 사용될 수 있는데, 높은 열팽창계수(CTE)를 갖는 물질에 낮은 열팽창계수를 갖는 물질을 접합시키는 것이 바람직할 때, 예를 들어 세라믹에 금속을 접합시킬 때, 특히 유용하다. 본 발명의 방법에 따라 제조되는 플랜지는, 플랜지의 열팽창 특성이 구속형 금속 부재에 의해 금속 물품 개시 물질에 대해 제한된다는 점에서 "구속형" 금속 플랜지이다.
본 발명의 플랜지붙이 금속 물품을 준비하기 위한 개시 물질로서 사용되는 금속 물품은, 플랜지를 형성하는 것이 바람직한 임의의 금속 물품일 수 있다. 적절한 금속 물품의 비제한적인 예는 금속 파이프, 로드(rod), 판 및 용기를 포함한다. 상술한 바와 같이, 금속 물품은 본 발명에 의해 제공되는 플랜지붙이 금속 물품의 준비를 위한 개시 포인트이다. 금속 물품 구성의 적절한 물질의 비제한적인 예는 금, 니켈, 티타늄, 은, 구리, 백금, 팔라듐, 니오븀, 탄탈륨, 몰리브덴, 합금 625, 지르코늄, 코발트, 크롬, 스테인리스강, 및 이들 물질의 조합을 포함한다. 일 실시예에서, 플랜지붙이 금속 물품을 생산하는데 사용되는 금속 물품은 니켈 함유 합금, 철 함유 합금, 코발트 함유 합금, 구리 함유 합금 및 알루미늄 함유 합금중 적어도 하나를 포함한다. 그리고, 일 실시예에서, 금속 물품 개시 물질은 니켈 함유 합금을 포함한다. 대안적인 실시예에서, 금속 물품 개시 물질은 철 함유 합금을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 금속 물품은 니켈 및 철 함유 합금을 포함한다. 일부 실시예에서, 금속 물품은 니오븀을 포함한다. 일 실시예에서, 금속 물품은 니오븀계 합금으로 제조된다. 또 다른 실시예에서, 금속 물품은 본질적으로 니오븀으로 구성된다. 다양한 실시예에서, 금속 물품은 탄소강, 니켈 합금, 마르텐사이트계 스테인리스강, 오스테나이트계 스테인리스강, 구리 합금 또는 알루미늄 합금을 포함할 수도 있다.
일부 실시예에서, 금속 물품은 하나 이상의 초합금(superalloy)을 포함한다. 다양한 초합금이 당 업자에게 알려져 있고, 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 사용하기에 적합하다. 일 실시예에서, 금속 물품은 니켈계 초합금, 철계 초합금, 코발트계 초합금, 및 이들 중 2개 이상의 조합으로 구성되는 그룹 중에서 선택된 하나 이상의 초합금을 포함한다. 니켈계 초합금은 아스트롤로이(Astroloy), 하스텔로이(Hastelloy), 인코넬(INCONEL), 니모닉(Nimonic), 파이로멧(Pyromet), 르네(Rene), 우디멧(Udimet) 및 와스팔로이(Waspaloy)에 의해 예시된다. 철계 초합금은 디스칼로이(Discaloy) 및 인콜로이(Incoloy)에 의해 예시된다. 코발트계 초합금은 에어레지스트(AirResist), 엘길로이(Elgiloy), MP35N 및 스텔라이트(Stellite)에 의해 예시된다.
금속 물품은 소망하는 임의의 형성, 예를 들어, 원통 형상, 원추 형상, 구 형상, 장방 형상, 정육면체 형상, 또는 심지어 불규칙한 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 물품은 원통형이다. 일 실시예에서, 원통형 금속 물품은 약 0.005 인치 내지 약 0.10 인치 범위의 두께를 갖는다. 구체적인 실시예에서, 원통형 금속 물품은 약 0.035 인치의 두께를 갖는다. 일 실시예에서, 금속 물품은 파이프이고, 예를 들어 금속 물품이 니켈 합금 파이프이다. 대안적인 실시예에서, 금속 물품은 로드이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의해 제공되는 플랜지붙이 금속 물품의 제조를 위한 개시 포인트인 금속 물품은 제 1 땜남 화합물이 도포될 수 있는 제 1 부분을 갖는다. 일 실시예에서, 금속 물품의 제 1 부분은 단부 부분(end portion)이다. 대안적인 실시예에서, 금속 물품의 제 1 부분은 단부가 아닌 부분(non-end portion), 예를 들어 파이프 중간부이다.
본 발명에 의해 제공되는 플랜지붙이 금속 물품의 제조를 위한 개시 물질 중 하나인 제 1 땜납 화합물은 금속 물품의 제 1 부분 및 구속형 금속 부재와 접촉하도록 배치된다. 일 실시예에서, 제 1 땜납 화합물은, 금속 물품의 제 1 부분 주위로 구속형 금속 부재를 감기 전에, 금속 물품의 제 1 부분 상에 도포된다. 대안적인 실시예에서, 제 1 땜납 화합물은 금속 부재의 제 1 부분 주위로 구속형 금속 부재를 감은 후, 금속 부재의 제 1 부분에 도포된다.
제 1 땜납 화합물은 당 업자에게 알려져 있는 다양한 요인들, 예를 들어, 납땜 성능 특성(예를 들어, 납땜 온도) 및 비용에 기초하여 선택될 수 있다. 다양한 땜납 화합물이 당 분야에 알려져 있고, 예를 들어 금, 은, 팔라듐 등의 비교적 순수 금속과 같은 단일-성분 땜납 화합물과, 예를 들어 은-구리 땜납 합금, 은-아연 땝납 합금, 구리-아연 땜납 합금, 은-구리-아연 땜납 합금, 은-구리-아연-카드뮴 땜납 합금, 구리-인 땜납 합금, 은-구리-인 땜납 합금, 금-은 땜납 합금, 금-구리 땜납 합금, 금-니켈 땜납 합금, 금-팔라듐 땜납 합금, 팔라듐계 땜납 합금, 니켈계 땜납 합금, 코발트계 땜납 합금, 알루미늄계 땜납 합금(예컨대, 알루미늄 실리콘 땜납 합금), 및 하나 이상의 반응성 금속 성분을 함유한 활성 땜납 합금 등의 땜납 합금과 같은 다중-성분 땜납 화합물일 수 있다. 구체적인 실시예에서, 제 1 땜납 화합물은 비교적 순수한 금이다. 일 실시예에서, 제 1 땜납 화합물은 금계 땜납 화합물, 구리계 땜납 화합물, 은계 땜납 화합물, 백금계 땜납 화합물, 팔라듐계 땜납 화합물, 티타늄계 땜납 화합물, 바나듐계 땜납 화합물, 니켈계 땜납 화합물, 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 일부 다른 실시예에서, 제 1 땜납 화합물은 본 명세서에서 때때로 활성 땜납 합금으로 불리는 활성 땜납 화합물이다. 다양한 땜납 화합물 및 활성 땜납 화합물이 당 업자에게 알려져 있고 상업적으로 이용가능하다.
상술한 바와 같이, 소정 길이의 구속형 금속 부재는 제 1 땜납 화합물과 조합하여 사용되어 플랜지붙이 금속 물품을 형성한다. 그 이름이 가리키듯이, 구속형 금속 부재는 열 처리 및 후속 냉각 중 금속 물품을 구속한다. 구속형 금속 부재는 스트랜드(strand), 필라멘트, 와이어, 멀티필라멘트 케이블, 선형 구속형 스트립, 피스(piece), 테이프, 천공 테이프 및 포일(foil)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 구속형 금속 부재는 단일 필라멘트 와이어이다. 대안적인 실시예에서, 구속형 금속 부재는 멀티-필라멘트 와이어이다.
일 실시예에서, 구속형 금속 부재는 고종횡비의 특징을 갖는, 길이 및 폭의 치수를 갖는 선형 물품이다. "선형"이라는 것은, 구속형 금속 부재가 금속 물품 주위로 감기거나 덮히게 됨을 의미한다. 여기서 사용되는 "종횡비(aspect ratio)"라는 용어는 이용되는 각각의 구속형 금속 부재의 폭에 대한 길이의 비를 의미한다. 예를 들면, 단일 필라멘트 와이어의 종횡비는 단일 필라멘트 와이어의 폭(또는 두께)에 대한 단일 팔리멘트 와이어의 길이의 비를 의미한다. 일부 실시예에서, 구속형 금속 부재는 금속 물품의 제 1 부분 주위로 부분적으로, 또는 완전하게 감긴다. 예를 들어, 구속형 금속 부재가 금속 물품의 제 1 부분 주위로 감기는 와이어일 수 있다. 다양한 실시예에서, 구속형 금속 부재는 금속 물품의 제 1 부분 주위로 복수 회 감김으로써 금속 물품 주위로 감긴다. 구속형 금속 부재의 감김수(턴수)는 금속 물품의 크기, 구속형 금속 부재의 길이, 및 금속 물품의 열팽창 특성에 따라 가변적일 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 물품은, 구속형 금속 부재가 금속 물품의 제 1 부분의 표면 상에 하나 이상의 층을 형성하도록, 구속형 금속 부재로 감긴다. 일부 실시예에서, 금속 부재는 2개 이상의 구속형 금속 부재로 층상형으로 감겨, 금속 물품 상에 복수 층의 구속형 금속 부재를 포함하는 조립체를 형성할 수 있다. 다양한 실시예에서, 구속형 금속 부재의 종횡비는 약 10 내지 약 10,000의 범위 내에 있다. 일 실시예에서, 구속형 금속 부재의 종횡비는 약 10 내지 약 1000의 범위 내에 있다. 또 다른 실시예에서, 구속형 금속 부재의 종횡비는 약 10 내지 약 100의 범위 내에 있다. 일 실시예에서, 구속형 금속 부재는 고정 길이 및 가변 폭(또는 두께)를 갖고, 이 경우에, 구속형 금속 부재의 종횡비는 구속형 금속 부재의 평균 폭(또는 두께)에 대한 길이의 비에 의해 결정될 수 있다.
구속형 금속 부재는 고온에서 높은 탄성율 및 낮은 열팽창계수를 갖도록 선택될 수 있다. 구속형 금속 부재는, 가열시 구속형 금속 부재와 밀착 접촉(close fitting contact)하도록 금속 부재의 제 1 부분을 팽창시키는 방식으로, 금속 부재의 제 1 부분 주위로 감길 수 있다. 다양한 실시예에서, 생성되는 플랜지의 치수는 구속형 금속 부재가 금속 물품 주위로 초기에 어떻게 조밀하게 감기는 지에 의해 제어될 수 있다. 금속 물품, 구속형 금속 부재 및 땜납 화합물의 조립체가 가열됨에 따라, 금속 물품은 구속형 금속 부재보다 많이 팽창하고, 상술한 바와 같이, 구속형 금속 부재와 밀착 접촉하게 된다. 냉각시, 금속 물품과 구속형 금속 부재 사이의 밀착 접촉은 구속형 금속 부재 및 제 1 땜납 화합물과 밀착 접촉하는 금속 물품의 해당 부분이 수축하는 것을 방지한다. 상술한 바와 같이, 구속형 금속 부재는 구속형 금속 부재로 사용하기에 적절한 형상을 가질 수 있는(예를 들어, 포일이나 와이어 형상을 취할 수 있는) 비교적 낮은 열팽창계수를 가진 물질로 구성되는 것이 일반적이다. 일 실시예에서, 구속형 금속 부재는 몰리브덴, 텅스텐, 실리콘 카바이드, 용융 석영(fuzed quartz), 그래파이트, 또는 글래스 중 적어도 하나를 포함한다. 일 실시예에서, 구속형 금속 부재는 하프늄 부재, 지르코늄 부재, 크롬 부재, 니켈 부재, 철 부재, 몰리브덴 부재, 니오븀 부재, 및 이들 부재 중 2개 이상의 조합으로 구성되는 그룹 중에서 선택된다. 여기서 사용되는 하프늄 부재, 지르코늄 부재, 크롬 부재, 니켈 부재, 철 부재, 몰리브덴 부재, 및 니오븀 부재는 명기한 원소들 중 하나 이상을 포함하는 구속형 금속 부재를 의미한다. 따라서, 하프늄 부재는 하프늄을 포함하고, 지르코늄 부재는 지르코늄을 포함하며, 크롬 부재는 크롬을 포함하고, 니켈 부재는 니켈을 포함하며, 철 부재는 철을 포함하고, 몰리브덴 부재는 몰리브덴을 포함하며, 니오븀 부재는 니오븀을 포함한다. 당 업자라면 구속형 금속 부재는 원소 형태의 금속, 금속 합금, 또는 원소 형태의 금속도 그것의 금속 합금도 아닌 것으로 정성화하는 금속 물질을 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 구체적인 실시예에서, 구속형 금속 부재는 몰리브덴 부재이고, 몰리브덴 원소를 포함한다. 대안적인 실시예에서, 구속형 금속 부재는 몰리브덴 합금을 포함하는 몰리브덴 부재이다. 일 실시예에서, 구속형 금속 부재는 란탄 몰리브덴(lanthanated molybdenum)을 포함한다. 란탄 몰리브덴은 다른 몰리브덴계 물질에 대한 유용한 대안일 수 있다. 일 실시예에서, 구속형 금속 부재는 약 0.875%의 La2O3을 함유한 란탄 몰리브덴으로 구성된다.
구체적인 실시예에서, 구속형 금속 부재는 몰리브덴 와이어이다. 몰리브덴은 금속 물품 개시 물질의 구성 물질로 적합한 다양한 니켈계 초합금의 열팽창계수보다 작은 열팽창계수를 갖는다. 일부 예시적인 금속 물질의 열팽창계수가 하기의 표 1에 나타나 있다. 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 구속형 금속 부재로 사용하기 적합한 몰리브덴 금속은 금속 물품으로 사용하기 적합한 물질인 인코넬(INCONEL) 625보다 훨씬 작은 열팽창계수를 갖는다.
다양한 금속 물질의 열팽창계수
물질 열팽창계수
니오븀 20℃ 또는 그 부근에서, 7.1 x 10-6/℃
몰리브덴 20℃ 또는 그 부근에서, 4.8 x 10-6/℃
인코넬 625 20℃ 또는 그 부근에서, 13.1 x 10-6/℃
몰리브덴의 추가적인 품질은 다양한 니켈계 초함금의 탄성율보다 훨씬 높은 탄성율을 갖는다는 점이다. 상술한 바와 같이, 일 실시예에서, 구속형 금속 부재는 몰리브덴 합금으로 구성된다. 몰리브덴 및 그 합금은 일반적으로, 고온에서 유용한 기계적 성질을 보유한다. 몰리브덴 및 그 합금의 열적 및 기계적 성질 때문에, 몰리브덴 및/또는 그 합금을 포함하는 구속형 금속 부재를 이용하는 것이 특히 유리할 수 있다. 텅스텐 및 실리콘 카바이드 역시, 소정의 실시예에서, 구속형 금속 부재용의 구성 물질로 유리하게 기능한다.
일 실시예에서, 몰리브덴의 얇은 와이어가 니켈 합금 파이프의 단부 부분(금속 물품의 제 1 부분) 주위로 복수 회 감길 수 있고, 그 외측 표면에는 금 땜납 화합물이 배치되어, 금 땜납 화합물이 파이프의 외측 표면 및 몰리브덴 와이어와 모두 접촉하게 된다. 이러한 조립체는 그 후 가열되고나서 냉각되어, 플랜지붙이 금속 물품을 생성한다. 다른 실시예에서, 얇은 몰리브덴 와이어가 니켈 합금 파이프 상에 감기고, 금 땜납 물질이 파이프의 감긴 부분에 도포되어, 금 땜납 화합물이 몰리브덴 와이어와 접촉하게 된다. 이러한 조립체는 그 후 가열되고나서 냉각되어, 플랜지붙이 금속 물품을 생성하게 된다.
구속형 금속 부재의 폭은 생성되는 플랜지의 크기 및 형상을 제어하기 위해, 금속 물품의 팽창 및 수축 특성에 따라 적절하게 조정될 수 있다. 일부 실시예에서, 구속형 금속 부재는 약 0.005 내지 약 0.025 인치 범위의 직경을 갖는, 비교적 균일한 치수의 와이어이고, "얇은" 와이어로 예시화된다. 구체적인 실시예에서, 구속형 금속 부재의 직경은 약 0.012 인치다. 예를 들어, 구속형 금속 부재는 약 0.005 내지 약 0.025 인치 범위의 직경을 갖는 몰리브덴 와이어일 수 있고, 구체적 실시예에서, 구속형 금속 부재는 약 0.012 인치의 직경을 갖는 몰리브덴 와이어이다. 일반적으로, 구속형 금속 부재는 금속 물품의 제 1 부분 주위로 복수회 감기지만, 소정의 실시예에서, 예를 들어, 구속형 금속 부재가 테이프 형태일 때, 복수의 감김이 요구되지 않을 수 있다. 그러나, 일반적으로, 구속형 금속 부재는 금속 물품의 제 1 부분 주위로 2회 이상 감긴다. 일 실시예에서, 구속형 금속 부재는, 금속 물품, 구속형 금속 부재 및 제 1 땜납 화합물의 조립체가 5회 내지 1000회 사이의 감김을 갖도록 감긴다. 대안적인 실시예에서, 구속형 금속 부재는, 금속 물품, 구속형 금속 부재 및 제 1 땜납 화합물의 조립체가 10회 내지 100회 사이의 감김을 갖도록 감긴다. 또 다른 실시예에서, 구속형 금속 부재는, 금속 물품, 구속형 금속 부재 및 제 1 땜납 화합물의 조립체가 10회 내지 25회 사이의 감김을 갖도록 감긴다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 플랜지붙이 금속 물품을 제조하는데 사용되는 금속 물품은 열팽창계수(CTE2)보다 큰 열팽창계수(CTE1)를 갖는다. 다양한 실시예에서, 열팽창계수(CTE1)는, 가열 및 냉각 중 금속 물품의 팽창 및 수축을 제한해야 하는 구속형 금속 부재의 기능을 수행하기 위해, 열팽창계수(CTE2)보다 커야만 한다. 일 실시예에서, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 적어도 10% 크다. 다른 실시예에서, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)의 약 10% 내지 약 300% 크다. 대안적인 실시예에서, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)의 약 50% 내지 약 250% 크다. 또 다른 실시예에서, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)의 약 35% 내지 약 225% 크다. 구체적인 실시예에서, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 약 200% 크다. 일 실시예에서, 금속 물품은 몰리브덴을 함유한 구속형 금속 부재의 열팽창계수(CTE2)보다 약 200% 큰 열팽창계수(CTE1)를 갖는 니켈 합금을 함유한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예는, (a) 소정 길이의 구속형 금속 부재를 포함하는 금속 물품의 제 1 권취부와, (b) 구속형 금속 부재 및 금속 물품의 제 1 권취부의 표면과 접촉하는 제 1 땜납 화합물을 포함하는 플랜지붙이 금속 물품을 제공하며, 금속 물품은 열팽창계수(CTE1)를 갖고, 구속형 금속 부재는 열팽창계수(CTE2)를 가지며, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 크다.
본 발명의 다른 실시예에서, 플랜지붙이 금속 물품은, (a) 세라믹 구성품에 접합되는 플랜지붙이 금속 구성품으로서, 플랜지붙이 금속 구성품은 몰리브덴 와이어로 감기고, 플랜지붙이 금속 구성품은 니켈, 철, 코발트, 및 크롬 중 하나 이상을 함유하는, 상기 플랜지붙이 금속 구성품과, (b) 플랜지붙이 금속 구성품 및 몰리브덴 와이어의 표면과 접촉하는 제 1 땜납 화합물을 포함하며, 플랜지붙이 금속 구성품은 열팽창계수(CTE1)를 갖고, 몰리브덴 와이어는 열팽창계수(CTE2)를 가지며, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 적어도 100% 크다.
일 실시예에서, 본 발명은 세라믹 구성품에 접합된 플랜지붙이 금속 구성품을 포함하는 물품의 제조 방법을 제공하며, 상기 방법은, (a) 금속 물품의 제 1 부분에 제 1 땜납 화합물을 도포하는 단계와, (b) 금속 물품의 제 1 부분을 소정 길이의 구속형 금속 부재로 감는 단계와, (c) 금속 물품, 구속형 금속 부재 및 제 1 땜납 화합물의 조립체를 제 1 땜납 화합물의 고상선 온도 이상의 온도로 가열하여, 플랜지붙이 금속 물품을 제공하는 단계로서, 금속 물품은 열팽창계수(CTE1)를 갖고, 구속형 금속 부재는 열팽창계수(CTE2)를 가지며, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 큰, 상기 플랜지붙이 금속 물품 제공 단계와, (d) 금속 물품의 플랜지부와 세라믹 물품 사이에 제 2 땜납 화합물이 배치되도록, 플랜지붙이 금속 물품의 플랜지부를 제 2 땜납 화합물 및 세라믹 물품과 접촉시키는 단계와, (e) 플랜지붙이 금속 물품, 제 2 땜납 화합물 및 세라믹 물품의 조립체를 제 2 땜납 화합물의 고상선 온도 이상의 온도, 통상적으로 약 300℃ 내지 약 2500℃ 범위의 온도로 가열하여, 세라믹 구성품에 접합된 플랜지붙이 금속 구성품을 함유하는 물품을 제공하는 단계를 포함한다. 당 업자라면, 상기 가열 단계 (c) 및 (e)가 때때로 여기서 "납땜" 단계로 불릴 수 있고, 단계 (c)는 제 1 납땜 단계를 나타내고, 단계 (e)는 제 2 납땜 단계를 나타내며, 각각의 단계는 각각 제 1 땜납 화합물 및 제 2 땜납 화합물의 고상선 온도 이상의 납땜 온도를 특징으로 한다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 일반적으로, 제 2 납땜 단계가 수행되는 온도(제 2 납땜 온도)가 제 1 납땜 단계가 수행되는 온도(제 1 납땜 온도)보다 낮다. 이러한 예방책으로 인해, 제 2 납땜 단계의 열처리의 결과로 제 1 납땜 단계에서 형성된 땜납 조인트가 원치않게 변형되는 것을 방지할 수 있다.
당 업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 세라믹 물품에 접합되는 플랜지붙이 금속 물품의 플랜지부가 단부 플랜지이거나, 단부 플랜지가 아닌 플랜지일 수 있다. 일 실시예에서, 제 2 땜납 화합물은, 차후에 세라믹 물품에 접합되는, 플랜지붙이 금속 물품의 단부 부분에 형성되는 플랜지에 도포된다. 제 2 땜납 화합물은 제 1 땜납 화합물과 동일할 수도 있고 상이할 수도 있으나, 상술한 바와 같이, 제 1 땜납 화합물과 상이한 것이 일반적이다. 제 2 땜납 화합물로 이용될 수 있는 적절한 땜납 화합물은 제 1 땜납 화합물용으로 설명한 화합물들을 포함한다. 일 실시예에서, 제 2 땜납 화합물은 금, 금 땜납 합금, 구리 땜납 합금, 은, 은 땜납 합금, 팔라듐, 팔라듐 땜납 합금, 티타늄 땜납 합금, 바나듐 땜납 합금, 니켈 땜납 합금, 및 상기 땜납 화합물의 2개 이상의 조합으로 구성되는 그룹에서 선택된다. 일부 실시예에서, 제 2 땜납 화합물은 세라믹 표면의 습윤을 촉진시키는 활성 땜납 화합물이다. 일 실시예에서, 활성 땜납 화합물은 티타늄, 지르코늄, 크롬, 및 이트륨으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 반응성 원소를 포함한다. 다른 실시예에서, 활성 땜납 화합물은 하나 이상의 희토류 원소를 포함한다.
플랜지붙이 금속 물품, 제 2 땜납 화합물 및 세라믹 물품의 조립체를 제 2 땜납 화합물의 고상선 온도 이상의 온도로 가열시키고, 이어서 조립체를 냉각시켜서, 플랜지붙이 금속 구성품(플랜지붙이 금속 물품)과 세라믹 구성품(세라믹 물품) 사이에 견고한 조인트를 생성한다. 플랜지붙이 금속 물품의 플랜지부(플랜지)는 구속형 금속 부재에 의해 구속 상태를 유지하며, 따라서, 원래의 금속 물품 또는 금속 물품에 접합된 세라믹 물품에 비해 가열 중 거의 팽창을 나타내지 않는다. 따라서, 다양한 실시예에서, 구속형 금속 부재는 금속 물품 개시 물질과 부착되고자 하는 세라믹 구성품 사이의 열팽창 특성의 불일치를 보상한다. 세라믹 물품에 접합되는 플랜지붙이 금속 물품의 플랜지부 내에서, 그리고 그 주위에서, 열팽창 특성을 제어함으로써, 플랜지붙이 금속 물품 및 세라믹 물품이 접합될 수 있고, 가열 및 냉각 사이클 중 세라믹 물품에 대한 손상을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 방법에 따라 세라믹 구성품에 접합된 플랜지붙이 금속 구성품을 포함하는 물품을 조립할 때, 구속형 금속 부재의 폭은, 플랜지붙이 금속 구성품과 세라믹 구성품의 열팽창 특성 사이의 일치를 최적화시키도록 조정될 수 있다.
당 업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 이용되는 땜납 화합물의 양은 제 1 땜납 화합물의 경우에 금속 물품과 구속형 금속 부재 사이에서, 그리고, 제 2 땜납 화합물의 경우에 플랜지붙이 금속 물품의 플랜지부와 세라믹 물품 사이에서, 강한 본드를 생성하는데 충분하여야 한다. 일부 실시예에서, 금속 물품 또는 플랜지붙이 금속 물품에 도포되는 제 1 땜납 화합물 또는 제 2 땜납 화합물은 약 0.0001 인치 내지 약 0.05 인치 범위의 두께를 갖는다. 예를 들어, 금 땜납 화합물은 금속 물품에 도포될 수 있고, 약 0.001 내지 약 0.005 인치 범위의 두께를 갖는다. 다른 예에서, 금속 물품에 도포되는 금 땜납 화합물은 약 0.002 인치의 두께를 갖는다. 땜납 화합물은 다양한 물리적 형태로 도포될 수 있다. 예를 들면, 땜납 화합물은 그 중에서도 포일, 리본, 와이어, 크림, 프리폼(preform), 또는 페이스트(paste)로서 도포될 수 있다.
일 실시예에서, 땜납 화합물은 과도 액상(TLP: Transient Liquid Phase) 화합물이다. 일 실시예에서, 본 발명은 제 1 및 제 2 땜납 화합물을 이용하고, 각각의 땜납 화합물은 과도 액상 땜납 화합물이다. 과도 액상 땜납 화합물을 이용하면, 본 발명에 의해 제공되는 물품에서 복수의 땜납 조인트가 생성되어야 하고 땜납 조인트들이 동일한 또는 유사한 납땜 온도에서 서로 다른 납땜 단계에서 생성되는 경우에 유리할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 본 발명은 단일 가열 사이클에서 형성되는 복수의 땜납 조인트를 포함하는 플랜지붙이 금속 물품을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 금속 플랜지를 제조하기 위한 프로세스 흐름도(단계 1 내지 3)를 도시하는 도 1을 참조하면, 니켈-합금 파이프의 외측 단부 부분에 제 1 땜납 화합물을 도포하는 단계 1이 구성된다. 그 후 단계 2에서, 몰리브덴 와이어가 단계 1의 제 1 땜납 화합물로 처리된 파이프의 세그먼트 주위로 감긴다. 파이프, 제 1 땜납 화합물 및 몰리브덴 와이어의 조립체가 그 후 단계 3에서 열처리되고 냉각되어 금속 플랜지를 형성한다. 도면에서는 세라믹 구성품에 접합된 플랜지붙이 금속 구성품을 포함하는 물품을 제조하기 위한 방법(단계 1 내지 6)을 또한 도시한다. 따라서, 단계 1 내지 3에 이어, 단계 4에서, 노출된 파이프 단부(플랜지붙이 금속 물품의 플랜지부) 상에 제 2 땜납 화합물이 배치되고, 단계 5에서 세라믹 물품이 제 2 땜납 화합물과 접촉하게 되어 금속 플랜지와 세라믹 물품 사이에 연결부를 형성한다. 마지막으로, 단계 6에서, 플랜지붙이 금속 물품, 제 2 땜납 화합물 및 세라믹 물품의 조립체가 열처리되고 냉각되어, 이들 사이에서 견고한 조인트를 구현하고, 세라믹 구성품에 접합된 플랜지붙이 금속 구성품을 포함하는 제조 물품을 제공한다.
도 2는 본 발명에 의해 제공되는 조립체(8)의 개략적 단면도이다. 도 2는 가열 이전에 조립체를 나타내기 때문에 어떤 플랜지도 존재하지 않는다. 조립체(8)는 금속 물품(14), 금속 물품(14)의 단부 부분(16) 상에 배치되는 제 1 땜납 화합물(18), 및 금속 물품의 단부 부분 주위로 감기고, 제 1 땜납 화합물과 접촉하는 소정 길이의 구속형 금속 부재(20)를 포함한다.
도 3은 플랜지붙이 금속 물품을 생산하기 위해 본 발명의 방법을 이용하여 수정될 금속 실린더의 개략도를 도시한다. 도 2에서와 같이, 도면은 열처리 및 플랜지 형성 이전에 본 발명의 조립체를 나타내기 때문에, 어떤 플랜지도 존재하지 않는다. 일부 실시예에서, 금속 물품(14)은 니켈 합금 파이프이고, 제 1 땜납 화합물(18)은 금 땜납 화합물이며, 구속형 금속 부재(20)는 몰리브덴 와이어이고, 몰리브덴 와이어는 내측 표면(22) 및 파이프 상측 표면(24)을 갖는 파이프 주위로 감긴다. 도 3에 도시되는 실시예에서, 구속형 금속 부재(20)를 포함하는 조립체의 감긴 부분의 상부와 파이프 상측 표면(24) 사이에 갭(26)이 존재한다. 소정의 실시예에서, 갭(26)은 구속형 금속 부재 및 땜납 화합물과 접촉하지 않는 파이프 부분을 최소화시키기 위해 가능한 작게 유지된다. 갭(26)을 최소화함으로써, 세라믹 물품에 파이프의 상측 부분을 접합할 때 변형 및/또는 크랙 형성을 감소시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 의해 제공되는 플랜지붙이 원통형 금속 물품(10)의 개략적인 단면도이다. 구속형 금속 부재(20)는 금속 물품(14)의 단부 부분(16) 주위로 복수 회 감기는 것으로 도시되며, 제 1 땜납 화합물(18)이 단부 부분 상에 배치되어, 제 1 땜납 화합물(18)이 물품(14)의 외측 표면 및 구속형 금속 부재(20)와 접촉하게 된다.
이하, 도 5를 참조하면, 도면은 플랜지붙이 금속 물품을 생산하기 위해 본 발명의 방법을 이용하여 수정된 금속 실린더(14)로 이루어진 플랜지붙이 금속 물품(10)을 나타낸다. 구속형 금속 부재(20)로 감기고, 제 1 땜납 화합물(18)과 접촉하는 실린더(14)의 단부 부분(16)은 플랜지부가 없는 금속 실린더, 제 1 땜납 화합물(18) 및 구속형 금속 부재(20)의 조립체의 열처리에 이어 형성되는 플랜지(28)를 포함한다. 상술한 바와 같이, 금속 실린더는 가열 단계 중 구속형 금속 부재(20)보다 많이 팽창하고, 구속형 금속 부재와 밀착 접촉하게 된다. 냉각시, 금속 실린더와 구속형 금속 부재(20) 사이의 밀착 접촉은 제 1 땜납 화합물 및 구속형 금속 부재와 접촉하는 금속 실린더의 해당 부분의 수축을 방지하여, 나팔형 단부 부분(flared-end portion)(28)이라고도 불리는 플랜지(28)를 형성시킨다.
이제, 도 6을 참조하면, 도면은 세라믹 구성품(12)에 접합된 플랜지붙이 금속 구성품(10)을 포함하는 본 발명에 의해 제공되는 물품(32)의 개략적 단면도를 도시한다. 도시되는 실시예에서, 플랜지붙이 금속 물품은 플랜지붙이 금속 물품의 상측 표면(24)과 세라믹 물품(12) 사이에 제 2 땜납 화합물(30)을 도포함으로써 세라믹 물품(12)에 접합된다. 플랜지붙이 금속 물품(10)은 세라믹 물품(12)에 접합하기에 적합한 형상 및 크기를 가질 수 있다. 예시적인 일 실시예에서, 플랜지붙이 금속 물품(10)은 동심 세라믹 실린더와 조합하여 존재한다.
도 7은 세라믹 구성품(12)에 접합되는 플랜지붙이 금속 구성품(10)을 포함하는 본 발명에 의해 제공되는 물품(34)의 개략적 단면도를 도시한다. 도시되는 실시예에서, 구속형 금속 부재(20)의 복수층을 포함하는 플랜지부를 포함하는 플랜지붙이 금속 물품은 플랜지붙이 금속 물품의 상측 표면(24)과 세라믹 구성품(12) 사이에 배치되는 제 2 땜납 화합물(30)을 통해 세라믹 물품(12)에 접합된다.
도 8은 세라믹 물품(12)에 접합되는 플랜지붙이 금속 물품(10)을 포함하는 본 발명에 의해 제공되는 물품(36)을 도시한다. 도 7에 도시되는 실시예에서, 플랜지붙이 금속 물품(10)은 플랜지(28), 제 1 땜납 화합물(18), 및 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 열처리 및 플랜지 형성 단계를 거친 개시 금속 물품(14)의 제 1 부분 주위로 감긴 구속형 금속 부재(20)를 포함한다.
일 실시예에서, 제 1 땜납 화합물(18) 및 제 2 땜납 화합물(30)은 금계 땜납 물질을 포함할 수 있고, 납땜에 이용되는 하나 이상의 접합 기술에 의해 금속 물품(14)에 접합될 수 있다. 땜납 화합물은 합판법(cladding), 페이스팅(pasting), 용접(welding), 도금(plating), 증착, 주물, 기계적 부착, 또는 용사(thermal spray) 기술과 같은 다양한 방법에 의해 금속 물품(14)의 표면 상에 직접 배치될 수 있다. 제 2 땜납 화합물(30)은 세라믹 구성품(12)에 플랜지붙이 금속 구성품(10)을 접합하는데 사용되고, 플랜지붙이 금속 구성품, 제 2 땜납 화합물 및 세라믹 구성품의 조립체의 열처리로부터 발생하는 기계적 변형을 수용하는데 도움을 줄 수 있다. 제 1 땜납 화합물(18) 및 제 2 땜납 화합물(30)은 동일한 물질 또는 상이한 물질일 수 있다. 일 실시예에서, 제 1 땜납 화합물(18) 및 제 2 땜납 화합물(30)은 극한 환경, 예를 들어 땜납 조인트가 하나 이상의 부식성 화학 종(예를 들어, 물 및 황화수소 가스의 기체 혼합물) 및 고온(예를 들어, 500℃)에 동시에 노출되는 환경에서 작동할 수 있다. 이러한 환경은 여기서 때때로 극한 열화학적 환경으로 불린다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 다양한 추가층이 채용될 수 있다. 예를 들어, 추가적인 금속층이 개시 금속 물품의 단부 부분 상에, 또는 땜납 물질 상에, 또는 세라믹 구성품에 접합된 플랜지붙이 금속 구성품을 포함하는 플랜지붙이 물품의 세라믹 구성품 상에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명은 세라믹 구성품에 접합된 플랜지붙이 금속 구성품을 포함하는 물품을 제공하며, 제 2 땜납 화합물과 세라믹 구성품 사이에 금속 중간층이 배치된다. 이러한 금속 중간층은 세라믹 구성품과 플랜지붙이 금속 구성품과의 접합을 촉진시킬 수 있다. 이러한 추가적인 금속층의 적절한 소스는 금속 포일, 코팅 및 분말을 포함한다. 일 실시예에서, 추가적인 금속층은 몰리브덴 및 마그네슘을 포함하며, 당 업자에게 알려진 하나 이상의 기술에 의해 본 발명에 의해 제공되는 물품에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 물품의 하나 이상의 표면의 습윤을 촉진시키기 위해 본 발명에 의해 제공되는 물품에 추가층이 포함된다. 예를 들어, 니켈을 포함하는 습윤층이 제 2 땜납 화합물의 접합 융화성을 개선시키는데 이용될 수 있다. 적절한 습윤층은 예를 들어, 전기도금 기술과, 무전해 니켈 도금과 같은 무전해-도금 기술에 의해 제조될 수 있다. 더욱이, 다양한 보호 코팅이 땜납 화합물 위에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 플랜지붙이 금속 구성품과 세라믹 구성품 사이의 접합을 열-화학성 환경적 분해로부터 보호하기 위해, 제 2 땜납 화합물(30)(도 8)의 노출부에 보호 코팅이 도포된다.
(예시)
물질: 직경 5인치, 벽 두께 0.25인치의 저팽창 취성 알루미나 튜브가 세라믹 구성품으로 사용되었다. 세라믹 구성품과 직접 접합될 고팽창 금속 물품은 대략 동일한 직경(5인치)의 0.035인치 두께의 INCONEL® 625 튜브였다. 직경 0.015인치, 길이 30피트의 몰리브덴 와이어(Rembar Co.)가 구속형 금속 부재로 사용되었고, 두께 0.002인치, 폭 0.5인치, 및 길이 16인치의 99.99% 금 포일(Williams Advanced Materials)이 제 1 땜납 화합물로 사용되었다. PALCUSIL 10(Morgan Technical Ceramics-Wesgo Metals Deivison)이 제 2 땜납 화합물로 사용되었다.
예 1: 플랜지붙이 금속 물품의 준비
두께 약 0.035인치의 INCONEL® 625 시트가 원통 형상으로 압연되고 심 용접(seam welding)되어, 약 4.85인치의 직경을 갖는 튜브를 생성한다. 튜브의 단부에 금속 플러그가 삽입되어 튜브 원형을 유지시키고 회전축 주위로 지지부를 제공한다. 금 포일 제 1 땜납 화합물이 튜브 단부의 외측 표면에 가용접(tack welding)되었다. 0.015 인치의 직경을 갖는 30피트 길이의 몰리브덴 와이어가 금 포일 제 1 땜납 화합물의 상부에 손으로 감겼다. 복수 턴의 몰리브덴 와이어가 튜브 주위로 감겨져, 각각의 턴(또는 감김)이 인접 턴과 밀접하거나 접촉하게 되고 제 1 땜납 화합물과 접촉하게 된다. 몰리브덴 와이어의 단부는 그 후 함께 꼬여져서 턴들을 위치에 보지시키고, 결과적인 조립체는 진공 노에 배치되어 1분동안 1107℃의 온도까지 가열되어, 플랜지붙이 금속 물품을 형성한다. 이러한 가열 기법은 금계 땜납 화합물을 이용하는 경우에 통상적이다. 플랜지붙이 금속 물품은 플랜지 영역 내에서, 그리고 그 주위에서 균일한 땜납 화합물 유동을 나타냈다.
열처리시, 튜브는 몰리브덴 와이어보다 크게 팽창하였고, 몰리브덴 와이어와 밀착 접촉하게 되었다. 냉각시, 몰리브덴 와이어는 튜브의 단부를 구속하였고, 원 형상 및 크기로 다시 수축되는 것을 방해하여, 결과적으로, 튜브의 단부가 예를 들어 도 4에 도시되는 바와 같이 금속 플랜지로 변환되었다. 튜브의 결과적인 변형은 좌표 측정기(CMM: Coordinate Measuring Machine)를 이용하여 측정되었다. 좌표 측정기로 얻은 결과의 분석에 따르면, 두께 0.04 인치의 몰리브덴 와이어는 본 예에서 사용되는 두께 0.035인치의 금속 물품과 연계하여 금속 부재를 구속하기 위한 최적 두께였다. 추가적으로, 분석 결과에 따르면, 두께 0.04 인치의 몰리브덴 와이어를 구속형 금속 부재로 이용하면 결과적인 플랜지 및 알루미나 세라믹 구성품의 열팽창 특성 사이의 더 우수한 일치를 얻을 수 있었다.
예 2
금 제 1 땜납 화합물로 처리된 두께 0.035 인치 및 직경 약 5인치의 3개의 INCONEL® 625 튜브가 두께 0.04인치의 몰리브덴 와이어로 감기고 예 1에서와 같이 열처리되어, 3개의 플랜지붙이 금속 물품을 제공하였다. 3개의 플랜지붙이 금속 물품 각각의 플랜지부의 상측 표면(예를 들어, 도 5의 요소(24) 참조)에 제 2 땜납 화합물(PALCUSIL-10)이 도포되었다. 그 후, 플랜지붙이 금속 물품의 플랜지부와 각각 대략 동일한 직경 및 두께를 갖는 3개의 알루미나 세라믹 튜브는 3개의 플랜지붙이 금속 물품 각각과 접촉하게 되어, 제 2 땜납 화합물이 플랜지붙이 금속 물품 및 세라믹 튜브와 모두 접촉하게 되었다. 플랜지붙이 금속 물품, 제 2 땜납 화합물 및 세라믹 튜브의 조립체는 그 후, 다음의 가열 조건, 즉, 725℃/3시간, 830℃/1분, 및 881℃/1분에 따라 진공 하에 가열되어, 플랜지붙이 금속 물품에 세라믹 튜브를 접합시키고, 세라믹 구성품에 접합된 플랜지붙이 금속 구성품을 포함하는 제조 물품을 제공하였다. 몰리브덴 와이어와 INCONEL 625 튜브 사이의 금-함유 땜납 조인트는, 제 2 땜납 화합물(PALCUSIL-10)이 충분히 낮은 온도에서 플랜지붙이 금속 물품에 세라믹 튜브를 효과적으로 접합하여 제 1 땜납 화합물이 제 2 가열 조건 중 유동하지 않게 되기 때문에, 이러한 제 2 가열 단계에 의해 방해받지 않는다.
3개의 제조 물품 각각에 대해 인장 시험이 수행되었다. 따라서, INCONEL 625 튜브의 단부 상에 인장 하중이 인가되었다. 3635 피트-파운드(제 1 물품), 14,898 피트-파운드(제 2 물품), 및 14,414 피트-파운드(제 3 물품)의 최대 인장 하중이 기록되었다. 제 1 물품의 파괴는, 세라믹 튜브 구성품과 플랜지붙이 INCONEL 625 튜브 구성품의 접합 표면 사이의 제 2 땜납 화합물의 불충분한 커버리지로 인해, 땜납 화합물에서 직접 관찰되었다. 제 2 물품 및 제 3 물품의 경우에, PALCUSIL-10 땜납 조인트에 인접한 세라믹 균열(ceramic fracture)에 의해 파괴가 발생하는 것으로 관찰되었다. 일부 세라믹 물질은 파괴 이후 INCONEL 625 플랜지 상에서 접촉을 유지하였고, 이는 조인트 근처에서 땜납 조인트의 강도가 세라믹 튜브의 강도를 넘는다는 것을 표시한다.
비교예 1: 구속형 금속 부재없는 납땜
대조 실험으로서, 예 1 및 예 2에 이용된 것과 유사한 INCONEL 625 튜브를 구속형 금속 부재없이 세라믹 튜브에 납땜하였고, 그 결과, 납땜 열처리 중 세라믹 튜브가 파괴되었다. 이 결과는 납땜 단계 중 세라믹에 유도되는 응력이 세라믹의 강도를 넘는다고 예측한 분석과 일치한다. 비교예 1은 예 2에서 얻은 결과와 아주 대조되며, 상온에서 물품의 세라믹 부분에서의 잔류 응력은 충분히 작아서, 세라믹 파괴 이전에 상당한 추가적인 인장 하중이 부과될 수 있게 하였다.
본 발명은 예시, 비교예, 및 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었으나, 발명자가 착상한 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 발명을 설명하는데 사용되는 청구 요소들에 대해 대등한 요소들이 치환될 수 있으며, 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것을 당 업자가 이해할 수 있을 것이다. 추가적으로, 발명자가 착상한 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 특정 응용분야에 이를 적응시키도록 발명의 가르침에 대해 변형예가 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 개시되는 실시예에 제한되지 않으며, 본 발명은 의도된 청구범위의 보호 범위 내에서 모든 실시예들을 포함한다. 이러한 서면의 설명은 예를 이용하여 최적 모드를 포함한, 발명을 개시하며, 임의의 장치나 시스템의 제조 및 이용과 채택된 임의의 방법의 실행을 포함하여, 당 업자로 하여금 발명을 실시할 수 있게 한다. 발명의 특허가능한 범위는 청구범위에 의해 규정되며, 당 업자에게 나타나는 다른 예들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 예들은 청구범의의 글자 그대로의 기재와 다르지 않은 구조적 요소들을 가질 경우, 또는, 청구범위의 글자 그대로의 기재와 실질적 차이가 없는 대등한 구조적 요소들을 포함할 경우, 청구범위의 보호 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
10 : 플랜지붙이 금속 물품 12 : 세라믹 물품
14 : 금속 물품 16 : 단부 부분(제 1 부분)
18 : 제 2 땜납 화합물 20 : 구속형 금속 부재
30 : 제 2 땜납 화합물

Claims (10)

  1. 플랜지붙이 금속 물품(10)의 제조 방법에 있어서,
    (a) 금속 물품(14)의 제 1 부분(16)에 제 1 땜납 화합물(18)을 도포하는 단계와,
    (b) 상기 금속 물품의 제 1 부분(16)을 소정 길이의 구속형 금속 부재(20)로 감는 단계와,
    (c) 상기 금속 물품(14), 상기 구속형 금속 부재(20) 및 상기 제 1 땜납 화합물(18)의 조립체를 상기 제 1 땜납 화합물의 고상선 온도 이상의 온도로 가열하여, 플랜지붙이 금속 물품(10)을 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 금속 물품(14)은 열팽창계수(CTE1)를 갖고, 상기 구속형 금속 부재(20)는 열팽창계수(CTE2)를 가지며, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 큰
    플랜지붙이 금속 물품 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 적어도 10% 이상 큰
    플랜지붙이 금속 물품 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 물품은 하나 이상의 초합금을 포함하는
    플랜지붙이 금속 물품 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 초합금은 니켈계 초합금, 철계 초합금, 코발트계 초합금, 및 상기 초합금들 중 2개 이상의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
    플랜지붙이 금속 물품 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지붙이 금속 물품(10)이 실린더인
    플랜지붙이 금속 물품 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 땜납 화합물(18)은 금계 땜납 화합물, 구리계 땜납 화합물, 은계 땜납 화합물, 백금계 땜납 화합물, 팔라듐계 땜납 화합물, 티타늄계 땜납 화합물, 바나듐계 땜납 화합물, 니켈계 땜납 화합물, 및 이들의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
    플랜지붙이 금속 물품 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 구속형 금속 부재(20)는 하프늄 부재, 지르코늄 부재, 크롬 부재, 니켈 부재, 철 부재, 몰리브덴 부재, 니오븀 부재, 및 상기 부재들 중 2개 이상의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는
    플랜지붙이 금속 물품 제조 방법.
  8. 플랜지붙이 물품(36)에 있어서,
    (a) 세라믹 구성품(20)에 접합되는 플랜지붙이 금속 구성품(10)으로서, 상기 플랜지붙이 금속 구성품(10)은 몰리브덴 와이어(20)로 감기고, 상기 플랜지붙이 금속 구성품은 니켈, 철, 코발트 및 크롬 중 하나 이상을 포함하는, 상기 플랜지붙이 금속 구성품(10)과,
    (b) 상기 몰리브덴 와이어(20)의 표면 및 상기 플랜지붙이 금속 구성품(10)과 접촉하는 제 1 땜납 화합물(18)을 포함하며,
    상기 플랜지붙이 금속 구성품(10)은 열팽창계수(CTE1)를 갖고, 상기 몰리브덴 와이어는 열팽창계수(CTE2)를 가지며, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 적어도 100% 이상 큰
    플랜지붙이 물품.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 플랜지붙이 금속 물품(10)은 상기 몰리브덴 와이어(20)의 복수층을 포함하는
    플랜지붙이 물품.
  10. 세라믹 구성품(12)에 접합되는 플랜지붙이 금속 구성품(10)을 포함하는 물품(36)의 제조 방법에 있어서,
    (a) 금속 물품의 제 1 부분(16)에 제 1 땜납 화합물(18)을 도포하는 단계와,
    (b) 상기 금속 물품의 제 1 부분을 소정 길이의 구속형 금속 부재(20)로 감는 단계와,
    (c) 상기 금속 물품(10), 상기 구속형 금속 부재(20) 및 상기 제 1 땜납 화합물(18)의 조립체를 상기 제 1 땜납 화합물(18)의 고상선 온도 이상의 온도로 가열하여, 플랜지붙이 금속 물품(36)을 제공하는 단계로서, 상기 금속 물품(14)은 열팽창계수(CTE1)를 갖고, 상기 구속형 금속 부재(20)는 열팽창계수(CTE2)를 가지며, 열팽창계수(CTE1)는 열팽창계수(CTE2)보다 큰, 상기 플랜지붙이 금속 물품(36) 제공 단계와,
    (d) 제 2 땜납 화합물이 상기 금속 물품의 플랜지부와 세라믹 물품 사이에 배치되도록, 상기 플랜지붙이 금속 물품(36)의 플랜지부(10)를 상기 제 2 땜납 화합물(30) 및 상기 세라믹 물품(12)과 접촉시키는 단계와,
    (e) 상기 플랜지붙이 금속 물품, 상기 제 2 땜납 화합물 및 상기 세라믹 물품의 조립체를 상기 제 2 땜납 화합물의 고상선 온도 이상의 온도로 가열하여, 상기 세라믹 구성품에 접합된 플랜지붙이 금속 구성품을 포함하는 물품을 제공하는 단계를 포함하는
    플랜지붙이 금속 물품.
KR1020120017605A 2011-02-22 2012-02-21 구속형 금속 플랜지 및 그 제조 방법 KR20120097464A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/032,315 2011-02-22
US13/032,315 US20120214016A1 (en) 2011-02-22 2011-02-22 Constrained metal flanges and methods for making the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120097464A true KR20120097464A (ko) 2012-09-04

Family

ID=45656017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120017605A KR20120097464A (ko) 2011-02-22 2012-02-21 구속형 금속 플랜지 및 그 제조 방법

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20120214016A1 (ko)
EP (1) EP2492029B1 (ko)
JP (1) JP2012183585A (ko)
KR (1) KR20120097464A (ko)
CN (1) CN102672357B (ko)
AU (1) AU2012200974B2 (ko)
CA (1) CA2768120A1 (ko)
IN (1) IN2012DE00427A (ko)
RU (1) RU2591867C2 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220111989A (ko) * 2021-02-03 2022-08-10 주식회사 오성테크 금형공구강 접합방법과 이와 같은 방법에 의해 제조된 금형

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8960525B2 (en) * 2013-01-31 2015-02-24 General Electric Company Brazing process and plate assembly
EP3135082B1 (en) * 2014-04-24 2021-02-24 Triumf Target assembly for irradiation of molybdenum with particle beams and method of making thereof
JP5778841B1 (ja) * 2014-09-30 2015-09-16 株式会社リアリティ・デンタル・ラボラトリー インプラント上部構造
US10782016B2 (en) * 2015-03-12 2020-09-22 General Electric Technology Gmbh System and method for reducing emissions in a chemical looping combustion system
CN107175421B (zh) * 2017-07-06 2019-06-11 武汉理工大学 一种预压应力双金属离心浇铸复合管端部法兰的焊接工艺
CN111001890A (zh) * 2019-12-16 2020-04-14 中国电子科技集团公司第四十三研究所 一种减小异质材料焊接变形的方法
EP4009114A1 (fr) * 2019-12-31 2022-06-08 Nivarox-FAR S.A. Ressort spiral pour mouvement d'horlogerie et son procede de fabrication

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB769108A (en) * 1953-09-18 1957-02-27 Omnicoil Entpr Inc A method of manufacturing articles of irregular cross-section and articles made by said method
FR1243919A (fr) * 1959-09-10 1960-10-21 Quartz & Silice Procédé de soudure entre matériaux ayant des coefficients de dilatation très différents
GB1107764A (en) * 1965-01-07 1968-03-27 Gen Electric Co Ltd Improvements in or relating to the closure of tubes of refractory oxide material
JPS54101816A (en) * 1978-01-27 1979-08-10 Nippon Electric Co Brazing method
SU730662A1 (ru) * 1978-08-28 1980-04-30 Предприятие П/Я В-2058 Конструкци телескопического соединени керамики с металлом
DE3151487C2 (de) * 1981-12-24 1983-12-22 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Rohr aus faserverstärktem Metall
JPS62252201A (ja) * 1986-04-25 1987-11-04 Toshiba Corp セラミックス板と金属筒との気密接合構体
JPS6314829A (ja) * 1986-07-08 1988-01-22 Tokyo Shiyouketsu Kinzoku Kk 異方性熱膨張率を有する高熱伝導部材の製造方法
JP2769567B2 (ja) * 1987-10-27 1998-06-25 靖秀 箕西 セラミックスと金属との接合体
DE3924225C2 (de) * 1988-07-22 1994-01-27 Mitsubishi Electric Corp Verfahren zur Herstellung eines Keramik-Metall-Verbundsubstrats sowie Keramik-Metall-Verbundsubstrat
US4890783A (en) * 1988-11-29 1990-01-02 Li Chou H Ceramic-metal joining
JP2903743B2 (ja) * 1991-02-28 1999-06-14 いすゞ自動車株式会社 燃焼室の構造及びその製造法
EP0743131A1 (en) * 1995-05-17 1996-11-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Ceramic metal bonding
CN1061283C (zh) * 1997-09-10 2001-01-31 西安交通大学 提高陶瓷/金属钎焊接头强度的方法
JP3037669B1 (ja) * 1998-11-30 2000-04-24 京セラ株式会社 セラミック部材と金属部材の接合体及びこれを用いたウエハ支持部材
JP2000343210A (ja) * 1999-03-31 2000-12-12 Komatsu Ltd 二重構造管およびその製造方法
JP2001130976A (ja) * 1999-11-01 2001-05-15 Mitsubishi Electric Corp セラミックスと金属の接合方法及びその方法により接合されたセラミックスと金属の接合体
WO2005121045A1 (ja) * 2004-06-08 2005-12-22 Ngk Insulators, Ltd. 脆性材料－金属構造体
JP4866836B2 (ja) * 2005-02-23 2012-02-01 京セラ株式会社 接合体とウェハ保持部材及びその取付構造並びにウェハの処理方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220111989A (ko) * 2021-02-03 2022-08-10 주식회사 오성테크 금형공구강 접합방법과 이와 같은 방법에 의해 제조된 금형

Also Published As

Publication number Publication date
AU2012200974B2 (en) 2016-09-15
EP2492029A1 (en) 2012-08-29
JP2012183585A (ja) 2012-09-27
RU2591867C2 (ru) 2016-07-20
CN102672357A (zh) 2012-09-19
AU2012200974A1 (en) 2012-09-06
CA2768120A1 (en) 2012-08-22
CN102672357B (zh) 2016-04-20
US20120214016A1 (en) 2012-08-23
IN2012DE00427A (ko) 2015-06-05
EP2492029B1 (en) 2013-12-18
RU2012106763A (ru) 2013-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2492029B1 (en) Constrained metal flanges and methods for making the same
CN112008180B (zh) 一种Ni3Al基单晶合金的高性能钎焊方法
KR100984089B1 (ko) 지르코늄 코팅된 강판 및 이 강판으로 제조된 화학 장치구성 요소
TWI461386B (zh) High strength alumina and stainless steel metal bonding method
JP2011502786A (ja) チタンアルミニウム合金からなるワークピース領域を有するワークピースの接合方法および材料溶着方法
CN113909610B (zh) 一种第三代单晶高温合金的高性能钎焊方法
US5102747A (en) High temperature-resistant composite
RU2572948C2 (ru) Композитный порошок для соединения или наплавки путем диффузионной пайки деталей из суперсплавов
JP2004203706A (ja) 異種材料接合体及びその製造方法
KR100849385B1 (ko) 불안정 산화 지르코늄 입자를 포함하는 금속 매트릭스로된 물체와 그 제조방법
JPS6045991B2 (ja) 管状継手部材の製法
CN111927335B (zh) 一种石油钻管的制备方法
JPH0330463B2 (ko)
TW200927346A (en) A diffusion bonding method for blocks of based bulk metallic glass
JP3240211B2 (ja) 銅−アルミニウム異種金属継手材
KR101039361B1 (ko) 저온 조건하에서 모재의 강도를 초과하는 티타늄 또는 티타늄계 합금 간 접합부의 제조방법
US7578424B2 (en) Method of joining a microwave transparent component to a host component
Bhanumurthy et al. Tubular transition joint between zircaloy-2 and stainless steel
Shirzadi et al. Novel method for diffusion bonding superalloys and aluminium alloys (USA patent 6,669,534 b2, european patent pending)
CN116693313A (zh) 一种c/c复合材料的激光焊接方法
JPH07157373A (ja) セラミック材及び金属材の接合方法並びに気密容器の製造方法
CN115194275A (zh) 一种用于钛合金与镍基高温合金异种金属钎焊的方法
JP2002167638A (ja) Ｎｂ３Ｓｉ５Ａｌ２−Ａｌ２Ｏ３二層被覆Ｎｂ基合金及びその製造方法
Stephens et al. Reducing inadvertent alloying of metal/ceramic brazes
JPH04295067A (ja) 金属−窒化物系セラミックスの接合構造

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E601 Decision to refuse application