[发明专利]陶瓷对陶瓷接合件及相关方法

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2011/037296，国际申请日为2011年5月20日，进入中国国家阶段的申请号为201180025087.2，发明名称为“陶瓷对陶瓷接合件及相关方法”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉参考

本申请要求2010年5月21日提交的题为“原位，高温，抗腐蚀陶瓷接合件及其制备方法”的美国临时专利申请序列第61/347,275号，其全文通过引用结合入本文。

技术领域

本发明一般涉及陶瓷材料。更具体地，本发明提供了一种陶瓷对陶瓷接合件及其制备方法，所述接合件包含多相陶瓷结合区域。

技术背景

将一片陶瓷材料与另一片陶瓷材料或者一片金属接合的方法可用于许多技术领域。实际上，制造许多复杂多功能系统(例如，热交换器、燃气轮机、发动机以及高温和低温都能使用的其他系统)要求陶瓷与其他陶瓷或者金属进行接合。

在一些情况中，使用金属钎焊技术将一件陶瓷与另一件陶瓷连接，或者将一件陶瓷与金属连接。但是，一些金属钎焊在氧化环境，特别是高温下易受到氧化。因此，当用金属钎焊形成的接合件用于氧化环境和高温时，氧化作用倾向于使得接合变弱并缩短其运行寿命。

虽然已经对一些钎焊技术进行了改进，从而提升了它们制得的钎焊和接合件在高温下氧化作用的抗性，但是所述改进未必是没有缺点的。例如，在许多情况下，一些钎焊技术所提升的抗氧化性会带来接合强度的降低，以及钎焊对陶瓷基材进行侵润能力的降低。

因此，尽管存在用于将一件陶瓷与另一件陶瓷(或金属)进行连接的技术，该技术仍存在包括如上所述的挑战。针对这一点，本领域需要一种技术，该技术使得特定类型陶瓷间的结合之如金属钎焊般容易(金属钎焊形成了高温下具有优秀强度特性的接合件)，但是该接合件没有由于氧化作用及其相关弱化和特性损失导致的温度限制的相关缺陷。因此，用其他接合技术对某些传统钎焊技术进行增强或者甚至替换对于本领域是一种改进。

发明概述

本发明提供了一种陶瓷对陶瓷接合件及其制备方法。在一些实施方式中，接合件包含第一陶瓷部件，其中所述第一陶瓷部件是碳化陶瓷或者氮化陶瓷。此外，接合件包含第二陶瓷部件，其中所述第二陶瓷部件是碳化陶瓷或者氮化陶瓷。除此之外，接合件包含铝引发的接合区域，该接合区域连接了第一和第二陶瓷部件。在此方面，接合区域包含来自第一和第二陶瓷部件，并在所述接合区域中发生扩散的化学物质。进而，第一陶瓷部件包含设置在与接合区域相邻位置的第一接合扩散区，所述第一接合扩散区包含来自接合区域并在第一接合扩散区中发生扩散的铝物质，第二陶瓷部件包含设置在接合区域相邻位置的第二接合扩散区，所述第二接合扩散区包含来自接合区域并在第二接合扩散区中发生扩散的铝物质。

在其他实施方式中，接合件包含第一和第二陶瓷部件，所述第一和第二陶瓷部件分别包含选自碳化陶瓷或者氮化陶瓷的材料。此外，在该实施方式中，接合件还包含连接了第一和第二陶瓷部件的铝引发的接合区域，该接合区域的特征在于化学物质在接合区域和邻接的第一和第二陶瓷部件之间发生扩散和逆扩散。虽然接合区域可以具有任意合适的强度，但是在一些情况下，所述接合区域的接合强度大于第一和第二陶瓷部件的本体强度的50％。在其他情况下，接合件的强度比第一和第二陶瓷部件的本体强度大约60％、约70％、约80％和约90％。但是在其他情况下，接合件的强度大于或等于第一和第二陶瓷部件的本体强度。

对于形成陶瓷对陶瓷接合件的方法，在一些实施方式中，该方法可以包括以下步骤：得到第一陶瓷部件和第二陶瓷部件，将(包含铝的)接合引发剂置于在所述第一陶瓷部件和第二陶瓷部件之间并与它们相邻的接合区域中，将接合引发剂以及与所述接合引发剂相邻的第一和第二陶瓷部件加热到大于约700℃的温度一段时间，该时间足以引起接合引发剂与邻接的第一和第二陶瓷部件之间的化学物质发生扩散和逆扩散。在其他实施方式中，将接合引发剂以及相邻的陶瓷基材加热到以下温度：约800℃、约900℃和约1,000℃。

通过以下描述和所附权利要求书或者通过学习下文中所述的本发明的实践，可以更充分地理解本发明的这些特征和优点。

附图说明

为了得到并易于理解实现本发明的上述及其他特征和优点的方式，下面结合附图所示的具体实施方式更详细地描述了上文已作出简单描述的本发明。应当理解这些附图仅描述了本发明的代表性实施方式，并且不是按比例绘制，因此不应视为对其范围的限制，本发明将通过使用如下附图由补充特点和细节得以描述和解释：