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DE2338230A1 - Zusammengesetzter keramikteil mit metallischer verbindungsflaeche, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung - Google Patents

Zusammengesetzter keramikteil mit metallischer verbindungsflaeche, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung

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DE2338230A1
DE2338230A1 DE19732338230 DE2338230A DE2338230A1 DE 2338230 A1 DE2338230 A1 DE 2338230A1 DE 19732338230 DE19732338230 DE 19732338230 DE 2338230 A DE2338230 A DE 2338230A DE 2338230 A1 DE2338230 A1 DE 2338230A1
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DE
Germany
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ceramic
metal
parts
individual
impregnated
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Pending
Application number
DE19732338230
Other languages
English (en)
Inventor
Alan John Surrall
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
British Leyland Truck and Bus Div Ltd
Original Assignee
British Leyland Truck and Bus Div Ltd
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 British Leyland Truck and Bus Div Ltd filed Critical British Leyland Truck and Bus Div Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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    • C04B2237/50Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/61Joining two substrates of which at least one is porous by infiltrating the porous substrate with a liquid, such as a molten metal, causing bonding of the two substrates, e.g. joining two porous carbon substrates by infiltrating with molten silicon
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Description

British Leyland Truck and Bus Division Limited, T.eyland, Lancashire, England
"Zusammengesetzter Keramikteil mit metallischer Verbindungsfläche, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung"
Priorität: 28. Juli 1972, Großbritannien, Nr. 35 290/72
Gegenstand der Erfindung ist ein aus mindestens zwei Einzelteilen zusammengesetzter Keramikteil mit einer metallischen Verbindungsfläche, die aus einem direkt in die angrenzenden Keramikflächen eingebrachten Metall und einer Zwischenschicht aus Lötlegierung besteht.
Derartige Keramikteile bestehen vorzugsweise aus Siliciumnitrid, und das für die Keramikflächen bevorzugte Metall ist Molybdän.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung solcher zusammengesetzter Keramikteile mit geringer natürlicher
Porosität durch Verlöten.
409807/T034
Es sind verschiedene Verfahren zum Verlöten von Keramikteilen bekannt. Die Britische Patentschrift 656 724 beschreibt z.B. ein Verfahren, bei dem die zusammenzufügenden Flächen von zwei Keramikteilen zunächst unter Verwendung von feinverteilten Metallen hergestellt werden, die mittels eines Sinterungsprozesses mit den Keramikflächen verbunden werden. Bei der in "Industrial Brazing" von Brooker und Bratson beschriebenen Methoden werden speziell hergestellte, "extrem feine Metallpulver verwendet, die auf die beiden zusammenzufügenden Flächen d^r Kcr-in-'.kteile aufgestrichen werden, worauf die Keramikteile bei sehr hohen Temperaturen in Wasserstoff gebrannt werden. Die genannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass nicht nur sehr feines Metallpulver verwendet werden muss, sondern dass auch anschliessend eine Behandlung von oft mehreren Stunden in einem Brennofen bei hohen Temperaturen in sehr reiner Gasatmosphäre erforderlich ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung' eines Keramikteils, wobei die zusammenzufügenden Flächen der Keramik-Einzelteile mit einem Metallpulver bedeckt und dann durch eine Lötlegierung miteinander fest verbunden werden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man
a) die zusammenzufügenden Flächen mit einem Metallsalz imprägniert,
b) anschliessend die imprägnierten Flächen in einer reduzierenden Atmosphäre behandelt und
c) die so gebildeten Metalloberflächen miteinander verlötet.
40980 7/1034
Die Erfindung wird anhand eines Beispiels sowie schematischer Darstellungen noch näher erläutert. Es zeigen
•Fig. 1 einen Brennofen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens und
Fig. 2 zwei erfindungsgemäss zusammengefügte Keramik-Einzelteile.
Die beiden zusammenzufügenden Keramikteile bestehen aus Siliciumnitrid und werden zunächst mit einer wässrigen Lösung eines geeigneten Salzes, z.B. Ammoniummolybdat, behandelt. Zweckmässig wird die Lösung auf die Oberflächen der Keramikteile aufgestrichen. Dann lässt man die aufgebrachte Lösung trocknen. Falls erforderlich, kann das Aufstreichen der Lösung ein- oder mehrmals wiederholt werden.
Nachdem die Keramikteile bei Raumtemperatur vollständig getrocknet sind, werden sie in einem Brennofen bei einer Temperatur von etwa 6OO°C in einer reduzierenden Atmosphäre, z.B. in Wasserstoff,behandelt. Dadurch wird die Lösung sehr rasch zum Metall reduziert, und zwar innerhalb von 5 bis IO Minuten, nachdem die Keramikteile eine Temperatur von etwa 600°C erreicht haben. Anschliessend lässt man die Keramikteile noch in der reduzierenden Atmosphäre abkühlen. ·
Fig. 1 zeigt einen Röhrenofen 1, in dem der Brennvorgang durchgeführt werden kann.
409807/103A
- 4 - 233823Q
Der Brennofen 1 besteht im wesentlichen aus einer Röhre mit einem Bereich A, der die Keramikteile aufnimmt, einem Reduktionsbereich B, in dem die wässrige Lösung zum Metall reduziert wird, und
einem Kühlbereich C.
Die reduzierende Atmosphäre wird durch einen Einlass 2 eingeleitet. An beiden Enden der Röhre 1 sind Türen 3 und 4 vorgesehen, durch
die die Keramikteile in den Brennofen eingebracht und aus dem
Brennofen herausgenommen v/erden können.
Die wässrige Lösung ist bevorzugt eine 10- bis 30prozentige
Ammoniummolybdatlösung ((NH.) 3io-,0„ .. 4H„0) . Als reduzierendes Gas wird entweder Wasserstoff oder Kohlenmonoxid verwendet.
Die beiden Keramikteile werden dann in an sich bekannter Weise
miteinander verlötet, d.h. die Keramikteile v/erden in einer Spannvorrichtung gehalten, und die zusammenzufügenden Flächen werden
durch ein geeignetes Lötmaterial miteinander verbunden. Dies wird in Fig. 2 beschrieben, in der Keramikteile 5 und 6 Metalloberflächen 7 und 8 aufweisen, die nach den oben beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind.
Das zwischen den so gebildeten Metalloberflächen 7 und 8 aufgebrachte Lot 9 ist z.B. eine silber- oder nickelhaltige Lötlegierung.
Der so vorbereitete Keramikteil wird dann entweder in einer reduzierenden oder in einer inerten Atmosphäre in einem Brennofen bei der zum Verlöten erforderlichen Temperatur behandelt.
409807/TO 3 4
Soll das Keramikteil bei im wesentliehen konstanter Temperatur eingesetzt werden, kann zum Herstellen der Metalloberfläche auch ein anderes Metall als Molybdän, z.B. Nickel oder Silber, verwendet werden. Die wässrige Lösung besteht dann vorzugsweise aus einer Lösung eines Silber- oder Nickelsalzes, z.B. eines entsprechenden Nitrats.
Die erfindungsgemassen Keramikteile eignen sich besonders als Bauelemente in Gasturbinen. Da sie in derartigen Anwendungsbereichen einem starken Tempoi^vurwechsel unterworfen sind, ist es wichtig, dass das in die Keramikflächen eingebrachte Metall einen ähnlichen Wärmeausdehnungs-Koeffizienten hat wie das Siliciumnitrid, aus dem die Keramikteile beispielsweise hergestellt sind.
409807/1034

Claims (9)

  1. Patentansprüche
    f 1. '; Aus mindestens zwei Einzelteilen zusammengesetzter Keramikteil mit einer metallischen Verbindungsfläche, die aus einem direkt in die angrenzenden Keramikflächen eingebrachten Metall und einer Zwischenschicht aus Lötlegierung besteht.
  2. 2. Keramikteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik-Einzelteile (5, 6) aus Siliciumnitrid und das eingebrachte Metall (7, 8) aus Molybdän besteht.
  3. 3. Keramikteil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (9) aus einer silber- oder nickelhaltigen Lötlegierung besteht.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung eines Keramikteils nach Anspruch
    1 bis 3, wobei die zusammenzufügenden Flächen der Keramik-Einzelteile mit einem Metallpulver bedeckt und dann durch eine Lötlegierung miteinander fest verbunden v/erden, dadurch gekennzeichnet, dass man
    a) die zusammenzufügenden Flächen mit einem Metallsalz imprägniert,
    b) anschliessend die imprägnierten Flächen in einer reduzierenden Atmosphäre behandelt und
    c) die so gebildeten Metalloberflächen miteinander verlötet.
    409807/1034
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man Keramik-Einzelteile aus Siliciumnitrid mit einer Molybdänsalzlösung imprägniert.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch· 5, dadurch gekennzeichnet, dass man für die Imprägnierung eine 10- bis 30prozentige wässrige Lösung aus Ammoniummolybdat verwendet.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Reduktion bei einer Temperatur von etv/a 6000C in Wasserstoff durchführt.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man die Metallflächen mittels eines Silber- oder Nickellotes miteinander verbindet.
  9. 9. Verwendung der Keramikteile nach Anspruch 1 bis 8 als Bauelemente in Gasturbinen.
    4098Q7/1Q34
    Leerseite
DE19732338230 1972-07-28 1973-07-27 Zusammengesetzter keramikteil mit metallischer verbindungsflaeche, verfahren zu seiner herstellung und seine verwendung Pending DE2338230A1 (de)

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