Method of joining an article of silicon carbide to another article of silicon carbide or metal

• Main Authors: GOTTSELIG, BERND, GYARMATI, ERNO, NAOUMIDIS, ARISTIDES
• Format: Patent
• Language: English; French; German
• Published: 05.07.1989
• Subjects: ARTIFICIAL STONE; CEMENTS; CERAMICS; CHEMISTRY; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDINGMATERIALS; CONCRETE; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; LIME, MAGNESIA; MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; METALLURGY; PERFORMING OPERATIONS; REFRACTORIES; SLAG; SOLDERING OR UNSOLDERING; TRANSPORTING; TREATMENT OF NATURAL STONE; WELDING; WORKING BY LASER BEAM

SiC-Formteile können durch Heißpressen miteinander verbunden werden, indem als verbindende Zwischenschicht eine Ti3SiC2-Schicht vorgesehen wird, die entweder als vorgefertigte Ti3SiC2-Phase in Form von Pulver ggf. in dispergierter oder in Folienform aufgebracht oder aufgesputtert wird, oder "in situ" unter Heißpreßbedingungen aus einer auf zumindest eine der Fügeflächen aufgebrachten 1 - 3 µm dicken Titanschicht oder einer Mischung aus TiC0,8 + TiSi2 (5 : 1) entsteht. Fremdphasen bis maximal 15 % stören nicht. Besonders zweckmäßig wird für das Fügen von SiC-Formteilen ein konturgleiches Zwischenstück aus SiC von geringer Dicke vorgesehen, das beidseits mit einer dünnen Ti3SiC2-Schicht oder insbesondere einer 1 bis 3 µm dicken Ti-Schicht versehen ist. Das Verbinden von SiC-Keramikteilen durch Heißpressen unter gleichzeitiger Erzeugung einer Ti3SiC2-Übergangsschicht erfolgt insbesondere bis 1450-1500°C und unter Drucken von 15 bis 30 MPa über 0,5 bis 2 h in wasserstoffhaltigem Argon. Ti3SiC2-Pulver wird zweckmäßigerweise aus TiC0,8 + TiSi2 (5 : 1,06) bei ca. 1400°C für 1 bis 2 h hergestellt. Durch Aufbringen einer 1 - 3 µm dicken Titanschicht auf eine SiC-Fügefläche und Aufheizen der Anordnung für zumindest 0,5 h bei 1200 - 1600°C oder durch Aufsputtern von Ti3SiC2 oder Aufbringen von Pulverkomponenten für die Bildung von Ti3SiC2 wird eine Fügefläche mit verbesserter Benetzbarkeit durch Metall erhalten, die für ein Fügen von SiC-Keramik mit Metall durch Hartlöten geeignet ist. SiC articles can be joined to one another by hot pressing, by providing as a joining interlayer a Ti3SiC2 layer which is applied or sputtered on in the form of powder, if appropriate in the dispersed form or in film form, or is formed in situ under hot-pressing conditions from a 1 - 3 mu m thick titanium layer, or a mixture of TiC0.8 + TiSi2 (5 : 1), applied to at least one of the joining surfaces. Foreign phases of up to a maximum of 15% do not interfere. With particular advantage, an SiC transition piece of the same contours and small thickness is provided for the joining of SiC articles, which transition piece is provided on both sides with a thin Ti3SiC2 layer or especially a 1 to 3 mu m thick Ti layer. The joining of SiC ceramic parts by hot pressing with simultaneous formation of a Ti3SiC2 transition layer is carried out especially at 1450-1500 DEG C and under pressures from 15 to 30 MPa in the course of 0.5 to 2 hours in hydrogen-containing argon. Ti3SiC2 powder is appropriately prepared from TiC0.8 + TiSi2 (5 : 1.06) at about 1400 DEG C for 1 to 2 hours. By applying a 1 - 3 mu m thick titanium layer to an SiC joining surface and heating the arrangement for at least 0.5 hours at 1200 - 1600 DEG C or by sputtering-on of Ti3SiC2 or application of powder components for the formation of Ti3SiC2, a joining surface of improved wettability by metal is obtained, which is suitable for joining SiC ceramics to metal by brazing.