La liaison céramique-métal : cas du système procelaine/kovar

par Armando Zanchetta

Thèse de doctorat en Chimie. Chimie physique. Sciences des matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Pierre Lefort.

Soutenue en 1993

à Limoges , en partenariat avec Laboratoire de matériaux céramiques et traitements de surface (Limoges) (laboratoire) et de Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Kovar
• Collage céramique sur métal -- Thèses et écrits académiques
• Collage verre sur métal -- Thèses et écrits académiques
• Porcelaine -- Thèses et écrits académiques
• Alliages fer-nickel -- Thèses et écrits académiques
• Oxydation -- Thèses et écrits académiques
• Liaisons chimiques -- Thèses et écrits académiques
• Mouillage (chimie des surfaces) -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Cette étude a été consacrée à la recherche des conditions d'élaboration d'une liaison porcelaine/kovar solide et étanche à l'hélium. Après avoir vérifié l'absence de réactivité entre le kovar (Fe 54% - Ni 29% - Co 17%) et laporcelaine, on montre que leur adhésion peut être obtenue si l'alliage est préalablement oxydé. L'oxydation du kovar se produit dès 580°C et répond à une loi cinétique parabolique associée à une énergie d'activation de 125 kJ/mol. Elle forme une couche d'oxydes complexe et poreuse qui réagit avec la porcelaine au voisinage de sa température de cuisson donnant ainsi une liaison céramique-métal. Lors de la réalisation pratique, cette méthode directe a cependant du être abandonnée, car la température requise est élevée (1410°C) et l'écart dilatométrique entre porcelaine et kovar font naître aur refroidissement des contraintes que ne supporte pas le tesson. En revanche, un verre employé comme matériau d'interphase accomode mieux les contraintes mécaniques au cours de l'élaboration de la liaison. La réaction entre le verre et la couche d'oxyde recouvrant le kovar forme de la fayalite (Fe2SiO4) qui se dissout dans le verre, favorisant ainsi le mouillage du kovar et la continuité physico-chimique à l'interface (principalement en ce qui concerne les coefficients de dilatation). Dans une optique industrielle, on peut obtenir par ce procédé des liaisons porcelaine/verre/kovar solides, durables et étanches à l'hélium.

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