[發明專利]受約束的金屬凸緣及其制造方法

有效

• 申請號: 201210050337.4
• 申請日: 2012-02-22
• 公開（公告）號: CN102672357A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: J·D·范達姆;K·K·丹尼克;K·S·哈蘭;D·M·利普金;M·S·彼得森二世
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B23K31/02
• 分類號: B23K31/02;B23K35/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;傅永霄

技術領域

本發明涉及產生受約束的金屬凸緣的方法，其允許連結高膨脹金屬物品與低膨脹材料。另外，本發明涉及帶凸緣金屬物品和包括連結到陶瓷構件上的帶凸緣金屬構件的帶凸緣物品。

背景技術

在目前用來連結由不同的材料制成的兩個構件的組裝技術之中，可發現傳統的機械組裝，由于體積、重量、成本和/或不良的動態行為的原因，常常發現傳統的機械組裝是不適合的。已知使用銅焊來將不同材料的兩個零件組裝在一起。然而，這樣的技術往往難以用來將陶瓷構件連結到金屬構件上，因為兩種材料有非常不同的熱力學和物理化學屬性。例如，在陶瓷和金屬的熱膨脹系數之間的巨大差異可在包括連結到金屬構件上的陶瓷構件的物品中產生不合需要的殘余應力。這些應力可導致強度降低或導致有不密閉的接頭，并且可導致接頭失效。

陶瓷典型地是脆性的，并且具有較小的忍受溫度和其它機械應力源的突變的能力。為了形成包括直接連結到金屬材料上的陶瓷構件的物品，常用的連結技術要求兩種材料的熱膨脹特性恰當地匹配。在本領域中已知金屬-陶瓷銅焊接頭的開發。典型地，這種方法要求金屬構件具有與陶瓷的熱膨脹系數密切匹配的熱膨脹系數(CTE)。這個要求嚴重限制了可用的材料選擇。CTE良好地匹配的材料可展現不合需要的特性，例如難以處理、成本高、化學相容性不良、耐環境性不足，以及在處理期間對化學污染敏感。

因而，發現使得能夠將諸如陶瓷的脆性低膨脹材料連結到諸如金屬的高強度高膨脹材料上的新技術是非常合乎需要的。另外，將合乎需要的是，這樣的新技術能夠用來將大范圍的金屬連結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的物品之間的熱膨脹特性的巨大差異的負面影響。

發明內容

根據本發明的一方面，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CTE?1，約束金屬部件具有熱膨脹系數CTE?2，并且CTE?1大于CTE?2。

根據本發明的另一方面，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CTE?1，約束金屬部件具有熱膨脹系數CTE?2，并且CTE?1大于CTE?2。

根據本發明的另一方面，提供了一種帶凸緣物品，其包括：(a)連結到陶瓷構件上的帶凸緣金屬構件，其中，用鉬線材纏繞帶凸緣金屬構件，并且其中，帶凸緣金屬構件包含鎳、鐵、鈷和鉻中的一種或多種；以及(b)與帶凸緣金屬構件以及鉬線材的表面接觸的第一銅焊化合物，其中，帶凸緣金屬構件具有熱膨脹系數CTE?1，鉬線材具有熱膨脹系數CTE?2，并且CTE?1比CTE?2大至少100％。

根據本發明的另一方面，提供了一種制造包括連結到陶瓷構件上的帶凸緣金屬構件的物品的方法，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CTE?1，約束金屬部件具有熱膨脹系數CTE?2，并且CTE?1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，以提供包括連結到陶瓷構件上的帶凸緣金屬構件的物品。

根據以下詳細描述、附圖和所附權利要求，本發明的其它實施例、方面、特征與優點對本領域普通技術人員將變得顯而易見。

附圖說明

當參照附圖來閱讀以下詳細描述時，本發明的這些和其它特征、方面與優點將變得更好理解，在附圖中，相同符號在所有圖中表示相同部件，其中：

圖1是用于制造本發明的金屬凸緣的工藝流程圖。

圖2是在熱處理之前的本發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明的組件的示意圖。

圖4是在熱處理之后的本發明的金屬凸緣的橫截面圖的示意圖。