LU77068A1

Composite ceramic-metal laminate - with intermediate low modulus, low density material absorbing thermal deformations

Abstract

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LU77068A1, drawing sheet 1
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25 claims: 21 independent, 4 dependent

  1. 1
    CLAIMS. REVENDICATIONS. 1. Method of joining a metallic element to a ceramic element, the elements having different coefficients of expansion, characterized in that:1. Procédé de réunion d'un élément métallique à un élément en céramique, les éléments présentant des coefficients de dilatation différents, caractérisé en c e que : a. l'on fixe rigidement à l'élément métallique, une interface à structure métallique, flexible, à faible module et faible densité, et at. a rigid, low modulus, low density metal structure interface is rigidly attached to the metallic element, and b. l'on fixe la structure métallique à l'élément en céramique de manière que les déformations thermiques dues aux différences de température entre l'élément en céramique et l'élément métallique soient résorbées, sans effets nuisibles, par la structure métallique à faible module et faible densité. b. the metallic structure is fixed to the ceramic element so that the thermal deformations due to the temperature differences between the ceramic element and the metallic element are absorbed, without harmful effects, by the metallic structure with low modulus and low density.
  2. 3
    Method according to either of the above claims, characterized in that the ceramic element partially coats the interface. 3. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications précitées, caractérisé en ce que l'élément en céramique enrobe partiellement l'interface.
  3. 4
    Method according to any of the claims 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 to 3, characterized in that the ceramic element has a series of metal wire staples which are fixed by a mechanical connection, to one of its faces, these staples being able to resist oxidation at high temperature and in that the low-density, low-density metal structure is connected to the ceramic element by point fixing to the staples. 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément en céramique présente une série d'agrafes en fil métallique qui sont fixées par une liaison mécanique, à l'une de ses faces, ces agrafes étant propres à, résister à 1’oxydation à haute temperature et en ce qu'on relie la structure métallique à faible module et à faible densité à l'élément en céramique par fixation par points aux agrafes.
  4. 5
    Method according to either of the claims 5. Procédé selon l'une ou l'autre des revendications 2 and 3, characterized in that a thickness of said mattress made of low modulus metal fibers is embedded in one of the faces of the ceramic element, this thickness being sufficient to ensure a strong mechanical connection between said mattress and said ceramic element , and in that / the metal element is rigidly joined to the fiber mattress / Iz / / / / 2 et 3, caractérisé en ce que 1'on noie dans une des faces de l'élément en céramique une épaisseur dudit matelas en fibres métalliques à faible module, cette épaisseur étant suffisante à assurer une forte liaison mécanique entre ledit matelas et ledit élément en céramique, et en ce qu'on / réunit rigidement l'élément métallique au matelas en fibre/Iz / / / / 18 metallic so that the metallic fiber mat forms an intermediate layer between the ceramic element and the metallic element. 18 métalliques de manière que le matelas en fibres métalliques forme une couche intermédiaire' entre 1'élémefc en céramique et l’élément métallique.
  5. 7
    Method for connecting a metallic element to a ceramic element, characterized in that:7. Procédé de liaison d'un élément métallique à un élément en céramique, caractérisé en ce que : a. l'on réunit un élément en céramique à la face en céramique d'un élément composite céramique-métal qui présente une face à prédominance de céramique et des organes en métal, en saillie sur la face opposée? at. a ceramic element is joined to the ceramic face of a ceramic-metal composite element which has a predominantly ceramic face and metal members, projecting on the opposite face? b. a metal fiber mattress having two surfaces is brazed to the metal element so that one of the surfaces of the mattress is rigidly fixed to the metal element, · and b. l'on brase un matelas de fibres métalliques présentant deux surfaces, à l'élément métallique de sorte qu'une des surfaces du matelas soit rigidement fixée à l'élément métallique,· et c. l’on brase par points l'autre surface du matelas aux organes métalliques de 1'élément composite céramiquemétal. vs. the other surface of the mattress is brazed by points to the metallic members of the ceramic ceramic element.
  6. 8
    Composite laminated element, characterized in that it comprises:8. Element lamifié composite, caractérisé en ce qu'il comprend : a. une couche en céramique résistant à la haute température, présentant une face interne et une face externe? at. a layer of ceramic resistant to high temperature, having an internal face and an external face? b. des organes métalliques fixés rigidement à la face interne de la couche en céramique? b. metallic bodies rigidly fixed to the internal face of the ceramic layer? a flexible metallic layer with low modulus and low density, having an internal face and a face, this flexible metallic layer being fixed internally to the aforementioned metallic members? and said flexible metal layer being fixed externally to a metal layer. une couche métallique flexible à faible module et faible densité, présentant une face interne et une face cette couche métallique flexible étant fixée par interne aux organes métalliques précités? et ladite couche métallique flexible étant fixée face externe à une couche métallique. his face by his // / ' sa face par sa// /'
  7. 10
    Laminated structure, characterized in that it comprises;10. Structure lamifiée, caractérisée en ce qu'elle comprend ;a. une couche en céramique cuite résistant à la haute température, présentant une face interne et une face externe;at. a layer of fired ceramic resistant to high temperature, having an internal face and an external face;b. a ceramic-metal composite layer, comprising an external ceramic face and metal members projecting from its internal face, the internal face of the ceramic layer being joined to the external face of the ceramic-metal composite layer;b. une couche composite céramique-métal, comprenant une face externe en céramique et des organes métalliques en saillie sur sa face interne, la face interne de la couche en céramique étant réunie à la face externe de la couche composite céramique-métal;c. une couche constituée par un matelas de fibres métalliques à point de fusion élevé, ce matelas ayant un faible module et présentant une face interne et une face externe, ledit matelas étant brasé suivant sa face externe aux organes métalliques de la face interne de la couche composite céramique-métal;vs. a layer consisting of a mattress of metallic fibers with a high melting point, this mattress having a low modulus and having an internal face and an external face, said mattress being brazed along its external face to the metallic members of the internal face of the composite layer cermet;d. ledit matelas étant brasé suivant sa face interne, sur toute sa surface, à un élément structurel métallique. d. said mattress being brazed along its internal face, over its entire surface, to a metallic structural element.
  8. 11
    11 ,. Laminated structure, characterized. 11,. Structure lamifiée, caractérisée. en ce qu1 elle comprend un élément en céramique cuit résistant à la haute température, dans l'une des faces duquel est noyée une épaisseur d'un matelas en fibres métalliques à faible module;cette épaisseur étant suffisante à assurer une forte liaison mécanique, ainsi qu'une structure métallique rigidement fixée au matelas en fibres métalliques. in that1 it comprises a fired ceramic element resistant to high temperature, in one of the faces of which is embedded a thickness of a mattress of metallic fibers with low modulus;this thickness being sufficient to ensure a strong mechanical connection, as well as a metal structure rigidly fixed to the metal fiber mattress.
  9. 12
    Laminated structure, characterized in that it comprises a fired ceramic element resistant to high temperature, having metal staples / which are embedded therein, the staples protruding from the two external faces of the ceramic element. 12. Structure lamifiée, caractérisée en c e qu'elle comprend un élément en céramique cuit résistant à la haute température, présentant des agrafes métalliques / qui y sont noyées, les agrafes faisant saillie sur les deusè faces externes de l'élément en céramique.
  10. 13
    Composite laminated structure, characterized in that it comprises:13. Structure lamifiée composite, caractérisée en c .e qu'elle comprend : a. une couche en céramique présentant un coefficient de —6 —6 dilatation thermique compris entre -1,8 x 10 à 14,4 x 10 cm/cm/0C;at. a ceramic layer with a coefficient of -6 -6 thermal expansion between -1.8 x 10 to 14.4 x 10 cm / cm /0VS;b. a metal base resistant to corrosion at high temperature, with a coefficient of thermal expansion • 6 -6 between 3.6 x 10 and 36 x 10 cm / cm / ° C;and b. une base métallique résistant à la corrosion à haute température, présentant un coefficient de dilatation •6 -6 thermique compris entre 3,6 x 10 et 36 x 10 cm/cm/°C;et c. une interface métallique élastique fixée, d'une part, à la couche en céramique et, d'aùtre part, à la base métallique, afin de permettre un mouvement entre la couche en céramique et la base métallique sans endommagement de l'une ou de l'autre. vs. an elastic metal interface fixed, on the one hand, to the ceramic layer and, on the other hand, to the metal base, in order to allow movement between the ceramic layer and the metal base without damaging one or more the other.
  11. 15
    Structure according to either of Claims 13 'and 14, characterized in that the ceramic layer is therefore made of mullite, the free quartz being dissolved by glass. 15. Structure selon l'une ou l'autre des revendications 13’ et 14, caractérisée en ce que la couche en céramuqie est cors tituée en mullite, le quartz libre étant dissous par du verre.
  12. 16
    Method for manufacturing a ceramic-metal composite element, comprising the phases which consist of:16. Procédé de fabrication d'un élément composite céramique-métal, comprenant les phases qui consistent à : a. préparer une plaque métallique en un alliage résistant è la haute température et une garniture métallique présentant un faible module et une faible densité;at. preparing a metal plate of an alloy resistant to the high temperature and a metal lining having a low modulus and a low density;b. join the trim to the metal plate, and b. réunir la garniture à la plaque métallique, et à c. pulvériser par un jet de plasma un revêtement en matière céramique sur la garniture, la matière céramique étant choisie dans le groupe comprenant un ou plusieurs des éléments suivants : vs. spraying with a plasma jet a ceramic coating on the lining, the ceramic material being chosen from the group comprising one or more of the following elements: la zircone stabilisée, l'oxyde de calcium, la magnésie, stabilized zirconia, calcium oxide, magnesia, 1'yttria, le verre, le carbure de silicium, le nitrure de / silicium, l'alumine, la mullite, les borures, les siliciur^s, les céramiques au verre, ou les cermets. Yttria, glass, silicon carbide, silicon nitride, alumina, mullite, borides, silicon, glass ceramics, or cermets.
  13. 17
    A method of manufacturing a ceramic-metal composite element, comprising the steps of; 17. Procédé de fabrication d'un élément composite céramique-métal, comprenant les phases qui consistent à ; a. préparer une garniture métallique présentant un faible at. prepare a metal gasket with low 5 modulus and low density, this lining having two surfaces; 5 module et une faible densité, cette garniture présentant deux surfaces ; b. pulvériser par un jet de plasma sur une des surfaces de la garniture, une matière céramique choisie dans le groupe comprenant une ou plusieurs des matières suivantes ï b. spraying with a plasma jet on one of the surfaces of the lining, a ceramic material chosen from the group comprising one or more of the following materials:10 stabilized zirconia, calcium oxide, magnesia, 10 la zircone.stabilisée, l'oxyde de calcium, la magnésie, 1'yttria, le verre, le carbure de silicium, le nitrure de silicium, l'alumine, la mullite, les borures, les siliciures, les céramiques au verre, ou les cermets. Yttria, glass, silicon carbide, silicon nitride, alumina, mullite, borides, silicides, glass ceramics, or cermets. c. préparer une plaque en un alliage métallique résistant vs. prepare a plate of a resistant metal alloy 15 at high temperature, · and 15 à la haute température,· et d. joining the uncoated ceramic surface to the metal plate to form the composite element. d. réunir la surface non revêtue de matière céramique à la plaque de métal pour former l'élément composite.
  14. 18
    Ceramic material, characterized in that it is produced in a composition of 35 to 18. Matière céramique, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en une composition de 35 à 20 55% of Si02 + 45 to 65% of A ^ O ^ and of borosilicate or another glass with low expansion, these components having a fineness did not exceed a range of finesse going up to 80 microns, the glass forming a matrix around the free quartz which is released during sintering of the material, 20 55 % de Si02 + 45 à 65 % de A^O^ et de borosilicate ou d'un autre verre à faible dilatation, ces composants présentant une finesse n'excédait pas une gamme de finesses allant jusque 80 microns, le verre formant une matrice autour du quartz libre qui est libéré en cours de frittage de la matière, 25 thus producing a material which can be used in a high temperature range of around 982 ° C to 1649 ° C, depending on the conditions of wear and stress. 25 réalisant ainsi une matière utilisable dans une gamme de températures élevées d'environ 982° C à 1649° C, selon les conditions d'usure et' de sollicitation.
  15. 19
    Method for manufacturing a ceramic-metal composite element, comprising the phases which consist of:19. Procédé de fabrication d'un élément composite céramique-métal, comprenant les phases qui consistent à : 30 at. preparing a metal plate and a metal gasket having a low modulus and a low density;30 a. préparer une plaque métallique et une garniture métallique présentant un faible module et une faible densité;. b. join the trim to the metal plate;. b. réunir la garniture à la plaque métallique;c. pulvériser par un jet de plasma sur la surface libre de la garniture à faible module, un mélange de matière cérami·/ vs. spray with a plasma jet on the free surface of the low modulus packing, a mixture of ceramic material · / 35 · that and material to be sacrificed in which the fraction in /)there volume of the material to be sacrificed increases from zero (0) percent to sixty (60) percent at suitable intervals in order to obtain the required strength and porosity, the material to be sacrificed consisting of at least one of the materials from the group comprising in particular graphite, plastics, aluminum, copper and sawdust, the inert ceramic layer consisting of at least one of the materials of the group comprising in particular stabilized zirconia, calcium oxide, magnesia, yttria, glass, silicon carbide, silicon nitride, alumina, mullite, borides, silicides and cermets;and 35· que et de matière à sacrifier dans lequel la fraction en/)y volume de la matière à sacrifier croît de zéro (0) pourcent à soixante (60) pourcents à intervalles convenables afin d'obtenir la résistance et la porosité requises, la matière à sacrifier étant constituée en au moins l'une des matières du groupe comprenant notamment le graphite, les matières plastiques, l'aluminium, le cuivre et la sciure, la couche inerte en céramique étant constituée en au moins l'une des matières du groupe comprenant notamment la zircone stabilisée, l'oxyde de calcium, la magnésie, 1'yttria, le verre, le carbure de silicium, le nitrure de silicium, l'alumine, la mullite, les borures, les siliciures et les cermets;et d. faire disparaître la matière à sacrifier par une réaction chimique telle que l'oxydation ou le lessivage. d. remove the material to be sacrificed by a chemical reaction such as oxidation or leaching.
  16. 20
    Method for manufacturing a ceramic-metal composite element, comprising the phases which consist of:20. Procédé de fabrication d'un élément composite céramique-métal, comprenant les phases qui consistent à : a. préparer une couche métallique élastique présentant un faible module et une faible densité, cette garniture présentant deux surfaces;at. preparing an elastic metallic layer having a low modulus and a low density, this lining having two surfaces;b. preparing a ceramic layer having an imposed porosity and resistance;b. préparer une couche en céramique présentant une porosité et une résistance imposées;c. pulvériser par un jet de plasma, sur l'une des surfaces, de la couche à ' faible module, un mélange de matière céramique et de matière à sacrifier dans lequel la fraction en volume de la matière à sacrifier croît de zéro (0) pourcent à soixante (60) pourcents à intervalles convenables afin d'obtenir la résistance et la porosité requises, la matière à sacrifier étant constituée en au moins l'une des matières du groupe comprenant notamment le graphite, les matières plastiques, 1'aluminium, le cuivre et la sciure, la couche inerte en céramique étant constituée en au moins l'une des matières du groupe comprenant notamment la zircone stabilisée, l'oxyde de calcium, la magnésie, 1'yttria, le verre, le carbure de silicium, le f nitrure de silicium, l'alumine, la mullite, les borures/) les siliciures et les cermets;vs. spraying with a plasma jet, on one of the surfaces, the layer with low modulus, a mixture of ceramic material and material to be sacrificed in which the fraction by volume of the material to be sacrificed increases by zero (0) percent at sixty (60) percent at suitable intervals in order to obtain the required strength and porosity, the material to be sacrificed consisting of at least one of the materials of the group comprising in particular graphite, plastics, aluminum, copper and sawdust, the inert ceramic layer consisting of at least one of the materials of the group comprising in particular stabilized zirconia, calcium oxide, magnesia, yttria, glass, silicon carbide, silicon nitride, alumina, mullite, borides /) silicides and cermets;f f d. faire disparaître la matière à sacrifier par une réaction chimique telle que l'oxydation ou le lessivage;d. removing the material to be sacrificed by a chemical reaction such as oxidation or leaching;e. prepare a metal plate;and e. préparer une plaque en métal;et 5 f. join the free surface of, 1& low modulus layer not lined with ceramic material, to the metal plate to form a composite element. 5 f. réunir la surface libre de ,1& couche à faible module non garnie de matière céramique, à la plaque en métal pour former un élément composite.
  17. 21
    Mixture of mullite fibers (3 Α12θ3 · 2 SiO2) and low expansion reaction glass such as glass 21. Mélange de fibres en mullite (3 Α12θ3 · 2 SiO2) et de verre de réaction à faible dilatation tel que du verre 10 comprising in% by weight 80.5 of Si02, 12.9 from B ^^, from Na ^ O, 2.2 from Aiy) ^, 0.4 from K ^ O or 67.0 from SiO2, 27.4 from BaO, ' 10 comprenant en % en poids 80,5 de Si02, 12,9 de B^^, de Na^O, 2,2 de Aiy)^, 0,4 de K^O ou 67,0 de SiO2, 27,4 de BaO,' 5,6 de Al^Oy le mélange comprenant de 7Ö à 99 % en volume de mullite et de 1 à 30 % en volume de verre, le verre réagissant de manière à lier les fibres en mullite à une 5.6 of Al ^ Oy, the mixture comprising from 7 to 99% by volume of mullite and from 1 to 30% by volume of glass, the glass reacting so as to bind the fibers of mullite to a 15 temperature below the decomposition temperature. fibers. 15 température inférieure à la température de décomposition . des fibres.
  18. 22
    Method of manufacturing a ceramic-metal composite element as described above. 22. Procédé de fabrication d'un élément composite céramique-métal tel que décrit ci-dessus.
  19. 23
    Laminated structure as described above 23. Structure lamifiée telle que décrite ci-dessus 20 or shown in the accompanying drawings. 20 ou représentée aux dessins ci-annexés.
  20. 24
    Ceramic material as described above. 24. Matière céramique telle que décrite ci-dessus.
  21. 25
    Mixture of mullite fibers and glass as described above. 25. Mélange de fibres en mullite et de verre tel que décrit ci-dessus.
Independent claims21