專利名稱：受約束的金屬凸緣及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)生受約束的金屬凸緣的方法，其允許連結(jié)高膨脹金屬物品與低膨脹材料。另外，本發(fā)明涉及帶凸緣金屬物品和包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件的帶凸緣物品。
背景技術(shù)：
在目前用來連結(jié)由不同的材料制成的兩個(gè)構(gòu)件的組裝技術(shù)之中，可發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的機(jī)械組裝，由于體積、重量、成本和/或不良的動(dòng)態(tài)行為的原因，常常發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的機(jī)械組裝是不適合的。已知使用銅焊來將不同材料的兩個(gè)零 件組裝在一起。然而，這樣的技術(shù)往往難以用來將陶瓷構(gòu)件連結(jié)到金屬構(gòu)件上，因?yàn)閮煞N材料有非常不同的熱力學(xué)和物理化學(xué)屬性。例如，在陶瓷和金屬的熱膨脹系數(shù)之間的巨大差異可在包括連結(jié)到金屬構(gòu)件上的陶瓷構(gòu)件的物品中產(chǎn)生不合需要的殘余應(yīng)力。這些應(yīng)力可導(dǎo)致強(qiáng)度降低或?qū)е掠胁幻荛]的接頭，并且可導(dǎo)致接頭失效。陶瓷典型地是脆性的，并且具有較小的忍受溫度和其它機(jī)械應(yīng)力源的突變的能力。為了形成包括直接連結(jié)到金屬材料上的陶瓷構(gòu)件的物品，常用的連結(jié)技術(shù)要求兩種材料的熱膨脹特性恰當(dāng)?shù)仄ヅ?。在本領(lǐng)域中已知金屬-陶瓷銅焊接頭的開發(fā)。典型地，這種方法要求金屬構(gòu)件具有與陶瓷的熱膨脹系數(shù)密切匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)。這個(gè)要求嚴(yán)重限制了可用的材料選擇。CTE良好地匹配的材料可展現(xiàn)不合需要的特性，例如難以處理、成本高、化學(xué)相容性不良、耐環(huán)境性不足，以及在處理期間對化學(xué)污染敏感。因而，發(fā)現(xiàn)使得能夠?qū)⒅T如陶瓷的脆性低膨脹材料連結(jié)到諸如金屬的高強(qiáng)度高膨脹材料上的新技術(shù)是非常合乎需要的。另外，將合乎需要的是，這樣的新技術(shù)能夠用來將大范圍的金屬連結(jié)到大范圍的陶瓷材料上，以及其中最大程度地減小了被連結(jié)的物品之間的熱膨脹特性的巨大差異的負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制造帶凸緣金屬物品的方法，該方法包括(a)將第一銅焊化合物施用到金屬物品的第一部分上；(b)用一定長度的約束金屬部件纏繞金屬物品的第一部分；以及(C)將金屬物品、約束金屬部件和第一銅焊化合物的組件加熱到高于第一銅焊化合物的固相線溫度的溫度，以提供帶凸緣金屬物品，其中，金屬物品具有熱膨脹系數(shù)CTE I，約束金屬部件具有熱膨脹系數(shù)CTE 2，并且CTE I大于CTE 2。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種帶凸緣金屬物品，其包括(a)包括一定長度的約束金屬部件的金屬物品的經(jīng)纏繞的第一部分；以及(b)與約束金屬部件以及金屬物品的經(jīng)纏繞的第一部分的表面接觸的第一銅焊化合物；其中，金屬物品具有熱膨脹系數(shù)CTEI，約束金屬部件具有熱膨脹系數(shù)CTE 2，并且CTE I大于CTE 2。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種帶凸緣物品，其包括(a)連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件，其中，用鑰線材纏繞帶凸緣金屬構(gòu)件，并且其中，帶凸緣金屬構(gòu)件包含鎳、鐵、鈷和鉻中的一種或多種；以及(b)與帶凸緣金屬構(gòu)件以及鑰線材的表面接觸的第一銅焊化合物，其中，帶凸緣金屬構(gòu)件具有熱膨脹系數(shù)CTE I，鑰線材具有熱膨脹系數(shù)CTE 2，并且CTE I比CTE 2大至少100%。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件的物品的方法，其包括(a)將第一銅焊化合物施用到金屬物品的第一部分上；(b)用一定長度的約束金屬部件纏繞金屬物品的第一部分；(C)將金屬物品、約束金屬部件和第一銅焊化合物的組件加熱到高于第一銅焊化合物的固相線溫度的溫度，以提供帶凸緣金屬物品，其中，金屬物品具有熱膨脹系數(shù)CTE 1，約束金屬部件具有熱膨脹系數(shù)CTE 2，并且CTEI大于CTE 2 ； (d)使帶凸緣金屬物品的帶凸緣部分與第二銅焊化合物和陶瓷物品接觸，使得第二銅焊化合物設(shè)置在金屬物品的帶凸緣部分和陶瓷物品之間；以及(e)將帶凸緣金屬物品、第二銅焊化合物和陶瓷物品加熱到高 于第二銅焊化合物的固相線溫度的溫度，以提供包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件的物品。根據(jù)以下詳細(xì)描述、附圖和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的其它實(shí)施例、方面、特征與優(yōu)點(diǎn)對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得顯而易見。


當(dāng)參照附圖來閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面與優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中，相同符號在所有圖中表示相同部件，其中圖I是用于制造本發(fā)明的金屬凸緣的工藝流程圖。圖2是在熱處理之前的本發(fā)明的組件的橫截面圖的示意圖。圖3是在熱處理和形成凸緣之前的、包括圓柱形金屬物品、第一銅焊化合物和約束金屬部件的本發(fā)明的組件的示意圖。圖4是在熱處理之后的本發(fā)明的金屬凸緣的橫截面圖的示意圖。圖5是在熱處理之后的本發(fā)明的圓柱形金屬凸緣的示意圖。圖6是包括單層約束金屬部件的本發(fā)明的陶瓷物品和金屬凸緣的組件的示意圖。圖7是包括多層約束金屬部件的本發(fā)明的陶瓷物品和金屬凸緣的組件的示意圖。圖8是在熱處理之后的本發(fā)明的陶瓷物品和金屬凸緣的組件的示意圖。部件列表8在加熱之前的金屬凸緣10在加熱之后的金屬凸緣12陶瓷物品14金屬物品16金屬物品的端部部分/第一部分18第一銅焊化合物20約束金屬部件22因科鎳合金管的內(nèi)表面24因科鎳合金管的頂表面26在管頂表面24和被包裹部分的頂部之間的間隔28在加熱之后的缸體的擴(kuò)張部分
30第二銅焊化合物32包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件12上的帶凸緣金屬構(gòu)件10 (包括單層約束金屬部件20)的物品的一部分。34包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件12上的帶凸緣金屬構(gòu)件10 (包括多層約束金屬部件20)的物品的一部分。36帶凸緣金屬物品/包括連結(jié)到陶瓷物品12上的帶凸緣金屬物品10的物品。
具體實(shí)施例方式單數(shù)形式“一個(gè)”、“一種”和“該”包括復(fù)數(shù)個(gè)所指對象，除非上下文清楚地另有規(guī) 定。如本文所用，用語“銅焊化合物”包括諸如金金屬、銀金屬和鈀金屬的純材料以及諸如銀-銅銅焊合金、金-鎳銅焊合金和銀-銅-鋅銅焊合金的多成分銅焊材料兩者。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種制造帶凸緣金屬物品的方法，該方法包括(a)將第一銅焊化合物施用到金屬物品的第一部分上；(b)用一定長度的約束金屬部件纏繞金屬物品的第一部分；以及(C)將金屬物品、約束金屬部件和第一銅焊化合物的組件加熱到高于第一銅焊化合物的固相線溫度的溫度，以提供帶凸緣金屬物品，其中，金屬物品具有熱膨脹系數(shù)CTE I，約束金屬部件具有熱膨脹系數(shù)CTE 2，并且CTE I大于CTE 2?？稍诟鞣N各樣的應(yīng)用中使用根據(jù)本發(fā)明的方法所產(chǎn)生的凸緣，但是在期望將具有較低的熱膨脹系數(shù)(CTE)的材料連結(jié)到具有較高的熱膨脹系數(shù)的材料上時(shí)(例如在將金屬連結(jié)到陶瓷上時(shí))它們特別有用。根據(jù)本發(fā)明的方法所產(chǎn)生的凸緣在這樣的意義上是“受約束”的金屬凸緣凸緣的熱膨脹特性相對于金屬物品起始材料而受約束金屬部件的限制。用作用于制備本發(fā)明的帶凸緣金屬物品的起始材料的金屬物品可為其中期望形成凸緣的任何金屬物品。適當(dāng)?shù)慕饘傥锲返姆窍拗菩詫?shí)例包括金屬的管、桿、板和容器。如所提到的那樣，金屬物品是用于制備本發(fā)明提供的帶凸緣金屬物品的起始點(diǎn)。構(gòu)建金屬物品的適當(dāng)?shù)牟牧系姆窍拗菩詫?shí)例包括金、鎳、鈦、銀、銅、鉬、鈀、鈮、鉭、鑰、合金625、鋯、鈷、鉻、不銹鋼和這些材料的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，用來產(chǎn)生帶凸緣金屬物品的金屬物品包含了包含鎳的合金、包含鐵的合金、包含鈷的合金、包含銅的合金和包含鋁的合金中的至少一種。因而，在一個(gè)實(shí)施例中，金屬物品起始材料包括包含鎳的合金。在備選實(shí)施例中，金屬物品起始材料包括包含鐵的合金。在又一個(gè)實(shí)施例中，金屬物品包含了包含鎳和鐵的合金。在一些實(shí)施例中，金屬物品包含鈮。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬物品由鈮基合金制成。在又一個(gè)實(shí)施例中，金屬物品基本由鈮組成。在各種實(shí)施例中，金屬物品可包含碳鋼、鎳合金、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、銅合金或招合金。在一些實(shí)施例中，金屬物品包含一種或多種超合金。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知多種多樣的超合金，并且它們適于根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例來使用。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬物品包含選自由鎳基超合金、鐵基超合金、鈷基超合金和前述中的兩種或更多種的組合組成的組的一種或多種超合金。鎳基超合金由阿斯特羅洛伊鎳基超耐熱合金(Astroloy)、哈司特鎳合金(Hastelloy)、因科鎳合金(INC0NEL)、尼孟鎳合金(Nimonic)、派羅梅特鎳基耐熱合金(Pyromet)、雷內(nèi)鎳基高溫耐蝕合金(Rene)、尤迪梅特鎳基耐熱合金(Udimet)和沃斯帕洛伊合金(Waspaloy)示出。鐵基超合金由迪卡洛耐熱鋼(Discaloy)和因科鎳鉻不銹鋼(Incoloy)示出。鈷基超合金由Airresist、埃爾基洛伊耐蝕游絲合金(Elgiloy)、MP35N和司太立特硬質(zhì)合金(Stellite)示出。金屬物品可具有任何期望的形狀，例如圓柱形形狀、圓錐形形狀、球形形狀、長方形形狀、立方體形狀或者甚至不規(guī)則的形狀。在一些實(shí)施例中，金屬物品是缸體。在一個(gè)實(shí)施例中，圓柱形金屬物品具有在大約0.005英寸至大約0. 10英寸的范圍中的厚度。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，圓柱形金屬物品具有大約0. 035英寸的厚度。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬物品是管，例如，金屬物品是鎳合金管。在備選實(shí)施例中，金屬物品是桿。如所提到的那樣，是用于制備本發(fā)明提供的帶凸緣金屬物品的起始點(diǎn)的金屬物品具有第一銅焊化合物可施用到其上的第一部分。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬物品的第一部分是端部部分。在備選實(shí)施例中，金屬物品的第一部分為 非端部部分，例如管的中間區(qū)段。如所提到的那樣，將是用于制備本發(fā)明提供的帶凸緣金屬物品的起始材料中的一種的第一銅焊化合物設(shè)置成使得其接觸金屬物品的第一部分和約束金屬部件兩者。在一個(gè)實(shí)施例中，在將約束金屬部件纏繞在金屬物品的第一部分的周圍之前，將第一銅焊化合物施用在金屬物品的第一部分上。在備選實(shí)施例中，在將約束金屬部件纏繞在金屬物品的第一部分的周圍之后，將第一銅焊化合物施用到金屬物品的第一部分上。可基于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的各種各樣的因素來選擇第一銅焊化合物，例如銅焊性能特性(例如銅焊溫度)和成本。在本領(lǐng)域中已知各種各樣的銅焊化合物，并且其可為單成分的銅焊化合物(例如諸如金、銀和鈀的較純的金屬)和多成分的銅焊化合物，例如銅焊合金，例如銀-銅銅焊合金、銀-鋅銅焊合金、銅-鋅銅焊合金、銀-銅-鋅銅焊合金、銀-銅-鋅-鎘銅焊合金、銅-磷銅焊合金、銀-銅-磷銅焊合金、金-銀銅焊合金、金-銅銅焊合金、金-鎳銅焊合金、金-鈀銅焊合金、鈀基銅焊合金、鎳基銅焊合金、鈷基銅焊合金、鋁基銅焊合金(例如鋁硅銅焊合金)，以及包含一種或多種活性金屬成分的銅焊合金。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，第一銅焊化合物是較純的金。在一個(gè)實(shí)施例中，第一銅焊化合物選自由金基銅焊化合物、銅基銅焊化合物、銀基銅焊化合物、鉬基銅焊化合物、鈀基銅焊化合物、鈦基銅焊化合物、釩基銅焊化合物、鎳基銅焊化合物和它們的組合組成的組。在一些其它實(shí)施例中，第一銅焊化合物是活性銅焊化合物，有時(shí)在本文中也稱為活性銅焊合金。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知多種多樣的銅焊化合物和活性銅焊化合物，并且它們可商購獲得。如所提到的那樣，一定長度的約束金屬部件與第一銅焊化合物結(jié)合起來使用，以形成帶凸緣金屬物品。如其名稱所暗示的那樣，約束金屬部件在熱處理和隨后的冷卻期間約束金屬物品。約束金屬部件可包括(但不限于)繩股、細(xì)絲、線材、多細(xì)絲繩纜、線性約束條、片、帶、穿孔帶和箔。在一個(gè)實(shí)施例中，約束金屬部件是單細(xì)絲線材。在備選實(shí)施例中，約束金屬部件是多細(xì)絲線材。在一個(gè)實(shí)施例中，約束金屬部件是具有長度和寬度的尺寸的線性物品，并且其特征在于高的縱橫比。線性的意思是，約束金屬部件易于纏繞或包裹在金屬物品的周圍。如本文所用，用語“縱橫比”指的是所采用的各個(gè)約束金屬部件的長度與寬度的比。例如，單細(xì)絲線材的縱橫比指的是單細(xì)絲線材的長度與單細(xì)絲線材的寬度(或厚度)的比。在一些實(shí)施例中，約束金屬部件或者部分地或者完全地纏繞在金屬物品的第一部分的周圍。例如，約束金屬部件可為纏繞在金屬物品的第一部分的周圍的線材。在各種實(shí)施例中，通過在金屬物品的第一部分的周圍產(chǎn)生多圈來將約束金屬部件纏繞在金屬物品的周圍。約束金屬部件的圈數(shù)可取決于金屬物品的大小、約束金屬部件的長度和金屬物品的熱膨脹特性而改變。在一些實(shí)施例中，用約束金屬部件纏繞金屬物品，使得約束金屬部件在金屬物品的第一部分的表面上形成一個(gè)或多個(gè)層。在一些實(shí)施例中，可用兩個(gè)或更多個(gè)約束金屬部件一個(gè)在另一個(gè)上來纏繞金屬物品，以形成在金屬物品上包括多層約束金屬部件的組件。在各種實(shí)施例中，約束金屬部件的縱橫比在大約10至大約10000的范圍中。在一個(gè)實(shí)施例中，約束金屬部件的縱橫比在從約10至大約1000的范圍中。在又一個(gè)實(shí)施例中，約束金屬部件的縱橫比在大約10至大約100的范圍中。在一個(gè)實(shí)施例中，約束金屬部件具有固定的長度和可變的寬度(或厚度)，在這種情況下，可通過約束金屬部件的長度與其平均寬度(或厚度)的比來確定約束金屬部件的縱橫比。約束金屬部件可選擇成在升高的溫度下具有低的熱膨脹系數(shù)和高的彈性模數(shù)?？砂催@樣的方式來將約束金屬部件纏繞到金屬物品的第一部分的周圍允許金屬物品的第一部分在受加熱后膨脹成與約束金屬部件密切 配合地接觸。在各種實(shí)施例中，可通過最初將約束金屬部件纏繞在金屬物品的周圍有多緊來控制產(chǎn)生的凸緣的尺寸。在金屬物品、約束金屬部件和銅焊化合物的組件被加熱時(shí)，金屬物品比約束金屬部件有更大程度的膨脹，而且如所提到的那樣，金屬物品密切配合地接觸約束金屬部件。在冷卻之后，在金屬物品和約束金屬部件之間的密切接觸阻止金屬物品的與約束金屬部件和第一銅焊化合物密切配合地接觸的那部分收縮。如所提到的那樣，約束金屬部件典型地由具有較低的CTE的、可合適地成形(例如塑造成箔或線材)以便于其用作約束金屬部件的材料構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，約束金屬部件包含鑰、鎢、碳化硅、熔凝石英、石墨或玻璃中的至少一種。在一個(gè)實(shí)施例中，約束金屬部件選自由鉿部件、鋯部件、鉻部件、鎳部件、鐵部件、鑰部件、鈮部件和前述中的兩種或更多種的組合組成的組。如本文所用，用語鉿部件、鋯部件、鉻部件、鎳部件、鐵部件、鑰部件和鈮部件指的是包含前面提到的元素中的一種或多種的約束金屬部件。因而，鉿部件包含鉿，鋯部件包含鋯，鉻部件包含鉻，鎳部件包含鎳，鐵部件包含鐵，鑰部件包含鑰，而鈮部件包含鈮。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，約束金屬部件可包含呈其元素形式的金屬、金屬合金或沒有資格作為呈其元素形式的金屬或其金屬合金的金屬物質(zhì)。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，約束金屬部件是鑰部件，并且包含元素鑰。在備選實(shí)施例中，約束金屬部件是包含鑰合金的鑰部件。在一個(gè)實(shí)施例中，約束金屬部件包含鑭鑰。鑭鑰可為其它鑰基材料的有用的替代物。在一個(gè)實(shí)施例中，約束金屬部件由包含大約0. 875%的La2O3的鑭鑰構(gòu)成。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，約束金屬部件是鑰線材。鑰具有小于適于構(gòu)建金屬物品起始材料的材料的各種鎳基超合金的熱膨脹系數(shù)的熱膨脹系數(shù)。在下面的表I中示出了一些示例性金屬材料的CTE。如可在表中看到的那樣，適于用作約束金屬部件的鑰金屬具有顯著地低于適于用作金屬物品的材料的因科鎳合金625的CTE。表I :多種金屬材料的CTE
材料CTE
在20°C處或在20°C附近為7. IX 10_6/°C "11在 20°C處或在 20°C 附近為 4. 8X 10_6/°C因科鎳合金625~ 在20°C處或在20°C附近為13. 1X10_6/°C鑰的額外的性質(zhì)在于其比各種鎳基超合金具有顯著地更高的彈性模數(shù)。如所提到的那樣，在一個(gè)實(shí)施例中，約束金屬部件由鑰合金構(gòu)成。鑰及其合金典型地在升高的溫度下保持有用的機(jī)械屬性。由于鑰及其合金的熱屬性和機(jī)械屬性的原因，使用包含鑰和/或鑰的合金的約束金屬部件可為尤其有利的。在某些實(shí)施例中，鎢和碳化硅也可有利地用作構(gòu)建約束金屬部件的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，薄的鑰線材可在鎳合金管的端部部分(金屬物品的第一部分)的周圍纏繞多次，金銅焊化合物設(shè)置在鎳合金管的端部部分的外表面上，使得金銅焊化合物接觸管的外表面和鑰線材兩者。然后這個(gè)組件受加熱，并且隨后被冷卻，以產(chǎn)生帶凸緣金屬物品。在另一個(gè)實(shí)施例中，薄的鑰線材可纏繞在鎳合金 管上，并且將金銅焊化合物施加到管的經(jīng)纏繞的部分上，使得金銅焊化合物接觸鑰線材。然后這個(gè)組件可受加熱且隨后被冷卻，以產(chǎn)生帶凸緣金屬物品?？扇Q于金屬物品的膨脹和收縮特性來恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)約束金屬部件的寬度，以便控制產(chǎn)生的凸緣的大小和形狀。在一些實(shí)施例中，約束金屬部件是尺寸較均勻且具有在大約0. 005英才至大約0. 025英寸的范圍中的直徑的線材，并且例示了 “薄”線材。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，約束金屬部件的直徑為大約0.012英寸。例如，約束金屬部件可為具有在大約0. 005英寸至大約0. 025英寸的范圍中的直徑的鑰線材，而在一個(gè)具體的實(shí)施例中，約束金屬部件是具有大約0. 012英寸的直徑的鑰線材。典型地，約束金屬部件在金屬物品的第一部分的周圍纏繞多次，但是在某些實(shí)施例中可能不需要多匝，例如在約束金屬部件呈帶的形式時(shí)。但是，典型地，約束金屬部件在金屬物品的第一部分的周圍纏繞兩次或更多次。在一個(gè)實(shí)施例中，約束金屬部件纏繞成使得金屬物品、約束金屬部件和第一銅焊化合物的組件包含5匝至1000匝。在備選實(shí)施例中，約束金屬部件纏繞成使得金屬物品、約束金屬部件和第一銅焊化合物的組件包含10匝至100匝。在又一個(gè)實(shí)施例中，約束金屬部件纏繞成使得金屬物品、約束金屬部件和第一銅焊化合物的組件包含10匝至25匝。如所提到的那樣，用來制備本發(fā)明的帶凸緣金屬物品的金屬物品具有大于約束金屬部件的CTE 2的熱膨脹系數(shù)CTE I。在各種實(shí)施例中，CTE I必須大于CTE 2，以便約束金屬部件發(fā)揮其功能，即在加熱和冷卻期間限制金屬物品的膨脹和收縮。在一個(gè)實(shí)施例中，CTE I比CTE 2大至少10%。在另一個(gè)實(shí)施例中，CTE I比CTE 2大大約10%至大約300%。在備選實(shí)施例中，CTE I比CTE 2大大約50%至大約250%。在又一個(gè)實(shí)施例中，CTE I比CTE 2大大約35%至大約225%。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，CTE I比CTE 2大大約200%。在一個(gè)實(shí)施例中，金屬物品包含具有比包含鑰的約束金屬部件的CTE(CTE2)大大約200%的CTE (CTE I)的鎳合金。如所提到的那樣，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供帶凸緣金屬物品，其包括(a)包括一定長度的約束金屬部件的金屬物品的經(jīng)纏繞的第一部分；以及(b)與約束金屬部件以及金屬物品的經(jīng)纏繞的第一部分的表面的接觸的第一銅焊化合物；其中，金屬物品具有熱膨脹系數(shù)CTEl，約束金屬部件具有熱膨脹系數(shù)CTE 2，并且CTE I大于CTE 2。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，帶凸緣金屬物品包括(a)連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件，其中，帶凸緣金屬構(gòu)件纏繞有鑰線材，并且其中，帶凸緣金屬構(gòu)件包含鎳、鐵、鈷和鉻中的一種或多種；以及(b)與帶凸緣金屬構(gòu)件以及鑰線材的表面接觸的第一銅焊化合物，其中，帶凸緣金屬構(gòu)件具有熱膨脹系數(shù)CTE I，鑰線材具有熱膨脹系數(shù)CTE 2，并且CTE I比CTE 2大至少100%。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種制造包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件的物品的方法，該方法包括(a)將第一銅焊化合物施用到金屬物品的第一部分上；(b)用一定長度的約束金屬部件纏繞金屬物品的第一部分；(C)將金屬物品、約束金屬部件和第一銅焊化合物的組件加熱到高于第一銅焊化合物的固相線溫度的溫度，即典型地在大約300°C至大約2500°C的范圍中的溫度，以提供帶凸緣金屬物品，其中，金屬物品具有熱膨脹系數(shù)CTE I，約束金屬部件具有熱膨脹系數(shù)CTE 2，并且CTE I大于CTE 2 ; (d)使帶凸緣金屬物品的帶凸緣部分與第二銅焊化合物和陶瓷物品接觸，使得第二銅焊化合物設(shè)置在金屬物品的帶凸緣部分和陶瓷物品之間；以及(e)將帶凸緣 金屬物品、第二銅焊化合物和陶瓷物品的組件加熱到高于第二銅焊化合物的固相線溫度的溫度，即典型地在大約300°C至大約2500°C的范圍中的溫度，以提供包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件的物品。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，以上加熱步驟(c)和(e)在本文中有時(shí)可稱為“銅焊”步驟；步驟(c)表示第一銅焊步驟，而步驟(e)表示第二銅焊步驟，各個(gè)步驟的特征在于，銅焊溫度高于第一銅焊化合物和第二銅焊化合物的固相線溫度。典型地，執(zhí)行第二銅焊步驟時(shí)所處的溫度(第二銅焊溫度)低于執(zhí)行第一銅焊步驟時(shí)所處的溫度(第一銅焊溫度)。這個(gè)預(yù)防措施可幫助防止在第一銅焊步驟中形成的銅焊接頭由于第二銅焊步驟中的熱處理而有有害的變化。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的那樣，根據(jù)本發(fā)明的方法來連結(jié)到陶瓷物品上的帶凸緣金屬物品的帶凸緣部分可為端部凸緣或不是端部凸緣的凸緣。在一個(gè)實(shí)施例中，將第二銅焊化合物施用到形成于帶凸緣金屬物品的端部部分處的凸緣上，然后將該端部部分連結(jié)到陶瓷物品上。第二銅焊化合物可與第一銅焊化合物相同或不同，但是，如所提到的那樣，第二銅焊化合物典型地不同于第一銅焊化合物?？捎米鞯诙~焊化合物的適當(dāng)?shù)你~焊化合物包括關(guān)于第一銅焊化合物所示出的那些。在一個(gè)實(shí)施例中，第二銅焊化合物選自由金、金銅焊合金、銅銅焊合金、銀、銀銅焊合金、鈀、鈀銅焊合金、鈦銅焊合金、釩銅焊合金、鎳銅焊合金和前述銅焊化合物中的兩種或更多種的組合組成的組。在一些實(shí)施例中，第二銅焊化合物是促進(jìn)陶瓷表面的濕潤的活性銅焊化合物。在一個(gè)實(shí)施例中，活性銅焊化合物包括選自由鈦、鋯、鉻和釔組成的組的一種或多種活性元素。在另一個(gè)實(shí)施例中，活性銅焊化合物包含一種或多種稀土兀素。將帶凸緣金屬物品、第二銅焊化合物和陶瓷物品的組件加熱到高于第二銅焊化合物的固相線溫度的溫度以及隨后冷卻該組件會(huì)在帶凸緣金屬構(gòu)件(帶凸緣金屬物品)和陶瓷構(gòu)件(陶瓷物品)之間產(chǎn)生堅(jiān)固的接頭。帶凸緣金屬物品的帶凸緣部分(凸緣)仍然受到約束金屬部件的約束，并且因而在加熱期間相對于形成它的金屬物品或其所連結(jié)的陶瓷物品展現(xiàn)更小的膨脹(或者在冷卻期間展現(xiàn)更小的收縮)。因而，在各種實(shí)施例中，約束金屬部件會(huì)補(bǔ)償在金屬物品起始材料和其所期望附連的陶瓷構(gòu)件之間的熱膨脹特性的失配。通過控制連結(jié)到陶瓷物品上的帶凸緣金屬物品的帶凸緣部分中和帶凸緣部分周圍的熱膨脹特性，可連結(jié)帶凸緣金屬物品和陶瓷物品，并且可在加熱和冷卻循環(huán)期間避免對陶瓷物品有損害。
在一個(gè)實(shí)施例中，在根據(jù)本發(fā)明的方法來組裝包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件的物品時(shí)，可調(diào)節(jié)約束金屬部件的寬度，以優(yōu)化帶凸緣金屬構(gòu)件和陶瓷構(gòu)件兩者的熱膨脹特性之間的匹配。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的那樣，所采用的銅焊化合物的量應(yīng)當(dāng)足以在第一銅焊化合物的情況下在金屬物品和約束金屬部件之間，以及在第二銅焊化合物的情況下在帶凸緣金屬物品的帶凸緣部分和陶瓷物品之間產(chǎn)生堅(jiān)固的結(jié)合。在一些實(shí)施例中，施用到金屬物品或帶凸緣金屬物品上的第一銅焊化合物或第二銅焊化合物具有在大約0.0001英寸至大約0.05英寸的范圍中的厚度。例如，金銅焊化合物可施用到金屬物品上，并且具有在大約0. 001英寸至大約0. 005英寸的范圍中的厚度。在另一個(gè)實(shí)例中，施用到金屬物品上的金銅焊化合物具有大約0.002英寸的厚度?？砂锤鞣N物理形式來施用銅焊化合物。例如，除了別的以外，可將銅焊化合物作為箔、板條、線材、 膏、預(yù)成型件或漿來進(jìn)行施用。在一個(gè)實(shí)施例中，銅焊化合物是瞬態(tài)液相(TLP)銅焊化合物。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明采用第一銅焊化合物和第二銅焊化合物，它們中的各個(gè)均是TLP銅焊化合物。在其中必須在本發(fā)明提供的物品中產(chǎn)生多個(gè)銅焊接頭以及其中在相同或不同的銅焊溫度下以單獨(dú)的銅焊步驟來產(chǎn)生銅焊接頭的情況下，使用TLP銅焊化合物可為有利的。在備選實(shí)施例中，本發(fā)明提供一種制備包括在單個(gè)加熱循環(huán)中形成的多個(gè)銅焊接頭的帶凸緣金屬物品的方法。參照圖1，其顯示了用于制造本發(fā)明的金屬凸緣的工藝流程圖(步驟1-3)，其包括步驟I :將第一銅焊化合物施用到鎳合金管的外部端部部分上。然后，在步驟2中，將鑰線材纏繞在步驟I中用第一銅焊化合物處理過的管的節(jié)段的周圍。然后在步驟3中，對管、第一銅焊化合物和鑰線材的組件進(jìn)行熱處理和冷卻而形成金屬凸緣。該圖進(jìn)一步示出了用于制備包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件的物品的方法(步驟1-6)。因而，在步驟1-3之后，在步驟4中，將第二銅焊化合物設(shè)置在暴露的管端(帶凸緣金屬物品的帶凸緣部分)上，并且在步驟5中，使陶瓷物品與第二銅焊化合物接觸，以在金屬凸緣和陶瓷物品之間形成連接。最后，在步驟6中，對帶凸緣金屬物品、第二銅焊化合物和陶瓷物品的組件進(jìn)行熱處理和冷卻，以在它們之間實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固的接頭，并且提供包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件的制成品。圖2是本發(fā)明提供的組件8的橫截面圖的示意圖。不存在凸緣，因?yàn)閳D2表示加熱之前的組件。組件8包括金屬物品14、設(shè)置在金屬物品14的端部部分16上的第一銅焊化合物18，以及纏繞在金屬物品的端部部分的周圍且接觸第一銅焊化合物的一定長度的約束金屬部件20。圖3顯示了金屬缸體的示意圖，待使用本發(fā)明的方法來修改該金屬缸體而產(chǎn)生帶凸緣金屬物品。如在圖2中那樣，不存在凸緣，因?yàn)閳D表示在熱處理和形成凸緣之前的本發(fā)明的組件。在一些實(shí)施例中，金屬物品14是鎳合金管，第一銅焊化合物18是金銅焊化合物，而約束金屬部件20是鑰線材，其中，鑰線材纏繞在具有內(nèi)表面22和管頂表面24的管的周圍。在圖3中顯示的實(shí)施例中，在管頂表面24和包括約束金屬部件20的組件的被包裹部分的頂部之間存在間隔26。在某些實(shí)施例中，使間隔26保持盡可能地小，以便最大程度地減少不接觸約束金屬部件和銅焊化合物的管的部分。最大程度地減小間隔26可幫助在將管的頂部部分連結(jié)到陶瓷物品上時(shí)減少變形和/或裂紋的形成。
圖4是顯示了本發(fā)明提供的帶凸緣圓柱形金屬物品10的橫截面圖的示意圖。顯示了約束金屬部件20在金屬物品14的端部部分16的周圍纏繞多次，其中，第一銅焊化合物18設(shè)置在端部部分上，使得第一銅焊化合物18接觸物品14的外表面和約束金屬部件20兩者。
現(xiàn)在參照圖5，圖表示由金屬缸體14制成的帶凸緣金屬物品10，已經(jīng)使用本發(fā)明的方法來修改該金屬缸體14而產(chǎn)生帶凸緣金屬物品。纏繞有約束金屬部件20且與第一銅焊化合物18接觸的缸體14的端部部分16包括在對缺乏帶凸緣部分的金屬缸體、第一銅焊化合物18和約束金屬部件20的組件進(jìn)行熱處理之后形成的凸緣28。如所提到的那樣，金屬缸體比約束金屬部件20有更大程度的膨脹，并且在加熱步驟期間與約束金屬部件密切配合地接觸。在冷卻之后，在金屬缸體和約束金屬部件20之間的密切接觸阻止與第一銅焊化合物和約束金屬部件接觸的金屬缸體的部分收縮，并且導(dǎo)致凸緣28 (也稱為擴(kuò)張端部部分28)的形成?，F(xiàn)在，參照圖6，該圖顯示了本發(fā)明提供的、包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件12上的帶凸緣金屬構(gòu)件10的物品32的橫截面圖的示意圖。在所顯示的實(shí)施例中，通過在帶凸緣金屬物品的頂表面24和陶瓷物品12之間施用第二銅焊化合物30來將帶凸緣金屬物品連結(jié)到陶瓷物品12上。帶凸緣金屬物品10可具有相容的形狀和大小，以連結(jié)到陶瓷物品12上。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，帶凸緣金屬物品10與同心陶瓷缸體結(jié)合起來而存在。圖7顯示了本發(fā)明提供的、包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件12上的帶凸緣金屬構(gòu)件10的物品34的橫截面圖的示意圖。在所顯示的實(shí)施例中，包括包含多層約束金屬部件20的帶凸緣部分的帶凸緣金屬物品通過設(shè)置在帶凸緣金屬物品的頂表面24和陶瓷構(gòu)件12之間的第二銅焊化合物30來連結(jié)到陶瓷物品12上。圖8示出了本發(fā)明提供的、包括連結(jié)到陶瓷物品12上的帶凸緣金屬物品10的物品36。在圖7中示出的實(shí)施例中，帶凸緣金屬物品10包括凸緣28、第一銅焊化合物18，以及纏繞在已經(jīng)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例經(jīng)受熱處理和凸緣的形成的起始金屬物品14的第一部分的周圍的約束金屬部件20。在一個(gè)實(shí)施例中，第一銅焊化合物18和第二銅焊化合物30可包含金基銅焊材料，并且可通過銅焊中采用的一種或多種連結(jié)技術(shù)來連結(jié)到金屬物品14上?？赏ㄟ^諸如包覆、裱糊、焊接、鍍覆、淀積、鑄造、機(jī)械附連或熱噴涂技術(shù)的各種各樣的方法來將銅焊化合物直接設(shè)置在金屬物品14的表面上。使用第二銅焊化合物30來將帶凸緣金屬構(gòu)件10連結(jié)到陶瓷構(gòu)件12上，并且第二銅焊化合物30可幫助適應(yīng)由于帶凸緣金屬構(gòu)件、第二銅焊化合物和陶瓷構(gòu)件的組件的熱處理而引起的機(jī)械應(yīng)變。第一銅焊化合物18和第二銅焊化合物30可為相同或不同的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，第一銅焊化合物18和第二銅焊化合物30能夠在惡劣的環(huán)境中運(yùn)行，例如其中銅焊接頭同時(shí)暴露于一種或多種腐蝕性化學(xué)物質(zhì)(例如水和硫化氫氣體的氣態(tài)混合物)和高溫(例如500°C)的環(huán)境。這樣的環(huán)境在本文中有時(shí)稱為惡劣的熱化學(xué)環(huán)境。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，可采用各種額外的層。例如，可將額外的金屬層設(shè)置在起始金屬物品的端部部分、銅焊化合物或包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件的帶凸緣物品的陶瓷構(gòu)件上。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件的物品，其中，在第二銅焊化合物和陶瓷構(gòu)件之間設(shè)置金屬中間層。這種金屬中間層可促進(jìn)帶凸緣金屬構(gòu)件與陶瓷構(gòu)件的連結(jié)。這樣的額外的金屬層的適當(dāng)?shù)脑窗ń饘俨?、涂層和粉末。在一個(gè)實(shí)施例中，額外的金屬層包含鑰和鎂，并且可通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的一種或多種技術(shù)來結(jié)合到本發(fā)明提供的物品中。在一個(gè)實(shí)施例中，在本發(fā)明提供的物品中結(jié)合額外的層，以便促進(jìn)特別的一個(gè)或多個(gè)表面的濕潤。例如，可采用包含鎳的濕潤層來增強(qiáng)第二銅焊化合物的連結(jié)相容性?？赏ㄟ^例如電鍍技術(shù)和無電鍍覆技術(shù)(例如無電鎳鍍)來制備適當(dāng)?shù)臐駶檶印Ａ硗?，可將各種保護(hù)涂層設(shè)置在銅焊化合物的上面。在一個(gè)實(shí)施例中，將保護(hù)涂層施用到第二銅焊化合物30(圖8)的暴露部分上，以便保護(hù)帶凸緣金屬構(gòu)件和陶瓷構(gòu)件之間的接頭不發(fā)生熱化學(xué)環(huán)境退化。實(shí)例材料使用具有5英寸的直徑和0. 25英寸的壁厚的脆性低膨脹氧化鋁管道作為陶瓷構(gòu)件。待直接與陶瓷構(gòu)件連結(jié)的高膨脹金屬物品是直 徑大致相同(5英寸)的0.035英寸厚的因科鎳合金 625管道。使用具有0.015英寸的直徑的30英尺長的鑰線材(Rembar公司)作為約束金屬部件，并且使用具有0. 002英寸的厚度、0. 5英寸的寬度和16英寸的長度的99. 99%的金箔(威廉姆斯高級材料公司(Williams AdvancedMaterials))作為第一銅焊化合物。使用PAIXUSIL 10 (摩根技術(shù)陶瓷-唯思古金屬分公司(Morgan TechnicalCeramics-Wesgo Metals Division))作為第二銅焊化合物。實(shí)例I :制備帶凸緣金屬物品將具有大約0. 035英寸的厚度的因科鎳合金 625片材卷成圓柱形形狀，并且對其進(jìn)行縫焊，以產(chǎn)生具有大約4. 85英寸的直徑的管道。將金屬塞插入管道的端部中，以保持管道的圓度，以及在可旋轉(zhuǎn)軸線的周圍提供支承。將金箔第一銅焊化合物點(diǎn)焊到管道的端部部分的外表面上。用手將具有0. 015英寸的直徑的30英尺長的鑰線材纏繞在金箔第一銅焊化合物的頂部上。在管道的周圍產(chǎn)生多圈鑰線材，使得各圈(或匝)接近或接觸相鄰的圈，以及接觸第一銅焊化合物。然后將鑰線材的端部絞在一起，以使圈保持就位，并且將產(chǎn)生的組件置于真空加熱爐中，并且將該組件加熱到1107°C的溫度達(dá)一分鐘，以形成帶凸緣金屬物品。當(dāng)使用金基銅焊化合物時(shí)，這種加熱規(guī)程是典型的。帶凸緣金屬物品在凸緣的區(qū)域中和凸緣的區(qū)域的周圍展現(xiàn)均勻的銅焊化合物流。在熱處理時(shí)，管道比鑰線材有更大程度的膨脹，并且與鑰線材密切配合地接觸。在冷卻之后，鑰線材約束管道的端部部分，并且阻止管道的端部部分收縮回其原來的形狀和大小，因此管道的端部部分則轉(zhuǎn)變成例如圖4中顯示的金屬凸緣。使用坐標(biāo)測量機(jī)(CMM)來測量產(chǎn)生的管道的變形。用坐標(biāo)測量機(jī)獲得的結(jié)果的分析認(rèn)為，0. 04英寸厚的鑰線材對于結(jié)合這個(gè)實(shí)例中使用的0.035英寸厚的金屬物品的約束金屬部件來說可為最佳厚度。另夕卜，結(jié)果認(rèn)為，使用0. 04英寸厚的鑰線材作為約束金屬部件將允許在產(chǎn)生的凸緣和氧化鋁陶瓷構(gòu)件的熱膨脹特性之間有更好的匹配。實(shí)例2 具有0. 035英寸的厚度和大約5英寸的直徑的三個(gè)因科鎳合金@625管道被用金第一銅焊化合物處理、被纏繞0. 04英寸厚的鑰線材，以及如在實(shí)例I中經(jīng)熱處理，以提供三個(gè)帶凸緣金屬物品。將第二銅焊化合物(PAIXUSIL-10)施用到三個(gè)帶凸緣金屬物品中的各個(gè)的帶凸緣部分的頂表面(參見例如圖5的元件24)上。然后使各自具有與帶凸緣金屬物品的帶凸緣部分大致相同的直徑和厚度的三個(gè)氧化鋁陶瓷管道接觸三個(gè)帶凸緣金屬物品中的各個(gè)，使得第二銅焊化合物接觸帶凸緣金屬物品和陶瓷管道兩者。然后根據(jù)以下加熱規(guī)程725°C /3小時(shí)、830°C /I分鐘和881°C /I分鐘，在真空下加熱帶凸緣金屬物品、第二銅焊化合物和陶瓷管道的組件，以將陶瓷管道連結(jié)到帶凸緣金屬物品上，以及獲得包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件上的帶凸緣金屬構(gòu)件的制成品。在鑰線材和因科鎳合金625管道之間的含金的銅焊接頭未受這個(gè)第二加熱步驟的干擾，因?yàn)榈诙~焊化合物(PALCUSIL-10)在足夠低的溫度下有效地將陶瓷管道連結(jié)到帶凸緣金屬物品上，使得第一銅焊化合物在第二加熱規(guī)程期間沒有流動(dòng)。對三個(gè)制成品中的各個(gè)進(jìn)行拉伸測試。因而在因科鎳合金625管道的端部部分上施加拉伸載荷。記錄了 3635英尺-磅(物品I)、14898英尺-磅(物品2)和14414英尺-磅(物品3)的極限拉伸載荷。在銅焊化合物中直接觀察到因?yàn)樵谔沾晒艿罉?gòu)件和帶凸緣因科鎳合金625管道構(gòu)件的連結(jié)表面之間的 第二銅焊化合物的覆蓋范圍不足的原因引起的第一零件的失效。在物品2和物品3的情況下，觀察到發(fā)生了在PAIXUSIL-10銅焊接頭的附近的陶瓷破裂引起的失效。一些陶瓷材料在失效之后在因科鎳合金625凸緣上保持完好，這表明銅焊接頭的強(qiáng)度超過了接頭附近的陶瓷管道的強(qiáng)度。比較性實(shí)例I :在約束金屬部件的情況下進(jìn)行銅焊作為控制實(shí)驗(yàn)，在沒有約束金屬部件的情況下，將像實(shí)例I和2中采用的那個(gè)一樣的因科鎳合金625管道銅焊到陶瓷管道上，以及因此，陶瓷管道在銅焊熱處理期間失效。這個(gè)結(jié)果符合預(yù)計(jì)在銅焊步驟期間在陶瓷中引起的應(yīng)力將超過陶瓷的強(qiáng)度的分析。比較性實(shí)例I的結(jié)果與實(shí)例2中獲得的結(jié)果截然相反，在實(shí)例2中，物品的陶瓷部分在室溫下的殘余應(yīng)力足夠地低，以允許在陶瓷失效之前添加顯著的額外拉伸載荷。雖然參照實(shí)例、比較性實(shí)例和示例性實(shí)施例來描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，可作出各種改變，并且等效元件可代替用來描述本發(fā)明的聲明的元件，而不偏離發(fā)明人構(gòu)思的本發(fā)明的范圍。另外，可對本發(fā)明的教導(dǎo)作出修改，以使其適于特定的應(yīng)用，而不偏離發(fā)明人構(gòu)思的本發(fā)明的范圍。因此，意圖的是本發(fā)明不限于公開的用于執(zhí)行本發(fā)明的實(shí)施例，而是本發(fā)明包括落在意圖的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。本書面描述使用實(shí)例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這樣的其它實(shí)例具有不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這樣的其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語言無實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則它們意圖處于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制造帶凸緣金屬物品(10)的方法，所述方法包括 (a)將第一銅焊化合物(18)施用到金屬物品(14)的第一部分(16)上； (b)用一定長度的約束金屬部件(20)纏繞所述金屬物品的所述第一部分(16);以及 (c)將所述金屬物品(14)、所述約束金屬部件(20)和所述第一銅焊化合物(18)的組件加熱到高于所述銅焊化合物的固相線溫度的溫度，以提供帶凸緣金屬物品(10)， 其中，所述金屬物品(14)具有熱膨脹系數(shù)CTE 1，所述約束金屬部件(20)具有熱膨脹系數(shù)CTE 2，并且CTE I大于CTE 2。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，CTEI比CTE 2大至少10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述金屬物品包含一種或多種超合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述超合金選自由鎳基超合金、鐵基超合金、鈷基超合金和前述中的兩種或更多種的組合組成的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述金屬物品(10)是缸體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述第一銅焊化合物(18)選自由金基銅焊化合物、銅基銅焊化合物、銀基銅焊化合物、鉬基銅焊化合物、鈀基銅焊化合物、鈦基銅焊化合物、釩基銅焊化合物、鎳基銅焊化合物和它們的組合組成的組。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述約束金屬部件(20)選自由鉿部件、鋯部件、鉻部件、鎳部件、鐵部件、鑰部件、鈮部件和前述中的兩種或更多種的組合組成的組。
8.一種帶凸緣物品(36)，包括 (a)連結(jié)到陶瓷構(gòu)件(20)上的帶凸緣金屬構(gòu)件(10)，其中，用鑰線材(20)纏繞所述帶凸緣金屬構(gòu)件(10)，并且其中，所述帶凸緣金屬構(gòu)件包含鎳、鐵、鈷和鉻中的一種或多種；以及 (b)與所述帶凸緣金屬構(gòu)件(10)以及所述鑰線材(20)的表面接觸的第一銅焊化合物(18)， 其中，所述帶凸緣金屬構(gòu)件(10)具有熱膨脹系數(shù)CTE 1，所述鑰線材具有熱膨脹系數(shù)CTE 2，并且CTE I比CTE 2大至少100%。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶凸緣金屬物品(36)，其特征在于，所述帶凸緣金屬構(gòu)件(10)包括多層所述鑰線材(20)。
10.一種制造包括連結(jié)到陶瓷構(gòu)件(12)上的帶凸緣金屬構(gòu)件(10)的物品(36)的方法，所述方法包括 (a)將第一銅焊化合物(18)施用到金屬物品的第一部分(16)上； (b)用一定長度的約束金屬部件(20)纏繞所述金屬物品的所述第一部分； (c)將所述金屬物品(10)、所述約束金屬部件(20)和所述第一銅焊化合物(18)的組件加熱到高于所述第一銅焊化合物(18)的固相線溫度的溫度，以提供帶凸緣金屬物品(36)，其中，所述金屬物品(14)具有熱膨脹系數(shù)CTE 1，所述約束金屬部件(20)具有熱膨脹系數(shù)CTE 2，并且CTE I大于CTE 2 ； (d)使所述帶凸緣金屬物品(36)的帶凸緣部分(10)與第二銅焊化合物(30)和陶瓷物品(12)接觸，使得所述第二銅焊化合物設(shè)置在所述金屬物品的所述帶凸緣部分和所述陶瓷物品之間；以及 (e)將所述帶凸緣金屬物品、所述第二銅焊化合物和所述陶瓷物品的組件加熱到高于所述第二銅焊化合物的固相線溫度的溫度，以提供包括連結(jié)到所述陶瓷構(gòu)件上的所述帶凸緣金屬構(gòu)件的所述 物品。
全文摘要
本發(fā)明涉及受約束的金屬凸緣及其制造方法。本發(fā)明提供一種制造帶凸緣金屬物品的方法。該方法包括(a)將第一銅焊化合物施用到金屬物品的第一部分上；(b)用一定長度的約束金屬部件纏繞金屬物品的第一部分；以及(c)將金屬物品、約束金屬部件和第一銅焊化合物的組件加熱到高于第一銅焊化合物的固相線溫度的溫度，即典型地在大約300℃至大約2500℃的范圍中的溫度，以提供帶凸緣金屬物品，其中，金屬物品具有熱膨脹系數(shù)CTE 1，約束金屬部件具有熱膨脹系數(shù)CTE 2，并且CTE 1大于CTE 2。本發(fā)明進(jìn)一步提供一種金屬凸緣，它最大程度地減小高膨脹金屬和低膨脹脆性材料之間的熱膨脹失配。
文檔編號B23K31/02GK102672357SQ20121005033
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月22日
發(fā)明者D·M·利普金, J·D·范達(dá)姆, K·K·丹尼克, K·S·哈蘭, M·S·彼得森二世 申請人:通用電氣公司