KR20140041355A - 납땜에 유용한 금속 조성물 및 관련 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

니켈, 약 5% 내지 약 40%의, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴 또는 이들의 조합 중에서 선택된 내화성 금속, 약 2% 내지 약 32%의 크롬, 및 약 0.5% 내지 약 10%의 하나 이상의 활성 금속 원소를 포함하는 납땜 합금 조성물이 개시된다. 상기 납땜 조성물에 의해 서로 결합된 두 부품들을 포함하는 전기화학 전지가 또한 기술된다. 전기화학 전지 내에서와 같이 부품들을 결합시키는 방법 또한 기술된다. 상기 방법은 결합시킬 제1 부품 및 제2 부품 사이에 납땜 합금 조성물을 도입하여 납땜 구조물을 형성하는 단계를 포함한다. 많은 경우, 하나의 부품은 세라믹으로 형성되고, 다른 하나는 금속 또는 금속 합금으로 형성된다.

Description

납땜에 유용한 금속 조성물 및 관련 방법 및 장치{METALLIC COMPOSITIONS USEFUL FOR BRAZING, AND RELATED PROCESSES AND DEVICES}

본 발명은 일반적으로 납땜 조성물에 관한 것이다. 일부 특정 실시양태에서, 본 발명은 고온에서 사용되는 부품(component), 예컨대 열 충전식 배터리에 내식성 밀봉(corrosion-resistant sealing) 및 다른 이점들을 제공하는 납땜 조성물에 관한 것이다.

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은, 2012년 5월 25일자로 출원된, "납땜용 조성물, 및 관련된 방법 및 장치"란 제목의 출원번호 제 61/651,817 호로 가출원된 미국 특허 출원에 관한 것으로서, 이를 우선권으로 주장하고, 이 출원을 본원에 참고로 인용한다.

많은 전기화학 장치는 장치 상에 또는 장치 내에 밀봉부를 제공하기 위한 공정 및 조성물을 필요로 한다. 밀봉부는 전체 장치를 밀봉하기 위해 사용되거나 또는 장치 내에서 다양한 챔버들을 분리할 수 있다. 예를 들어, 많은 유형의 밀봉 물질들이 고온 충전용 배터리/전지에서 상이한 부품들을 결합(joining)시키는데 사용하는 것으로 고려되어 왔다.

나트륨/황 또는 나트륨/금속 할라이드는 여러 가지 세라믹 및 금속 부품들을 포함할 수 있는 고온 배터리의 우수한 예이다. 상기 세라믹 부품은 흔히 전기절연성 알파-알루미나 칼라(collar) 및 이온-전도성 전해질 베타-알루미나 튜브를 포함하며, 일반적으로 밀봉 유리를 통해 결합되거나 접합된다. 상기 금속 부품은 금속 케이싱, 전류 집전기 부품, 및 용접 또는 열 압축 접합(bonding)(TCB)에 의해 종종 결합되는 다른 금속 부품들을 포함한다. 이들 부품들을 밀봉하는 메카니즘은 현재 입수할 수 있지만, 그의 사용은 때로는 몇 가지 어려움을 제시한다. 예를 들어, 금속-세라믹 접합은, 상기 세라믹 및 금속 부품들에 대한 열 팽창 계수의 불합치에 의해 야기되는 열 응력으로 인해 문제가 될 수 있다.

상기 금속-세라믹 접합은 고온 전지의 신뢰성 및 안전성에 가장 중요하다. 세라믹 접착제, 납땜, 및 소결을 비롯한 많은 유형의 밀봉 물질 및 밀봉 공정들이 세라믹 부품에 금속을 결합시키는 것으로 고려되어 왔다. 그러나, 상기 밀봉 물질의 대부분은 고온 및 부식성 환경을 견디지 못할 수도 있다.

세라믹 부품 및 금속 부품을 결합시키기 위한 통상적인 접합 기법은, 상기 세라믹 부품을 금속화한 다음 금속화된 세라믹 부품을 TCB를 사용하여 상기 금속 부품에 접합시키는 다중 단계를 수반한다. 그러한 금속-세라믹 접합부의 접합 강도는 광범위한 변수들에 의해 조절된다. 변수들의 일부는 상기 세라믹 부품의 미세구조, 상기 세라믹 부품의 금속화, 및 다양한 TCB 공정 변수를 포함한다. 양호한 접합 강도를 보장하기 위해서, 상기 공정은 다양한 공정 단계들에 관련된 여러 변수들의 정밀 제어를 필요로 한다. 간단히, 상기 방법은 다수의 공정 단계, 및 상기 공정 단계 조절의 어려움에 비추어, 비교적 비용이 비싸며 복잡하다.

상기 세라믹-금속 결합부의 제조를 위한 또 다른 가능한 기법은 납땜이다. 납땜 물질이 그의 융점을 초과하여 가열되고, 모세관 작용에 의해 2 개 이상의 밀접하게 맞추어진 부품들 사이에 분배된다. 그러나, 상기 납땜 물질들의 대부분은, 상기 물질들이 고온 배터리의 필수 요건들을 모두 충족시키지 못한다는 한계를 갖는다. 더욱이, 상업적인 납땜 물질들 중 일부는 그 자체가 꽤 비쌀 수 있으며, 이들을 다양한 공정에 효율적으로 사용하는 것도 또한 비용이 많이 들 수 있다. 그럼에도 불구하고 납땜 기법은 다양한 고온 장치에서 세라믹 및 금속 부품들을 결합시키는 데 상당히 중요한 기술로 남아있다.

이러한 관심 및 도전 과제에 비추어, 고온 충전용 배터리에 대한 성능 요건을 충족시키는 성질 및 특성을 가지며 기존의 밀봉 방법에 비해 가공이 덜 복잡하고 덜 비싼 신규의 납땜 합금 조성물을 개발하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명의 한 실시양태는

조성물 총 중량을 기준으로,

a) 니켈,

b) 약 5% 내지 약 40%의, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴 또는 이들의 조합 중에서 선택된 내화성 금속,

c) 약 2% 내지 약 32%의 크롬, 및

d) 약 0.5% 내지 약 10% (총량)의 하나 이상의 활성 금속 원소

를 포함하는 납땜 합금 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 또하나의 실시양태는, 상술한 납땜 합금 조성물에 의해 서로 결합된 제1 부품 및 제2 부품을 포함하는 전기화학 전지에 관한 것이다.

부품들을 결합하는 방법이 본 발명의 또하나의 실시양태를 위한 기본을 형성한다. 상기 방법은 결합시킬 제1 부품 및 제2 부품들 사이에 납땜 합금 조성물을 도입하여 납땜 구조물을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 납땜 합금 조성물은 상술한 바와 같으며, 본원의 나머지 부분에서 추가로 기술된다. 본 방법에서, 제 위치로 위치된 납땜 구조물은 가열되어 상기 제1 부품와 제2 부품간의 활성 납땜 밀봉부(결합부)를 형성한다.

도 1은 본 발명의 일부 실시양태에 따른 전기화학 전지의 단면을 도시하는 개략도이고;
도 2는 세라믹 부품와 금속 부품 간의 납땜된 결합부의 단면을 도시하는 주사 전자 현미경사진이다.

본 발명은 다양한 유형의 밀봉부를 제공하기 위한 납땜 합금 조성물에 관한 실시양태들을 포함한다. 비제한적인 예는, 다양한 전기화학 전지에 필요한 밀봉부, 예를 들어, 나트륨/황 또는 나트륨 금속 할라이드 배터리에 필요한 것들을 포함한다. 본 발명은 또한, 상기 납땜 조성물을 사용함으로써 제조된 전기화학 전지에 관한 실시양태들을 포함한다. 하기에 상세히 논의되는 바와 같이, 본 발명의 실시양태들 중 일부는, 예를 들어, 전기화학 전지에서 금속 부품에 대해 세라믹 부품을 밀봉하기 위한 납땜 합금 및 이로부터 형성된 금속 할라이드 배터리를 제공한다. 이들 실시양태는 유리하게는 개선된 밀봉부 및 상기 밀봉을 위한 방법을 제공한다. 본 논의는 금속 할라이드 배터리와 관련된 예를 제공하지만, 이들 공정은 세라믹-금속 또는 세라믹-세라믹 결합을 포함한 임의의 다른 용도들에 적용할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시양태들의 부품들을 도입할 때, 단수 표현 및 "상기"는 달리 나타내지 않는 한 상기 부품들 중 하나 이상이 존재함을 의미하고자 하는 것이다. "포함하는", "비롯하여" 및 "갖는"이란 용어들은 포괄적인 것이며, 나열된 부품들 이외의 추가적인 부품들이 존재할 수도 있음을 의미한다. 본원에 사용된 "및/또는"이란 용어는 관련되어 나열된 항목들 중 하나 이상의 조합을 모두 포함한다. 달리 나타내지 않는 한, "상에 배치된", "상에 침착된" 또는 "사이에 배치된"이란 용어들은 층들, 물체들 등 사이의 직접적인 접촉, 또는 예를 들어 층들이 사이에 끼어있는, 간접적인 접촉을 모두 지칭한다.

명세서 및 특허청구범위 전체에 걸쳐 본원에 사용된 바와 같이, 관련될 수도 있는 기본적인 작용의 변화를 생성시키지 않으면서 허용 가능하게 변화할 수 있는 임의의 정량적인 표현을 변형시키기 위해 근사치 용어를 적용할 수도 있다. 따라서, "약"과 같은 용어에 의해 변형된 값은 명시된 값으로만 제한되지 않는다. 일부의 경우에, 상기 근사치 용어는 상기 값을 측정하기 위한 장비의 정밀도에 상응할 수 있다.

본원에 사용된 "액체화(liquidus) 온도"란 용어는 일반적으로 합금이 고체에서 용융 또는 점성 상태로 변형되는 온도를 지칭한다. 상기 액체화 온도는 결정이 용융물과 열역학적 평형으로 함께 존재할 수 있는 최대 온도를 명시한다. 상기 액체화 온도 초과에서 상기 합금은 균질하며, 상기 액체화 온도 미만에서는, 특정 합금에 따라, 시간에 따라 상기 용융물 중에 증가하는 수의 결정이 형성되기 시작한다. 일반적으로, 합금은 그의 액체화 온도에서 용융되며, 결합될 2 개 부품들 사이에 밀봉부를 형성한다.

상기 액체화 온도는 "고체화 온도"와 대비될 수 있다. 상기 고체화 온도는 물질이 완전하게 고체화되는(결정화되는) 점을 정량화한다. 상기 액체화 및 고체화 온도는 반드시 나란하거나 중복되지는 않는다. 상기 액체화 온도와 고체화 온도 사이에 간격이 존재하는 경우, 상기 간격 내에서 상기 물질은 고체상과 액체상으로 동시에 이루어진다(예를 들어, "슬러리") .

"밀봉"은, 다른 구조들이 함께 결합하여 상기 다른 구조들 간의 결합부를 통한 누출이 감소되거나 방지되는 구조에 의해 수행되는 기능이다. 상기 밀봉 구조물은 또한 간략성을 위해 본원에서 "밀봉부" 또는 '결합부"라 칭해질 수도 있다.

전형적으로, "납땜"은 결합되는 부품들(즉, 상기 부품들의 물질들)의 융점보다 더 낮은 액체화 온도를 갖는 납땜 물질(대개는 합금)을 사용한다. 상기 납땜 물질을 적합한 분위기에 의해 보호하면서 그의 용융(또는 액체화) 온도보다 약간 높게 만든다. 이어서 상기 납땜 물질은 상기 부품들 위로 유동되고(습윤화로서 공지됨), 이어서 냉각되어 상기 부품들을 함께 결합시킨다. 본 발명에 사용된 "납땜 합금 조성물", "납땜 물질" 또는 "납땜 합금"은 결합되는 부품들을 습윤시키고 이들을 밀봉하는 능력을 갖는 조성물을 지칭한다. 특정 용도의 경우 납땜 합금은 요구되는 사용 조건들을 견뎌야 하며, 기재 물질보다 더 낮은 온도에서 용융되거나, 또는 매우 특이적인 온도에서 용융된다. 통상적인 납땜 합금은, 대개는 결합부의 계면에서 강한 접합을 형성할 정도로 충분히 세라믹 표면을 습윤시키지 못한다. 또한, 상기 합금은 나트륨 및 할라이드에 부식되기 쉬울 수 있다.

본원에 사용된 "납땜 온도"란 용어는, 납땜 구조물이 가열되어 납땜 합금이 결합 부품들을 습윤시킬 수 있고 납땜 결합부 또는 밀봉부를 형성할 수 있는 온도를 지칭한다. 상기 납땜 온도는 종종 상기 납땜 합금의 액체화 온도보다 더 높거나 동일하다. 또한, 상기 납땜 온도는 상기 결합되는 부품들이 화학적으로, 조성면에서, 및 역학적으로 불안정하게 될 수 있는 온도보다 더 낮아야 한다. 당해 분야의 숙련가들이 이해하는 바와 같이, 상기 납땜 온도 선택에 영향을 미치는 여러 가지 다른 인자들이 존재할 수도 있다.

본 발명의 실시양태는 "활성 납땜"(후술됨)에 의해 결합부를 형성할 수 있는 납땜 합금 조성물을 제공한다. 일부 특정 실시양태에서, 상기 조성물은 또한 나트륨 및 할라이드 부식에 대해 높은 내성을 갖는다. 상기 납땜 합금 조성물은 본원에 개시보통, 니켈, 하나 이상의 선택된 내화성 금속, 크롬, 및 하나 이상의 활성 금속 원소를 포함한다. 상기 합금의 원소들 각각은 보통 전체 납땜 조성물의 하나 이상의 성질에 기여한다. 이러한 성질은 액체화 온도, 열 팽창 계수, 세라믹과 상기 납땜 합금의 유동성 또는 습윤성, 내식성, 및 가공 용이성을 포함할 수 있다. 상기 성질들 중 일부를 후술한다.

본 발명의 대부분의 실시양태들에 따르면, 상기 납땜 합금 조성물은 니켈계 합금이다. 달리 말하면, 상기 합금은 상기 합금 중의 다른 원소들의 양에 비해 비교적 다량의 니켈을 함유한다. 니켈은 다른 공지된 기재 금속, 예를 들어, 구리, 철, 크로뮴, 코발트 등에 비해 부식 환경에서 비교적 불활성이다. 또한, 니켈은 상기 납땜 합금의 다른 성질들, 예를 들어, 열 팽창 계수 및 상 안정성을 향상시킬 수도 있는 것으로 관찰된다.

본 발명의 일부 실시양태에서, 니켈의 양의 적절한 수준은 상기 납땜 합금의 총 중량을 기준으로 약 30% 이상일 수 있다. 매우 흔히, 니켈은 약 45% 이상의 양으로 존재한다. 선택적 최종 용도에 바람직한 일부 양태에서, 니켈은 납땜 합금의 총 중량을 기준으로 약 50% 내지 약 70%, 더욱 흔히 약 50% 내지 약 65%로 존재한다.

상기에 언급한 바와 같이, "활성 납땜"의 개념은 본 발명의 실시양태에 있어서 중요하다. 활성 납땜은, 세라믹을 금속에, 또는 세라믹을 세라믹에 결합시키는데 종종 사용되는 기법이다. 활성 납땜은 세라믹 표면의 습윤화를 촉진하여 기밀 밀봉을 제공하는 능력을 증대시키는 활성 금속 원소를 사용한다. 본원에 사용되는 "활성 금속 원소"는, 상기 세라믹 내 산소에 대해 높은 친화성을 가지며 이에 의해 상기 세라믹과 반응하는 반응성 금속을 지칭한다. 활성 금속 원소를 함유하는 납땜 합금을 또한 "활성 납땜 합금"이라 칭할 수 있다. 상기 활성 금속 원소는, 상기 납땜 합금이 용융된 상태로 있을 때 상기 세라믹과 반응하며, 상기 세라믹과 납땜 합금의 계면 상에 얇은 반응 층이 형성되게 한다. 상기 얇은 반응 층은 상기 납땜 합금으로 하여금 상기 세라믹 표면을 습윤하게 하여, 세라믹-세라믹 또는 세라믹-금속 결합/접합부(이를 또한 "활성 납땜 밀봉부"라 칭할 수도 있음)를 형성시킨다.

따라서, 활성 금속 원소는 활성 납땜을 사용하기 위한 납땜 합금의 필수 구성성분이다. 다양한 적합한 활성 금속 원소들을 사용하여 상기 활성 납땜 합금을 형성시킬 수 있다. 적합한 활성 금속 원소의 선택은 주로, 균일하고 연속적인 반응 층을 형성하기 위한 세라믹(예를 들어, 알루미나)과의 화학 반응, 및 기재 합금과 합금을 형성하는 상기 활성 금속 원소의 능력(예를 들어, 깁스(Gibbs) 자유 형성 에너지에 의해 측정됨)에 의존한다 (본 발명의 경우, 기재 합금은 니켈과 크롬 및 선택된 내화성 원소이며, 이후 언급한다).

비용, 이용성 및 성능 면에서, 본 발명의 실시양태를 위한 활성 금속 원소는 흔히 티타늄이다. 그러나, 다른 실시양태의 경우, 지르코늄이 바람직하고, 일부 경우는 하프늄이 바람직하다. 특정 조건하에서 및 다른 유형의 "짝(mating) 표면의 경우, 이들 원소 각각은 납땜 중에 세라믹 표면내로 확산되고 그와 반응하기에 특히 적합하다. 연속적인 전이층(즉, "반응층")은, 반-금속성 특성을 가진 습윤성 표면을 제공한다. 이 방식으로 상기 부품들 간에 접착성 납땜 결합부가 형성된다. 다른 실시양태에서는, 때로는 활성 금속으로서 바나듐을 포함하는 것이 유리할 수도 있다.

상기 활성 금속의 존재 및 양은 상기 얇은 반응 층의 두께 및 질에 영향을 미치며, 이는 상기 납땜 합금의 습윤성 또는 유동성, 및 따라서 생성되는 결합부의 접합 강도에 기여한다. 일부 실시양태에서, 상기 활성 금속은 상기 납땜 합금의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 이하의 양으로 존재한다. 적합한 범위는 종종 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%이다. 일부 특정 실시양태(모두는 아님)에서, 상기 활성 금속은 상기 납땜 합금의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 3 중량% 범위의 양으로 존재한다. 상기 활성 금속 원소는 일반적으로 상기 세라믹 표면의 습윤을 개선시키고 상기 얇은(예를 들어, 약 10 마이크론 미만) 반응 층을 형성시키기에 적합한 소량으로 존재한다. 다량의 상기 활성 금속 층은 할라이드 부식을 유발하거나 가속화시킬 수도 있다.

본 발명의 납땜 합금 조성물은 추가로, 니오븀, 탄탈 및 이들의 조합 중에서 선택된 내화성 원소를 포함한다. 내화성 원소는 납땜에 강도 및 내고온성을 제공하는데 특히 유용하다. 니오븀과 같은 내화성 원소는 또한 나트륨-함유 환경에서 우수한 내식성을 제공할 수도 있다. 더욱이, 내화성 원소는 선택된 양의 니켈 및 크롬(이하에서 언급함)과 함께, 약 1350℃ 미만의 액체화 온도를 가진 총 납땜 조성물을 제공하는 3원 합금을 효과적으로 형성한다 (대부분의 실시양태에서, 납땜 합금은 납땜에 의해 결합되는 부품들의 용융 온도보다 낮은 액체화 온도를 갖는다).

액체화 온도는 유동 특성 및 습윤 성능 면에서 납땜 합금의 중요한 특징이다. 이후 기술하는 바와 같이, 이들 특성은 특히 고온 배터리 내부의 금속-세라믹 부품의 밀봉(예를 들어 고리-칼라 밀봉)에서 중요하다. 일부 바람직한 실시양태에서, 내화성 원소, 니켈 및 크롬은, 약 1250℃ 미만의 액체화 온도를 가진 총 납땜 조성물을 제공하는 비율로 존재한다.

많은 특정 실시양태에서, 내화성 원소는 니오븀(단독)이거나, 또는 약 50 중량% 이상의 니오븀을 예를 들어 탄탈을 포함하는 나머지와 함께 함유하는 내화성 조성물이다. 니오븀이 내화성 원소인 경우, 이것은 보통 납땜 조성물 총 중량을 기준으로 약 5% 내지 약 20% 범위의 수준으로 존재한다. 일부 바람직한 실시양태에서는, 그 수준은 약 10% 내지 약 15% 범위이다 (특정의 수준은 또한, 활성 금속 및 크롬의 상대적인 수준에 또한 의존한다). 그러나, 다른 경우, 니오븀의 수준은 약 30 중량% 이하로 확대될 수도 있고, 일부 경우는 약 40 중량% 이하로 확대될 수도 있다. 그러나, 상술한 범위 내에서, 니오븀의 상대적으로 높은 수준의 존재는 일부 경우에는 취성인 금속간 상을 형성하며, 매우 흔히는 니오븀의 더 낮은 수준이 바람직함을 주지하여야 한다.

다른 실시양태에서, 내화성 원소는 탄탈이다. 다양한 실시양태의 납땜 조성물에서, 탄탈은 보통 납땜 조성물의 총 중량을 기준으로 약 5% 내지 약 25% 범위의 수준으로 존재한다. 니오븀의 경우에서와 같이, 탄탈의 수준이 약 30 중량% 이하로 확대될 수도 있고 일부 경우는 약 40 중량% 이하로 확대될 수도 있는 용도가 있을 수 있다. 그러나, 탄탈의 상대적으로 높은 수준은, 약 1350 내지 1400℃를 넘는 액체화 온도를 가진 합금을 야기할 수 있으며, 이는 많은 납땜 용도(모두는 아님)를 비실용적으로 만든다. 일부 특이적 실시양태에서, 탄탈의 수준은 약 5% 내지 약 20% 범위, 바람직하게는 약 10% 내지 약 20% 범위이다.

앞에서 기술한 바와 같이, 니오븀-탄탈 조합 또한 가능하다. 두 원소의 비(Nb 대 Ta)는 약 3:1 내지 약 1:3 범위일 수 있다 (각 원소의 특이적 비율은 또한 상술한 바와 같이 원하는 액체화 온도에 의존할 것이다).

몇몇 최종 용도에서, 내화성 원소는 단독 또는 다른 내화성 원소와 조합된 몰리브덴일 수도 있다. 몰리브덴의 사용은 납땜 조성물의 상대적으로 높은 액체화 온도를 야기할 수 있다. 그러나, 납땜될 부품이 몰리브덴으로 형성되는 경우, 니켈을 납땜하는 것에 비해 더 높은 납땜 온도가 요구될 수도 있다. 예를 들어 후술하는 배터리를 위한 밀봉 시스템에 사용된 금속 고리가 몰리브덴 또는 몰리브덴 합금으로 형성될 수 있다. 그 경우, 몰리브덴-함유 납땜이 매우 적절할 수 있다. 몰리브덴의 수준은 본원에서 언급한 일반 요인들(예를 들어, 용융 온도)을 기준으로 변할 것이다. 보통, 탄탈에 대해 상술한 다양한 범위가 몰리브덴에 대해서도 또한 적합할 것이다.

크롬은 납땜 합금 조성물에 또 다른 중요한 성분이다. 크롬은 환경 내성, 예를 들어 "고온 부식", 혼합 기체 공격 및 기계적 손상, 유사 침식(erosion)에 대한 내성에 중요한 역할을 한다. 크롬은 또한 납땜의 고온 강도 및 그의 고유한 내산화성을 향상시키는데 중요할 수 있다.

존재하는 크롬의 수준은 다양한 요인, 예컨대 납땜 물질이 사용될 환경 뿐 아니라 존재하는 니켈 및 내화성 부품의 상대적인 양에 기초한다. 보통, 크롬의 수준은 납땜 조성물의 중량을 기준으로 약 2% 내지 약 32%이다. 일부 특정 실시양태에서, 상기 수준은 약 10% 내지 약 30% 범위이다. 일부의 특히 바람직한 실시양태, 특히 나트륨-금속 할라이드 열 배터리 내에서 부품들을 결합하는 경우, 크롬의 수준은 약 25% 내지 약 30% 범위이다.

일부 실시양태(모두는 아님)에서, 본원에 기술된 납땜 합금은 코발트를 포함할 수도 있다. 코발트의 첨가는 전체 조성물의 내식성을 더욱 향상시킬 수 있다. 코발트는 보통 비교적 소량, 예를 들어 약 0.5 중량% 내지 약 20 중량%로 존재한다. 일부 바람직한 실시양태에서, 상기 수준은 약 5% 내지 약 10% 이다.

또하나의 임의적인 성분은 팔라듐이다. 나트륨 금속 할라이드 전기화학 전지에서, 팔라듐의 존재는 나트륨-함유 환경에서의 내식성을 더욱 향상시킬 수 있다. 다른 최종 용도에서, 팔라듐은 용융 온도 강하제로 작용할 수 있다. 용융 온도 강하제는 용융된 합금의 점도를 감소시킬 수 있으며, 따라서 "유동성" 또는 습윤성을 증가시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 납땜 합금은 합금의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 이하(예를 들어 약 0.5 중량% 내지 약 10 중량%)의 팔라듐을 포함한다.

열 배터리 용도의 일부의 경우에서, 전극 및 전해질 조성물의 특정 특성 및 그들의 화학적 반응은, 때때로 배터리 화학과 상호작용할 수 있는 납땜 조성물내 부품들의 혼입 또는 배제에 영향을 미칠 수 있다. 하나의 예는, 나트륨 금속 할라이드 전기화학 전지의 경우이다. 알루미늄은 전지의 2차 전해질, 전형적으로 NaAlCl₄에서 화학적으로 안정한 것으로 여겨지며, 때로는 활성 납땜 조성물에 보통 약 5 중량% 미만(예를 들어 약 0.5 중량% 내지 약 5 중량%)의 수준으로 포함될 수 있다. 그러나, 이러한 유형의 전지의 다른 상황에서, 알루미늄은 불리하게 전지의 캐쏘드에 사용될 수 있는 첨가제와 반응할 수 있으며, 따라서 완전히 생략되어야만 한다.

또 하나의 예는 철에 관한 것으로, 철은 또한 나트륨 금속 할라이드 화학, 즉 전지의 전극 활성에 중요한 성분일 수 있다. 일반적으로, 철은 전지의 캐쏘드 및 애노드 환경 둘다에서 화학적으로 안정하다. 그러나, 철은 전지의 구동 전압에서 전기화학적으로 활성으로 될 수 있으며, 이것은, 전지가 더 큰 에너지 밀도를 위해 전기화학 부품들로 거의 완전히 충전될 필요가 있을 때 문제가 될 수 있다. 전지 내의 세라믹-금속 부품들을 결합시키는 납땜 밀봉 메카니즘은 전기화학적으로 참여하지 않지만, 납땜 내의 철의 존재는 납땜 자체가 전기화학적으로 활성이 되게 만드며, 이는 납땜 일체성(integrity)의 감소를 야기할 수 있다. 따라서, 일부 바람직한 실시양태에서, 납땜 조성물은 아무런 철이 없어야 한다.

금 및 은은, 액체화 온도를 감소시킬 수도 있고 따라서 납땜 온도를 저하시킬 수 있는 연성 귀금속이다. 그러나, 이들의 존재는 때로는 나트륨 금속 할라이드 전기화학 전지의 경우 문제가 될 수 있다. 이들 금속은 전지의 작동 온도에서 나트륨과 다양한 금속간 물질을 형성하기가 쉬우며, 이는 전지가 구동 중일 때 부식을 촉진할 수 있다. 따라서, 흔히 금 및 은은, 존재한다면 각각 약 10 중량% 이하의 수준으로 존재하는 것이 바람직하다. 일부 특정 실시양태에서, 납땜 조성물은 이들 금속 각각을 함유하지 않아야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시양태는 납땜 합금 조성물에 의해 서로 결합된 제1 부품 및 제2 부품을 포함하는 전기화학 전지에 관한 것이다. 상기 전지는 예를 들면 나트륨-황 전지이거나 나트륨-금속 할라이드 전지일 수 있다. 납땜 합금 조성물은 상술한 바와 같으며, 니켈, 하나 이상의 내화성 원소, 크롬 및 하나 이상의 활성 금속을 포함한다. 합금 성분들 각각의 양은 상술한 바와 같다. 일부 실시양태에서, 납땜 합금 조성물은 본질적으로 니켈, 내화성 금속(들), 크롬, 및 하나 이상의 활성 금속 원소로 이루어진다. 다른 실시양태에서, 납땜 합금 조성물은 추가로 본질적으로 팔라듐 또는 코발트 중 하나 이상으로 이루어진다 (당분야의 숙련가들은 제조 및 사용 중에 다양한 공급원으로부터 미량(예를 들어 불순물 수준)의 다양한 원소가 합금 내로 도입될 수 있음을 알 것이다. 이들 미량은 일반적으로 중요하지 않은 것으로서 무시할 수 있다).

또한 상기에서 언급한 바와 같이, 전기화학 전지의 제1 부품은 흔히 금속 또는 금속 합금을 포함하며, 제2 부품은 흔히 세라믹을 포함한다. 금속 부품은 다양한 재료, 예를 들어 니켈, 니오븀, 몰리브덴, 니켈-코발트 철 합금 (예컨대, 코바(Kovar(상표명)) 합금 등으로 형성된 고리일 수 있다. 세라믹 부품은 전기절연성 물질, 예컨대 알루미나를 포함하는 칼라일 수 있다. 그러한 금속-세라믹 접합부를 포함하는 전지의 하나의 특정 예시가 도 1에 제시되어 있다.

도 1은 나트륨-금속 할라이드 배터리 전지(10)의 예시적인 실시양태를 도시하는 개략도이다. 상기 전지(10)는 전지 케이스(30) 중에 배치된 이온-전도성 세퍼레이터 튜브(20)를 갖는다. 상기 세퍼레이터 튜브(20)는 보통 β-알루미나 또는 β"-알루미나로 제조된다. 상기 튜브(20)는 상기 전지 케이스(30)와 상기 튜브(20) 사이의 애노드 챔버(40), 및 상기 튜브(30) 내부의 캐쏘드 챔버(50)를 한정한다. 상기 애노드 챔버(40)는 보통 애노드 물질(45), 예를 들어, 나트륨으로 충전된다. 상기 캐쏘드 챔버(50)는 캐쏘드 물질(55)(예를 들어, 니켈 및 염화 나트륨), 및 용융된 전해질, 보통 나트륨 클로로알루미네이트(NaAlCl₄)를 함유한다.

알파-알루미나로 제조될 수 있는 전기절연성 세라믹 칼라(60)가 상기 튜브(20)의 상단부(70)에 위치한다. 캐쏘드 전류 집전기 조립체(80)가 상기 전지의 상부 영역에서, 캡 구조물(90)과 함께, 캐쏘드 챔버(50) 중에 배치된다. 상기 세라믹 칼라(60)는 상기 세퍼레이터 튜브(20)의 상단부(70)에 설치되며 유리 밀봉부(100)에 의해 밀봉된다. 하나의 실시양태에서, 상기 칼라(60)는 도 1에 예시된 바와 같이, 상부 부분(62), 및 상기 튜브(20)의 내벽에 인접하고 있는 하부 내부 부분(64)을 포함한다.

상기 전지(10)를 상단부(즉, 그의 상부 영역)에서 밀봉하기 위해서, 금속 고리(110)가 때때로 배치된다. 상기 금속 고리(110)는 2 개의 부분, 즉 외부 금속 고리(120) 및 내부 금속 고리(130)를 가지며, 이들은 각각 활성 납땜 밀봉부(140) 및 (150)에 의해 상기 세라믹 칼라(60)의 상부 부분(62) 및 하부 부분(64)과 결합된다. 상기 활성 납땜 밀봉부(140), 밀봉부(150), 또는 이들 모두를 상술한 적합한 납땜 합금 조성물들 중 하나를 사용함으로써 형성시킬 수 있다. 상기 칼라(60) 및 금속 고리(110)를, 밀봉이 완료될 때까지, 조립체(예를 들어, 클램프)와 함께 또는 다른 기법에 의해 함께 유지시킬 수도 있다.

상기 외부 금속 고리(120) 및 내부 금속 고리(130)는, 세라믹 칼라(60)와의 결합이 완료된 후, 보통 용접으로 봉해져서 상기 전지를 밀봉한다. 상기 외부 금속 고리(120)는 상기 전지 케이스(30)에 용접될 수 있으며, 상기 내부 금속 고리(130)는 상기 전류 집전기 조립체(80)에 용접될 수 있다.

도 1을 참고로 상기 논의된 여러 부품의 모양 및 크기는 단지 상기 전지 구조를 이해하기 위해 예시될 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 상기 밀봉부 및 결합된 부품들의 정확한 위치는 어느 정도 변할 수 있다. 더욱이, "칼라" 및 "고리"란 용어들은 각각 환상 또는 다각형 모양, 및 일반적으로 특정한 전지 디자인과 양립성인 모든 모양의 금속 또는 세라믹 부품을 포함하고자 한다. 이 유형의 전기화학 전지에 대한 추가의 설명은 계류중인 특허출원 제13/600,333 호(2012년 8월 31일자로 아드하라푸라푸(R. Adharapurapu) 등에 의해 출원됨)에 제공되어 있으며, 이의 전체 내용을 본원에 참고로 인용한다.

상기 납땜 합금 및 그의 형성된 활성 납땜 밀봉부는 일반적으로 소정의 온도에서 소정의 변수 내에서 양호한 안정성 및 내화학성을 갖는다. 상기 납땜 밀봉부는 상기 전지의 제작 및 사용 중 여러 공정 단계들 동안, 예를 들어, 세라믹 대 세라믹 결합을 위한 유리-밀봉 공정 동안 및 상기 전지의 작동 동안 그의 일체성 및 성질을 유지하는 것이 바람직하다(일부의 경우, 중요하다). 일부의 경우에, 상기 전지의 최적 성능은 일반적으로 약 300 ℃ 초과의 온도에서 획득된다. 하나의 실시양태에서, 상기 작동 온도는 약 270 ℃ 내지 약 450 ℃의 범위일 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 유리-밀봉 공정은 약 1000 ℃ 이상의 온도에서 수행된다. 일부 다른 실시양태에서, 상기 유리-밀봉 공정은 약 1000 ℃ 내지 약 1200 ℃ 범위, 및 일부 상황에서는 심지어 더 높은 온도에서 수행된다. 더욱이, 상기 밀봉부의 접합 강도 및 기밀성은 여러 변수, 예를 들어, 상기 납땜 합금의 조성, 상기 얇은 반응 층의 두께, 상기 세라믹의 조성, 및 상기 세라믹의 표면 성질에 따라 다를 수 있다.

다른 본 발명의 실시양태는, 선행 실시양태들에 개시된 다수의 전기화학 전지를 포함하는 에너지 저장 장치에 관한 것이다. 상기 전지는 직접 또는 간접적으로, 서로 열적으로 및/또는 전기적으로 통한다. 당해 분야의 통상적인 숙련가는 상기와 같은 장치의 일반적인 원리에 친숙하다. 예를 들어, 미국 특허 제 8,110,301 호가 예시적이며, 본원에 참고로 인용된다. 그러나, 다양한 유형의 에너지 저장 장치, 및 이들의 제작을 일반적으로 개시하는 다수의 다른 참고문헌들도 존재한다.

일부 실시양태는 납땜 합금 조성물을 사용함으로써 제1 부품을 제2 부품에 결합시키기 위한 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 납땜 합금을 상기 제1 부품와 상기 제2 부품 사이에 도입시켜 납땜 구조물을 형성하는 단계를 포함한다 (상기 합금은, 또한 이후에 개시하는 바와 같이, 예를 들어, 짝(mating) 표면 중 하나 또는 양쪽에 배치될 수 있다). 이어서 상기 납땜 구조물을 가열하여 상기 제1 부품과 상기 제2 부품 사이에 활성 납땜 밀봉부를 형성시킬 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 제1 부품은 세라믹을 포함하고, 상기 제2 부품은 금속을 포함한다 (상기 납땜 합금 조성물은 전술한 바와 같다).

상기 납땜 합금의 일반적인 제조에서, 상기 구성성분들의 상업적인 금속 분말을 그들 각각의 양으로 배합(예를 들어, 혼합 및/또는 분쇄)함으로써 목적하는 합금 분말 혼합물을 수득할 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 납땜 합금을 호일, 시트, 리본, 프리폼(preform), 또는 와이어로서 사용하거나, 또는 물 및/또는 유기 유체를 함유하는 페이스트로 제형화할 수도 있다. 일부 실시양태에서, 상기 전구체 금속 또는 금속 합금을 용융시켜 균질한 용융물을 형성시킬 수도 있으며, 그 후에 입자로 형성 및 성형시킬 수 있다. 일부의 경우에, 상기 용융된 물질을 호일, 프리폼 또는 와이어로 직접 성형시킬 수 있다. 상기 물질을 입자로 형성시키는 것은 처음에 상기 합금 용융물을 진공 내로 또는 불활성 기체 내로 분무하여 상기 납땜 합금의 예비-합금된 분말을 수득함을 포함할 수 있다. 다른 경우에, 상기 물질의 펠릿을 목적하는 입자 모양 및 크기로 분쇄할 수도 있다.

하나의 실시양태에서, 상기 납땜 합금의 층을, 납땜에 의해 결합되는 제1 부품 또는 제2 부품의 하나 이상의 표면상에 배치한다. 상기 납땜 합금의 층을, 특정 실시양태에서는, 상기 세라믹 부품의 표면상에 배치한다. 상기 합금 층의 두께는 약 5 마이크론 내지 약 300 마이크론의 범위일 수 있다. 일부 특정 실시양태에서, 상기 층의 두께는 약 10 마이크론 내지 약 100 마이크론의 범위이다. 상기 층을 임의의 적합한 기법에 의해, 예를 들어, 인쇄 공정 또는 다른 분배 공정에 의해, 상기 결합되는 표면들 중 하나 또는 양쪽에 침착 또는 적용할 수도 있다. 일부의 경우에, 상기 호일, 와이어 또는 프리폼을 결합되는 표면들의 결합을 위해 적합하게 위치시킬 수도 있다. 일부 실시양태에서는, 결합할 세라믹 부품의 표면에 초기에 활성 금속의 페이스트 또는 분산액을 적용할 수도 있다. 예를 들어, 이 방식으로, PCT 출원 공개 WO 99/65642에 기술된 바와 같이, 프라이머 층의 한 유형으로서 기능하는 티타늄 페이스트의 층을 적용할 수도 있으며, 상기 특허를 본원에 참고로 인용한다.

일부 특정 실시양태에서, 상기 납땜 합금의 시트 또는 호일이 바람직할 수 있다. 상기 시트 또는 호일의 두께는 약 20 마이크론 내지 약 200 마이크론으로 다양할 수 있다. 상기 합금을 적합한 기법에 의해, 예를 들어, 용융 방사에 의해 시트 또는 호일로 압연시킬 수 있다. 하나의 실시양태에서, 상기 합금을 방사 중 고속 급냉과 함께 시트 또는 호일로 용융 방사시킬 수도 있다.

전형적인 실시양태에서, 상기 방법은 상기 납땜 온도에서 상기 납땜 구조물을 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 납땜 구조물을 상기 납땜 온도에서 가열하는 경우, 상기 납땜 합금은 용융하며 상기 표면 위를 흐른다. 상기 가열은 조절된 분위기 하에서, 예를 들어, 초-고 순수 아르곤, 수소 및 아르곤, 초-고 순수 헬륨에서, 또는 진공 하에서 수행할 수 있다. 상기 납땜 합금의 양호한 흐름 및 습윤을 성취하기 위해서, 상기 납땜 구조물을 상기 납땜 합금의 용융 후 수 분간 상기 납땜 온도에서 유지시킬 수 있으며, 이 기간을 "납땜 시간"이라 칭할 수 있다. 상기 납땜 공정 동안, 상기 샘플 상에 하중을 적용할 수도 있다.

상기 납땜 온도 및 납땜 시간은 상기 활성 납땜 밀봉부의 품질에 영향을 미칠 수 있다. 상기 납땜 온도는 일반적으로 결합되는 부품들의 용융 온도 미만이고, 납땜 합금의 액체화 온도 초과이다. 하나의 실시양태에서, 상기 납땜 온도는 약 1 분 내지 약 30 분의 기간 동안 약 900 ℃ 내지 약 1500 ℃의 범위이다. 특정 실시양태에서, 상기 가열을 약 5 분 내지 약 15 분 동안 약 1000 ℃ 내지 약 1300 ℃의 납땜 온도에서 수행한다.

납땜 동안, 상기 합금이 용융되며, 상기 용융물 중에 존재하는 활성 금속 원소(또는 원소들)는 세라믹과 반응하여 앞서 개시된 바와 같이 상기 세라믹 표면 및 상기 납땜 합금의 계면에서 얇은 반응 층을 형성한다. 상기 반응 층의 두께는 상기 세라믹과 반응하는데 이용될 수 있는 활성 금속 원소의 양 및 상기 세라믹 부품의 표면 성질에 따라 약 0.1 마이크론 내지 약 2 마이크론의 범위일 수 있다. 전형적인 순서에서, 상기 납땜 구조물을 후속으로 실온으로 냉각시키며, 그 결과 활성 납땜이 상기 두 부품 사이를 밀봉한다. 일부 예에서, 상기 납땜 구조물의 급속 냉각이 허용된다.

일부 실시양태에서, 상기 활성 금속 원소를 함유하는 추가적인 층을 상기 세라믹 부품에 먼저 적용할 수도 있다. 상기 추가적인 층은, 다량, 예를 들어, 약 70 중량% 초과의 활성 금속 원소를 가질 수도 있다. 적합한 예는 상기 활성 금속 원소의 나노입자, 또는 상기 활성 금속 원소의 하이드라이드, 예를 들어, 티타늄 하이드라이드를 포함할 수도 있다.

본 발명의 실시양태들 중 일부는 유리하게는, 공지된 납땜 합금에 비해 조성적으로 안정하고 부식 환경에서 화학적으로 안정하며 세라믹-금속 결합을 위한 활성 납땜 밀봉부를 형성시킬 수 있는 납땜 합금을 제공한다. 이들 납땜 합금은 다수의 최종 용도를 위한 높은 나트륨 내식성 및 할라이드 내식성을 갖는다. 활성 납땜에 의한 고온 전지에 대한 세라믹-금속 밀봉부의 형성(상기 논의된 바와 같음)은 전체 전지-조립체 공정을 단순화하며, 상기 전지의 신뢰성과 성능을 개선시킨다. 본 발명은 현재 이용 가능한 방법들에 비해, 상기 전지 또는 배터리를 밀봉하기 위한 비교적 저렴하고 간단하며 빠른 공정을 달성하는 데 이점들을 제공한다.

실시예

본원에 제공된 실시예들은 단지 예시적일 뿐이며 특허청구된 발명의 범위에 대한 어떠한 종류의 제한도 아닌 것으로 해석해야 한다. 달리 명시하지 않는 한, 모든 성분들을 알파 아에사 인코포레이티드(Alpha Aesar, Inc.)(미국 매사추세츠주 워드 힐 소재), 시그마 알드리치(Sigma Aldrich)(미국 미주리주 세인트 루이스 소재), 스펙트럼 케미칼 엠에프지 코포레이션(Spectrum Chemical Mfg. Corp.)(미국 캘리포니아주 가데나 소재) 등과 같은 통상적인 화학물질 공급처로부터 상업적으로 입수할 수 있다.

실시예 1

공칭 조성 Ni-27.2Cr-14.1Nb-4Ti(중량%)를 가진 니켈, 크롬, 니오븀 및 티타늄의 납땜 합금 조성물을 제조하였다. 상기 합금의 제조에서, 개개의 원소들은 원하는 비율에 따라 칭량된 후 아크-용융되어 상기 재료의 괴(ingot)를 제공하였다. 상기 조성물의 균질성을 보장하기 위해 상기 괴를 3회 용융시켰다. 샘플의 액체화 온도는 시차주사열량계(DSC) 사용시 1203℃로 결정되었다.

상기 괴를 약 75마이크론 두께의 시트로 성형한 후 냉각하였다. 샘플 시트를, 결합시킬 알파 알루미나 부품 및 니켈 부품의 표면들 사이에 위치시켰다. 조립체를 이어서 약 1250℃로 약 10분간 가열한 후 실온으로 냉각시켜 결합부를 형성하였다.

도 2는 납땜된 부품들의 단면 SEM 이미지이다. 상기 이미지는 상기 결합부내의 납땜 합금(200)과 알루미나 부품(202) 사이의 계면을 보여준다. 상기 계면에서 반응층(204)이 관찰되었으며, 이는 납땜 합금과 세라믹간의 반응 및 활성 납땜 밀봉부의 형성을 나타낸다.

본 발명을 몇몇 특정 실시양태 면에서 기술하였다. 이들은 단지 예시적인 것이며 어떠한 방식으로든 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다. 따라서, 변경이 가해질 수 있으며, 이는 본 발명의 범주 및 첨부된 청구범위 내에 드는 것임을 이해해야 한다. 또한, 상기에서 언급된 모든 특허, 특허원, 논문 및 자료들은 본원에 참고로 인용된 것이다.

Claims (23)

1. 조성물 총 중량을 기준으로,
   a) 니켈,
   b) 약 5% 내지 약 40%의, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴 또는 이들의 조합 중에서 선택된 내화성(refractory) 금속,
   c) 약 2% 내지 약 32%의 크롬, 및
   d) 약 0.5% 내지 약 10% (총량)의 하나 이상의 활성 금속 원소
   를 포함하는 납땜 합금 조성물.
2. 제 1 항에 있어서,
   내화성 금속이 니오븀인, 조성물.
3. 제 1 항에 있어서,
   내화성 금속이 탄탈 또는 탄탈과 니오븀의 조합인, 조성물.
4. 제 1 항에 있어서,
   크롬의 수준이 약 10% 내지 약 30% 범위인, 조성물.
5. 제 1 항에 있어서,
   활성 금속 원소가 티타늄, 지르코늄, 하프늄 및 바나듐으로 구성된 군 중에서 선택된, 조성물.
6. 제 1 항에 있어서,
   활성 금속 원소가 티타늄인, 조성물.
7. 제 1 항에 있어서,
   활성 금속 원소가 지르코늄인, 조성물.
8. 제 1 항에 있어서,
   활성 금속 원소가 하프늄인, 조성물.
9. 제 1 항에 있어서,
   약 30% 이상의 니켈을 포함하는 조성물.
10. 제 9 항에 있어서,
    약 45% 내지 약 70%의 니켈을 포함하는 조성물.
11. 제 1 항에 있어서,
    코발트 및 팔라듐 중 하나 이상을 추가로 포함하는 조성물.
12. 제 1 항에 있어서,
    약 0.5% 내지 약 20%의 코발트를 포함하는 조성물.
13. 제 1 항에 있어서,
    약 0.5% 내지 약 10%의 팔라듐을 포함하는 조성물.
14. 제 1 항에 있어서,
    약 1250℃ 미만의 액체화(liquidus) 온도를 갖는 조성물.
15. 제 1 항에 있어서,
    실질적으로 철을 함유하지 않는 조성물.
16. 제 15 항에 있어서,
    약 5중량% 미만의 수준으로 알루미늄을 추가로 포함하는 조성물.
17. 납땜 합금 조성물에 의해 서로 결합되는 제1 부품 및 제2 부품을 포함하는 전기화학 전지로서,
    상기 납땜 합금 조성물이, 조성물 총 중량을 기준으로,
    a) 니켈,
    b) 약 5% 내지 약 40%의, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴 또는 이들의 조합 중에서 선택된 내화성 금속,
    c) 약 2% 내지 약 32%의 크롬, 및
    d) 약 0.5% 내지 약 10% (총량)의 하나 이상의 활성 금속 원소
    를 포함하는, 전기화학 전지.
18. 제 17 항에 있어서,
    납땜 합금 조성물이, 제1 부품을 제2 부품에 결합시키는 활성 납땜 밀봉부를 제공하는, 전기화학 전지.
19. 제 18 항에 있어서,
    제1 부품이 금속을 포함하고 제2 부품이 세라믹을 포함하는, 전기화학 전지.
20. 제 19 항에 있어서,
    제1 부품이 니켈을 포함하는, 전기화학 전지.
21. 제 19 항에 있어서,
    제2 부품이 알루미나를 포함하는, 전기화학 전지.
22. 제 17 항에 정의된 바와 같은 전기화학 전지를 복수 개 포함하는 에너지 저장 장치.
23. 결합시킬 제1 부품 및 제2 부품 사이에 납땜 합금 조성물을 도입하여 납땜 구조물을 형성하는 단계, 및 이어서
    상기 납땜 구조물을 가열하여, 상기 제1 부품 및 상기 제2 부품 사이에 활성 납땜 밀봉부(결합부)를 형성하는 단계
    를 포함하는, 부품들의 결합 방법으로서,
    상기 납땜 합금 조성물이, 조성물 총 중량을 기준으로,
    a) 니켈,
    b) 약 5% 내지 약 40%의, 니오븀, 탄탈, 몰리브덴 또는 이들의 조합 중에서 선택된 내화성 금속,
    c) 약 2% 내지 약 32%의 크롬, 및
    d) 약 0.5% 내지 약 10% (총량)의 하나 이상의 활성 금속 원소
    를 포함하는, 결합 방법.

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