Quelle est la principale préoccupation des clients concernant le brasage céramique ? Comment la résoudre ?
Le brasage céramique est un procédé relativement technique. La céramique elle-même est difficile à fusionner avec le métal. Il existe des procédés relativement matures, tels que l'assemblage mécanique, le collage, le soudage/brasage et le scellement verre-métal, notamment par micro-ondes et ultrasons. Le brasage, qu'il s'agisse de soudage ou de soudage par friction, est actuellement une technologie relativement mature. Il est couramment utilisé dans les connecteurs céramique-métal des céramiques techniques. Nous utilisons une technologie de brasage innovante et acceptons les échantillons personnalisés !
Le brasage céramique est une technique précieuse pour assembler céramiques et métaux, mais elle présente également son lot de défis. Explorons deux des principales préoccupations des clients et comment y répondre, ainsi que d'autres actions importantes :
1. Mouillabilité et résistance des joints
Défi : Contrairement aux métaux, la céramique ne peut pas former de liaisons naturelles solides avec les métaux en raison de propriétés de surface différentes. Cela peut entraîner des joints brasés fragiles et une possible rupture sous pression.
Solution 1 : Brasage métallique actif (AMB)
Le brasage réactif utilise des alliages de brasure contenant des métaux hautement réactifs. Ce métal actif favorise l'étalement et l'adhérence (humide) du matériau de brasure à la surface de la céramique, créant ainsi une liaison plus solide.
Solution 2 : Métallisation
La métallisation consiste à appliquer une fine couche de métal sur la surface de la céramique avant le brasage. Cette couche améliore la mouillabilité de la céramique, permettant ainsi au matériau de brasage de former une liaison plus solide.
Schéma du processus de métallisation montrant la céramique recouverte d'une fine couche de métal
Solution 3 : Sélection du matériau de brasage
Le choix du bon alliage de brasure est crucial. Un alliage présentant de bonnes propriétés de mouillage pour la céramique utilisée permettra d'obtenir un joint plus solide.
2. Dilatation thermique et contrainte résiduelle
Défi : Les céramiques et les métaux ont souvent des coefficients de dilatation thermique (CDT) différents. Cela signifie qu'ils se dilatent à des vitesses différentes lorsqu'ils sont chauffés (pendant le brasage) et se contractent à des vitesses différentes lorsqu'ils sont refroidis. Ce décalage peut solliciter le joint et entraîner des fissures.
Joint céramique-métal brasé présentant des fissures de contrainte
Joints céramique-métal brasés présentant des fissures de contrainte
Option 1 : Conception conjointe
L'optimisation de la conception des joints permet de minimiser les points de concentration des contraintes. Cela peut impliquer l'utilisation de joints coniques qui répartissent les contraintes de manière plus uniforme ou l'intégration d'éléments flexibles pour absorber une partie des déséquilibres de dilatation/contraction.
Solution 2 : Sélection du matériau de brasage
La sélection d’un alliage de brasure avec un CTE proche du CTE moyen des céramiques et des métaux assemblés peut aider à réduire l’accumulation de contraintes.
Solution 3 : Contrôle du processus de brasage
Un contrôle précis de la température et des vitesses de refroidissement pendant le brasage est essentiel pour minimiser les contraintes résiduelles. Des techniques telles que le brasage sous vide, qui permet d'éliminer les oxydes gênant le brasage, peuvent également s'avérer utiles.
Autres mesures importantes
Propreté des surfaces : Les surfaces de brasage doivent être parfaitement propres et exemptes de poussière, d'huile et de contaminants. Le brasage doit être effectué dans un environnement exempt de poussière. Un nettoyage et une purge spécifiques à l'azote gazeux garantissent une surface propre et des résultats de brasage optimaux.
Détection des défauts : Après le brasage, le joint doit être inspecté à l'aide de techniques telles que la détection de défauts par rayons X. Cela permet d'identifier les fissures, les interstices ou autres défauts susceptibles de compromettre l'intégrité du joint.
Test d'étanchéité : Les joints brasés doivent être soumis à un test d'étanchéité pour garantir leur étanchéité. Ce test se déroule généralement en deux étapes :
Essai de vide à pression négative : utiliser une pompe à vide pour évacuer le joint à une pression minimale de 5 000 Pa (0,5 atm).
Essai d'étanchéité à pression positive : Utiliser un gaz inerte pour pressuriser le joint à au moins 4,2 MPa (42 atm). Si le joint résiste à cette pression sans fuite, il est considéré comme qualifié.
En prenant ces mesures combinées, l’entreprise peut créer des joints céramique-métal solides, fiables et sans fuite qui répondent aux besoins des clients.
Le brasage céramique est une technologie de processus avancée pour l'assemblage de matériaux céramiques. aérospatiale :
Nous avons préparé une salle blanche à cet effet afin d'améliorer la solidité des liaisons et des connexions, notamment en cas d'utilisation fréquente de matériaux à haute résistance mécanique et thermique. Cette technologie est couramment utilisée dans les domaines suivants :
Aérospatial:
Dans l’industrie aérospatiale, les matériaux céramiques sont utilisés pour fabriquer des pièces de moteur et d’autres pièces exposées à des températures élevées, car le brasage céramique permet à ces pièces de résister à des températures et des pressions extrêmes.
Industrie automobile :
Dans l'industrie automobile, des matériaux céramiques avancés sont utilisés pour fabriquer des échangeurs de chaleur, des capteurs et d'autres composants critiques. Grâce à la technologie de brasage céramique, ces composants atteignent un rendement et une durabilité élevés.
Produit électronique :
Dans la fabrication électronique, les céramiques sont utilisées comme isolants et substrats. Le brasage céramique permet de rendre les composants électroniques hautes performances stables, fiables et sûrs, même à haute température et dans d'autres environnements difficiles.
Matériel médical :
Les matériaux céramiques sont couramment utilisés dans les dispositifs médicaux tels que les os artificiels et les implants dentaires en raison de leur biocompatibilité. Le brasage céramique garantit l'intégrité structurelle et la durabilité à long terme de ces dispositifs.
Industrie de l'énergie :
Dans l'industrie nucléaire et d'autres industries énergétiques, les matériaux céramiques sont utilisés pour créer des composants résistants aux hautes températures et à la corrosion. La technologie de brasage céramique garantit la fiabilité et la sécurité de ces composants critiques.
Technologie optique et laser :
Dans la technologie optique et laser, les composants céramiques de précision doivent être connectés à des métaux ou à d'autres matériaux via un brasage céramique pour garantir une transmission et une réflexion précises de la lumière.
L'application de la technologie de brasage céramique dans ces domaines repose principalement sur sa capacité à fournir des connexions à haute résistance mécanique et thermique, tout en préservant la stabilité chimique et les propriétés physiques du matériau. Cela en fait une technologie indispensable pour les produits de haute technologie et les systèmes complexes fonctionnant dans des environnements extrêmes.
Il existe plusieurs spécifications standard pour le brasage céramique, chacune ayant ses propres objectifs et exigences. Voici quelques-unes des normes les plus courantes :
1. ASTM B828 - Spécification standard pour brides brasées en alliage cuivre-nickel-silicium pour récipients sous pression et tuyauteries
Cette norme couvre les exigences relatives aux brides brasées en alliage cuivre-nickel-silicium pour appareils et tuyauteries sous pression. Elle spécifie les matériaux, les dimensions, les marquages, les essais et les procédures d'inspection de ces brides.
2. AWS C3.1 - Spécifications standard pour les joints brasés pour applications sous pression
Cette norme définit les exigences générales relatives aux assemblages brasés utilisés dans les applications sous pression. Elle couvre le choix des métaux d'apport, la conception des assemblages, la préparation de surface, les procédures de brasage et les essais non destructifs.
3. ISO 11849 - Brasage - Brides en alliage cuivre-nickel ou nickel-cuivre pour récipients sous pression et tuyauteries
Cette norme internationale est similaire à l'ASTM B828 et couvre les exigences relatives aux brides brasées en alliage cuivre-nickel ou nickel-cuivre pour les récipients sous pression et les tuyauteries.
4. Code ASME des chaudières et des appareils à pression (BPVC) Section IX - Qualifications en soudage et brasage
Ce code définit les exigences relatives à la qualification du personnel et aux procédures de soudage et de brasage. Il est largement utilisé dans les secteurs de la production d'énergie et de la pétrochimie.
5. MIL-STD-2481 - Collage et assemblage de métaux et de non-métaux
Cette norme militaire fournit des lignes directrices générales pour le collage et l'assemblage des métaux et des non-métaux, y compris le brasage céramique. Elle couvre des sujets tels que la préparation de surface, le choix du métal d'apport, les procédures de brasage et les essais non destructifs.
Outre ces normes générales, il existe également de nombreuses normes sectorielles pour le brasage céramique. Par exemple, l'industrie aérospatiale possède son propre ensemble de normes pour le brasage céramique des composants aéronautiques.
La norme spécifique applicable à une application particulière dépend des matériaux à assembler, de l'application prévue et des codes et réglementations en vigueur. Il est important de consulter les autorités compétentes pour déterminer les normes applicables à votre cas particulier.
Voici quelques ressources supplémentaires qui pourraient vous être utiles :
Société américaine pour les essais et les matériaux (ASTM) : https://www.astm.org/
Société américaine de soudage (AWS) : https://www.aws.org/
Organisation internationale de normalisation (ISO) : https://www.iso.org/home.html
Société américaine des ingénieurs en mécanique (ASME) : https://www.asme.org/
Département de la Défense des États-Unis (DoD) : https://discover.dtic.mil/