用于生產(chǎn)耐高溫復(fù)合主體的工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)耐高溫復(fù)合主體(2)的工藝，方法是在一個(gè)區(qū)域上將第一非金屬部分(10)經(jīng)由粘合焊料層(12)接合到由Mo、基于Mo的合金、W或基于W的合金組成的第二金屬部分(6)。此處，由所述第一部分(10)、第一Zr焊料和中間層組成的第一布置是首先在第一焊接步驟中焊接在一起的。得到的部分復(fù)合主體的第二布置、鄰接所述中間層和所述第二部分(6)的第二焊料隨后在第二焊接步驟中焊接在一起。所述中間層是由元素Ta、Nb和/或W中的至少一個(gè)以至少90原子％的程度形成的。所述第二焊料是精確地由Ti、基于Ti的焊料組合、基于V的焊料組合、Zr或基于Zr的焊料組合組成的組中的一種材料形成的并且經(jīng)選擇使得它在與所述第二布置中的所述第一Zr焊料相比的較低溫度下熔化。
【專利說明】用于生產(chǎn)耐高溫復(fù)合主體的工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)耐高溫復(fù)合主體的工藝并且還涉及一種耐高溫復(fù)合主體，在所述復(fù)合主體中第一非金屬部分經(jīng)由粘合焊料層接合到由Mo、基于Mo的合金、W或基于W的合金組成的第二金屬部分。
【背景技術(shù)】
[0002]此類耐高溫復(fù)合主體尤其是提供用于旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的生產(chǎn)。旋轉(zhuǎn)式X射線陽極在X射線管中使用用于生成X射線。具有此類旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的X射線儀器尤其是在成像診斷學(xué)的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中使用的。在使用中，電子從X射線管的陰極發(fā)射并且以集中的電子束的形式加速到旋轉(zhuǎn)式X射線陽極上。電子束的能量的主要部分被轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)式X射線陽極中的熱，而較少的部分作為X射線射線輻射。旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的旋轉(zhuǎn)抵消了局部過熱。
[0003]由于較高的熱應(yīng)力，旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的基底材料大體上由高熔點(diǎn)材料制成，所述材料應(yīng)該額外地具有良好的熱導(dǎo)率以便移除熱。此外，它應(yīng)該提供足夠的機(jī)械穩(wěn)定性，即使在高溫和高旋轉(zhuǎn)速度下也是如此。用于基底材料的合適的材料具體而言是鑰和基于鑰的合金(例如，TZM、MHC)，鎢或基于鎢的合金也是可能的。術(shù)語MHC在此背景下是指一種鑰合金，其具有按重量計(jì)的1.0到1.3%的Hf (Hf:鉿)含量、按重量計(jì)的0.05-0.12%的C含量，以及按重量計(jì)的小于0.06%的O含量，其余部分(除雜質(zhì)之外)是鑰。為了確保有效的熱輻射，接合到(通常通過焊接)其上方區(qū)域的基底主體的由非金屬材料制成的輻射主體有時(shí)提供在旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的基底主體的后側(cè)。用于輻射主體的合適的材料具體而言是具有良好的輻射特征、耐熱性和低重量的石墨。當(dāng)旋轉(zhuǎn)式X射線陽極將被設(shè)計(jì)為用于高輻射輸出時(shí)，旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的基底主體的強(qiáng)度和粘合到輻射主體的穩(wěn)定性和壽命必須滿足特別苛刻的要求，這是因?yàn)楦邷?、高溫梯度和高機(jī)械應(yīng)力(由于高旋轉(zhuǎn)速度)。
[0004]如同在【技術(shù)領(lǐng)域】中已知的，尤其高強(qiáng)度的Mo、基于Mo的合金(例如，TZM, MHC), W和基于W的合金可以通過成型獲得(例如，鍛造)。如果這些在成型步驟之后被熱到它們的再結(jié)晶溫度以上，那么它們的強(qiáng)度將減小(熱老化)。因此，必須確保在旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的生產(chǎn)中過量的加熱不會(huì)在成型步驟之后發(fā)生以便使基底主體的熱老化降至最低。另一方面，基底主體與輻射主體之間的焊接粘合必須是使用焊料產(chǎn)生的，這確保了即使在高使用溫度下的令人滿意的穩(wěn)定性。此外，焊接粘合必須滿足能夠承受出現(xiàn)在被接合的兩個(gè)部分之間的機(jī)械應(yīng)力的要求。此類機(jī)械應(yīng)力(其具有尤其作用在焊接粘合的平面中的力組分)的出現(xiàn)尤其是由于被接合的兩個(gè)部分的不同的熱膨脹系數(shù)，由于出現(xiàn)的高溫梯度和/或由于旋轉(zhuǎn)而作用的力。
[0005]在旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的領(lǐng)域中，正在研發(fā)并且已經(jīng)研發(fā)出了解決了在非金屬部分與由Mo、基于Mo的合金、W或基于W的合金組成的金屬部分之間必要的區(qū)域上的粘合方面中的可比較的問題的不同概念。另外，用于此類區(qū)域上的粘合的可比較問題還通常出現(xiàn)在X射線陽極(例如，靜態(tài)陽極)中，并且有時(shí)還出現(xiàn)在通常由上述材料組成的耐高溫的復(fù)合主體中。
[0006]US2002/0085678A1描述了用于將具有石墨板的鑰合金襯底接合到旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的工藝，其中在第一步驟中，借助于純金屬焊料將鑰合金片焊接到石墨板，并且在第二步驟中，使用特定的焊料合金將電鍍過的石墨襯底焊接到鑰合金襯底。合適的焊料合金據(jù)稱尤其是T1-Cr-Be合金(鈦-鉻-鈹合金)以及T1-Si合金(鈦-硅合金)。
[0007]US2011/0103553A1描述了用于生產(chǎn)X射線陽極的工藝，其中第一焊料層包括Nb-Ti合金，第二焊料層包括Nb或Nb合金，并且第三焊料層包括Zr，Zr是從包括鑰或鑰合金的基底材料開始朝向碳基底材料布置的，并且此布置是在一個(gè)步驟中在1730°C到1900°C的范圍內(nèi)的溫度下焊接的。JP2010-140879A描述了用于生產(chǎn)X射線陽極的工藝，其中第一焊料層由Ta-Ti合金組成，第二焊料層由Ta或Ta合金組成，并且第三焊料層由Zr組成，Zr是從由鑰或鑰合金組成的基底材料開始朝向石墨基底材料布置的，并且此布置是在一個(gè)步驟中在1750°C到1900°C的范圍內(nèi)的溫度下焊接的。在US2011/0103553A1和JP2010-140879A這兩者中，在每種情況下提供第二焊料層以便避免Zr和Mo的擴(kuò)散。在第一焊料層中，第二焊料層的材料(Nb或Ta)是與Ti合金化的，以便將第一焊料層的熔點(diǎn)設(shè)置在第二焊料層的相對(duì)較高的熔點(diǎn)與純Ti的相對(duì)較低的熔點(diǎn)之間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供耐高溫復(fù)合主體和生產(chǎn)此類耐高溫復(fù)合主體的工藝，其中第一非金屬部分經(jīng)由焊接粘合接合到由Mo、基于Mo的合金、W或基于W的合金組成的第二金屬部分，因而首先很大程度上防止了金屬部分的熱老化并且其次焊接粘合經(jīng)受了高溫、高溫梯度和兩個(gè)部分之間的高機(jī)械應(yīng)力。
[0009]所述目標(biāo)是通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝并且通過根據(jù)權(quán)利要求13所述的耐高溫復(fù)合主體實(shí)現(xiàn)的。在從屬權(quán)利要求中表明了本發(fā)明的有利的實(shí)施例。
[0010]本發(fā)明提供了用于生產(chǎn)耐高溫復(fù)合主體的工藝，方法是在一個(gè)區(qū)域上將第一非金屬部分經(jīng)由粘合焊料層接合到由Mo (Mo:鑰)、基于Mo的合金、W(W:鎢)或基于W的合金組成的第二金屬部分。所述工藝包括以下步驟:
[0011]A)按照此順序生產(chǎn)第一部分、第一 Zr焊料(Zr:鋯)和中間層的第一布置:
[0012]其中，中間層是由元素Ta (Ta:鉭)、Nb (Nb:銀)和/或W中的至少一種以至少90原子％的程度形成的，
[0013]B)在第一焊接步驟中以某種方式加熱第一布置使得Zr焊料而非中間層熔化并且獲得部分復(fù)合主體，
[0014]C)以此順序生產(chǎn)部分復(fù)合主體、鄰接中間層的第二焊料和第二部分，
[0015]其中第二焊料是精確地由T1、基于Ti的焊料組合、基于V的焊料組合、Zr或基于Zr的焊料組合組成的組中的一種材料形成的并且經(jīng)選擇使得它在與第二布置中的第一 Zr焊料相比的較低溫度下熔化，并且
[0016]D)以某種方式在第二焊接步驟中加熱第二布置，使得第二焊料而非從第一 Zr焊料中獲得的焊接粘合熔化。
[0017]本發(fā)明進(jìn)一步提供了已經(jīng)通過本發(fā)明的工藝制造的耐高溫的復(fù)合主體。另外，也可以在本發(fā)明的工藝中實(shí)現(xiàn)下文論述的一個(gè)或多個(gè)變體和實(shí)施例。[0018]第一 Zr焊料的使用帶來了與第一非金屬部分的良好的粘附，所述非金屬部分具體而言是由基于碳的材料(例如，石墨)形成的。由上述材料Ta、Nb和/或W組成的中間層有效地防止了元素穿過中間層的擴(kuò)散，所述中間層具有高熔點(diǎn)并且因此并不會(huì)在兩個(gè)焊接步驟期間熔化。具體而言，如果第一部分由基于碳的材料形成，那么防止了碳擴(kuò)散到第二金屬部分(例如，由Mo或Mo合金組成)中。另外，如果第二金屬部分由Mo或基于Mo的合金形成，那么中間層防止了由于擴(kuò)散和共熔物的形成而發(fā)生的Zr與第一 Zr焊料的混合以及Mo與第二部分的混合。具有相對(duì)較低的熔點(diǎn)的此類共熔物的形成是不希望的，尤其是在設(shè)計(jì)用于高使用溫度的復(fù)合主體的情況下。
[0019]由于所選擇的第二焊料是在第二布置中以與第一焊料相比的較低的溫度下熔化的材料，因此第二焊接步驟可以在與第一焊接步驟相比的較低的溫度下進(jìn)行。所主張的用于第二焊料的焊料材料具有(單獨(dú)的或結(jié)合鄰接的第二部分的)較低的熔點(diǎn)并且是尤其適合于產(chǎn)生中間層與第二金屬部分之間的承載粘合的。因?yàn)榈诙饘俨糠质莾H在執(zhí)行第二焊接步驟時(shí)加熱的(加熱到相對(duì)較低的溫度)，所以很大程度上避免了第二部分的熱老化。這在第二部分和/或牢固地接合到其上的一部分由成型材料組成時(shí)是特別有利的。
[0020]另外，在本發(fā)明的工藝中有利的是所述三層(或視情況也可為多層)粘合焊料層產(chǎn)生粘合，借助于所述粘合在第一部分與第二部分之間出現(xiàn)的應(yīng)力得到有效地耗散。這種耗散效應(yīng)尤其是在Ta和/或Nb被用作用于中間層的材料時(shí)獲得的。此處，特別優(yōu)選的是給定中間層以至少90原子％的Ta和/或Nb的程度形成，尤其是達(dá)到至少90原子％的單獨(dú)的Ta的程度或達(dá)到至少90原子％的單獨(dú)的Nb的程度。這是因?yàn)樵谶@些材料的情況下，所述中間層具有彈性并且有時(shí)在使用溫度下具有塑料特性，并且因此有效地使出現(xiàn)在兩個(gè)部分之間的應(yīng)力耗散，并且有時(shí)還修復(fù)形成在鄰接的焊料層中的裂縫。所述中間層優(yōu)選地以至少99原子％的Ta和/或Nb的程度形成，具體而言是達(dá)到精確的一種元素，即單獨(dú)的Ta或單獨(dú)的Nb的至少99原子％的程度。Nb是有利的因?yàn)樗^便宜并且較輕。當(dāng)中間層是基本上僅由具有非常高純度的一種元素形成時(shí)，彈性塑料特性是尤其顯著的。另一方面，可以通過進(jìn)一步的元素合金化(例如，最多10原子％，尤其是最多5原子％)以靶向方式獲得中間層的較高的強(qiáng)度。如果使用由W組成的中間層(即，達(dá)到至少90原子％的程度，尤其是達(dá)到至少99原子％的程度)，那么這會(huì)形成有效的擴(kuò)散屏障并且顯示出在較高的程度下甚至是在較高的使用溫度下能夠維持的較高的強(qiáng)度。
[0021]如同一開始所表明的，本發(fā)明的工藝尤其適合于在旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的生產(chǎn)過程中將由Mo、基于Mo的合金(尤其是TZM或MHC)、W或基于W的合金組成的金屬基底主體接合到尤其是由石墨制成的非金屬輻射主體。它尤其適合于將由TZM(或視情況的不同的基于Mo的合金，例如，MHC)組成的基底主體接合到由石墨組成的輻射主體。然而，在過去并且在未來的發(fā)展中，其他材料組合也已經(jīng)/也將要有可能用于旋轉(zhuǎn)式X射線陽極領(lǐng)域中的第一部分和第二部分。這是因?yàn)?，具有而言，其他材料將用于基底主體和/或用于輻射主體(例如，用于基底主體的純Mo、W或基于W的合金；用于輻射主體的碳纖維強(qiáng)化碳或碳纖維強(qiáng)化碳化硅)，因?yàn)樾D(zhuǎn)式X射線陽極的其他組件將由本發(fā)明的工藝接合(例如，在旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的主干的區(qū)域中)或者因?yàn)槠渌拍顚⒀邪l(fā)用于實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)式X射線陽極。在其他概念的情況下，發(fā)展涉及(以重量?jī)?yōu)化的視角)制作(例如)基于C的材料(例如，碳纖維強(qiáng)化的碳的材料)的旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的基底主體，或者是陶瓷的材料(例如，碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)、碳化硼(B4C)、碳纖維強(qiáng)化的碳化硅(C-SiC)或碳化硅纖維強(qiáng)化的碳化硅(SiC-SiC))的旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的基底主體，并且將考慮被直接焊接到其上的焦點(diǎn)軌道(例如，W或基于W的合金的，例如，鎢錸合金)，其中本發(fā)明的焊接工藝類似地能夠被采用用于此接合。作為一個(gè)替代方案，也可以首先借助于本發(fā)明的工藝按順序?qū)⒔饘俳雍喜糠?例如，由Mo或基于Mo的合金組成，例如，TZM或MHC)焊接到此類非金屬基底主體上，隨后將焦點(diǎn)軌道(例如，由W或基于W的合金組成)應(yīng)用到接合部分。另外，也可以采用本發(fā)明的工藝用于將此類非金屬基底主體接合到其他的金屬接合搭配物，例如在主干的區(qū)域中。
[0022]另外，通常本發(fā)明的工藝也可以在X射線陽極(例如，靜止陽極)的情況下采用，其中取決于所述實(shí)施例，由適合的材料組成的兩個(gè)部分之間的耐高溫粘合可以是類似地必需的。此外，還存在除旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的領(lǐng)域之外的應(yīng)用，其中在每種情況下所強(qiáng)調(diào)的材料的兩個(gè)部分是將要經(jīng)由耐高溫粘合接合到彼此的，并且因此可以采用本發(fā)明的工藝。
[0023]基于Mo或基于W的合金的表達(dá)是指分別包括至少50原子％的Mo或W的合金，尤其是分別包括至少90原子％的Mo或W的合金。具體而言，第二金屬部分是由Mo合金形成的，其中TZM是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的在旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的領(lǐng)域中尤其有用的Mo合金。另外，還頻繁地使用MHC?！敖雍显谝粋€(gè)區(qū)域上”是獨(dú)立于將要接合的表面是否是平坦的還是彎曲的?！澳透邷貜?fù)合主體”是指其中的焊接粘合能夠承受(具體而言)在1000-1600°C的范圍內(nèi)的溫度(在焊接粘合處局部盛行的)的復(fù)合主體，其中第一部分和/或第二部分也可以在使用期間處于較高溫度下(例如，在旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的情況下，在焦點(diǎn)軌道的區(qū)域中最多2500°C的溫度是常見的)。
[0024]術(shù)語Zr焊料(在第一焊料的情況下并且也在第二焊料的情況下)是指基本上(具體而言)由達(dá)到至少90原子％的程度的純Zr組成的焊料。此處，必須考慮的是通常習(xí)慣上使用的Zr焊料具有通常以最多5原子％的量存在的相對(duì)較高的比例的雜質(zhì)或添加劑(例如，Hf ;Hf:鉿)。舉例來說，2.35原子％的Hf的含量是常見的。表達(dá)“焊料組合”是指其中所涉及的元素已經(jīng)作為合金或精細(xì)地混合的糊狀物(具有液體粘合劑相的金屬粉末)存在的變體，以及其中焊料組合是由兩個(gè)或兩個(gè)以上箔片或不同組成的單獨(dú)的層(尤其是通過箔片或?qū)?yīng)的單獨(dú)的元素的單獨(dú)的層)形成的變體。另外，如同在所述【技術(shù)領(lǐng)域】中已知的，所述(第一或第二)焊料可以尤其作為箔片、作為金屬層(借助于涂層工藝，例如CVD、等離子噴灑等來施加)或作為糊狀物來施加。就第二焊料而言，基于T1、基于V或基于Zr的焊料組合是指以至少50原子％的比例含有所涉及的元素(即，T1、V或Zr)的焊料。所述第二焊料優(yōu)選地由一種或至多兩種元素(除可以形成最大5原子％的比例的雜質(zhì)或添加劑之外)精確地形成。出于本發(fā)明的目的，Ti焊料是基本上由(具體而言)至少95原子％的程度的純Ti組成的焊料。如果基于V或基于Zr的焊料組合被用作第二焊料，那么所述焊料組合的第二(并且優(yōu)選地僅有的其他)組分優(yōu)選的是Ti。這引起了第二焊料組合的相對(duì)較低的熔點(diǎn)。所選擇的用于第二焊料的材料是(尤其在所主張的變體中)具有比第一焊料低的熔點(diǎn)的材料。如同所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的，這可以借助于二元或三元相圖來確定。第二焊料還單獨(dú)地可視情況具有與第一焊料相比較高的較高熔點(diǎn)或相同的熔點(diǎn)，其中所述較低的熔點(diǎn)是由于僅與第二部分接觸并且視情況還與中間層接觸引起的，因此在焊接期間由于擴(kuò)散的發(fā)生引起了熔點(diǎn)的降低并且第二焊料從接觸區(qū)域的側(cè)面熔化。這是(例如)關(guān)于Zr焊料和基于Zr的焊料組合的情況，所述組合形成了具有與Mo (來自第二部分)相比的較低的熔點(diǎn)。在第二焊接步驟(步驟D))期間的加熱步驟中，加熱僅僅進(jìn)行到相對(duì)較低的溫度的和/或僅進(jìn)行相對(duì)較短的時(shí)間，以便僅使第二焊料而非第一焊料熔化。
[0025]所述第一部分和第二部分視情況還可以是較大組件或較大總成的部分。本發(fā)明的粘結(jié)焊料層優(yōu)選地是由三個(gè)層(第一焊料、中間層、第二焊料))精確地形成的。原則上存在進(jìn)一步的層也提供在所述第一部分與第二部分之間的可能性。
[0026]在另一實(shí)施例中，在第二焊接步驟中達(dá)到的最大熔爐溫度至少低于在第一焊接步驟中達(dá)到的最大熔爐溫度100°c。以此方式，有效地避免了第二部分的熱老化。具體而言，溫度差在200°C (包括在內(nèi))到400°C (包括在內(nèi))的范圍內(nèi)，由于該溫度差此有利效應(yīng)得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化。可以將該溫度差選擇為多高(或者在相應(yīng)的焊接步驟中必須設(shè)置怎樣的最低溫度)取決于所使用的相應(yīng)的焊料。出于本發(fā)明的目的，“最大熔爐溫度”是指達(dá)到貫穿溫度輪廓的最大熔爐溫度(其通常維持5-10分鐘的時(shí)間)。在一個(gè)實(shí)施例中，在第一焊接步驟中設(shè)置在1800°C (包括在內(nèi))到2000°C (包括在內(nèi))的范圍內(nèi)的最大熔爐溫度，具體而言是在1900°C (包括在內(nèi))到1980°C (包括在內(nèi))的范圍內(nèi)，并且在第二焊接步驟中設(shè)置在1550°C (包括在內(nèi))到1720°C (包括在內(nèi))的范圍內(nèi)的最大熔爐溫度，具體而言是在1550°C (包括在內(nèi))到1650°C (包括在內(nèi))的范圍內(nèi)。取決于用于第二焊料的焊料材料，在(例如)1620°C (+/-1O0C )的區(qū)域內(nèi)的，視情況還為1550°C (+/-10°C )的最大熔爐溫度在第二焊接步驟中是可能的。此最大熔爐溫度優(yōu)選地還維持在預(yù)定的時(shí)間段內(nèi)，具體而言是在3到20分鐘的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在5到10分鐘的范圍內(nèi)。通常，隨后可以假定熔化的相應(yīng)的焊料基本上達(dá)到此最大熔爐溫度。
[0027]在一個(gè)實(shí)施例中，第二焊料的材料經(jīng)選擇使得在第二布置中它具有在1550°C (包括在內(nèi))到1680°C (包括在內(nèi))的范圍內(nèi)的熔點(diǎn)，具體而言是在1600°C (例如，T1-V焊料組合)到1670°C (例如，Ti焊料)的范圍內(nèi)的。因此，可以選擇第二焊接步驟中的溫度從而使其相應(yīng)地較低并且可以避免第二部分的熱老化。如果相應(yīng)的焊料是由焊料組合形成的，那么由所涉及的焊料組成給出的熔點(diǎn)(根據(jù)相圖)在原則上被視作是決定性的，無論其中此焊料組合存在的形式(例如，作為合金、作為糊狀物、作為單獨(dú)的箔片等)如何。甚至當(dāng)焊料組合是作為單獨(dú)的箔片存在時(shí)，可以假定由于擴(kuò)散效應(yīng)此組成區(qū)域首先建立在介面處并且焊料組合從所述界面中熔化。此外，取決于焊料并且取決于鄰接焊料的材料，由于擴(kuò)散效應(yīng)在此介面的區(qū)域中也可以出現(xiàn)熔點(diǎn)降低。具體而言，在Zr焊料的情況下并且在基于Zr的焊料組合的情況下，需要靠的是它結(jié)合Mo形成了共熔物。因此，由于擴(kuò)散效應(yīng)，通過用由Mo或基于Mo的合金組成的部分接觸焊料獲得了與單獨(dú)焊料的熔點(diǎn)相比較低的熔點(diǎn)(通常是共熔物的熔點(diǎn))。
[0028]在一個(gè)實(shí)施例中，第二焊料是由以下焊料中的一個(gè)精確地形成的:
[0029]-Ti 焊料，
[0030]-T1-V焊料組合，
[0031]-Zr焊料或
[0032]-Zr-Ti 焊料組合。
[0033]通過這些焊料組合可以獲得尤其低的熔點(diǎn)，如同下文詳細(xì)描述的。從而可以很大程度上避免第二金屬部分的熱老化。在每種情況下二元焊料組合在液體狀態(tài)下具有完全的溶解度，這對(duì)于執(zhí)行焊接而言是有利的。另外，這些焊料尤其適合于到第二金屬部分的可靠的粘合。當(dāng)?shù)诙噶嫌蒚1-V焊料組合形成時(shí)這些有利特性是以特定的程度獲得的。這是因?yàn)門i和V的二元系統(tǒng)具有最小的熔點(diǎn)，因此可以獲得低于純Ti的情況下的熔點(diǎn)。具體而言，T1-ν焊料組合具有從12原子％ (包括在內(nèi))到50原子％ (包括在內(nèi))的比例的V，其余的部分是Ti。T1-V焊料組合的V含量尤其是在20原子％ (包括在內(nèi))到40原子％(包括在內(nèi))的范圍內(nèi)。特別優(yōu)選的是T1-V焊料組合中的V含量為精確的31原子％或在31原子％的區(qū)域內(nèi)(例如，+/-4原子％)，這對(duì)應(yīng)于二元系統(tǒng)的最小熔點(diǎn)。
[0034]另外，本發(fā)明的工藝使在將中間層接合到第一部分之后對(duì)將要進(jìn)行的中間層的(自由)表面的后續(xù)工作成為可能。在一個(gè)實(shí)施例中，部分復(fù)合主體的中間層的表面是在第一焊接步驟之后并且在第二布置的生產(chǎn)之前機(jī)械和/或化學(xué)加工的，其中機(jī)械加工是尤其優(yōu)選的。以此方式，在第一焊接步驟(其在相對(duì)較高的溫度下進(jìn)行)期間可以使用穩(wěn)定的中間層。因此，有效地避免了在第一焊接步驟中可能出現(xiàn)的不希望的變形或失真。隨后可以將中間層減小到希望的厚度或希望的厚度輪廓。具體而言，可以按靶向方式設(shè)置由中間層提供的局部壓力耗散效應(yīng)。舉例來說，可以在焦點(diǎn)軌道的區(qū)域中設(shè)置與在剩余的區(qū)域中不同的厚度。作為一個(gè)替代方案或此外，也可以引入希望的構(gòu)造，例如，以增大第二焊料的粘附。在一個(gè)實(shí)施例中，以某種方式對(duì)部分復(fù)合主體的中間層的表面進(jìn)行機(jī)器加工，使得它在第一焊接步驟之后并且在第二布置的生產(chǎn)之前具有至少兩個(gè)不同的水平。舉例來說，在旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的情況下可以將具有恒定的較低水平的環(huán)形凹口機(jī)器加工到中間層中。取決于中間層的總厚度，所述水平差異可以是(例如)在0.2到0.8mm的范圍內(nèi)。具體而言，至少一個(gè)水平差異的階梯狀配置是優(yōu)選的。以此方式，在將要結(jié)合的第二金屬部分的所述部分的區(qū)域的適合的成形的情況下除粘合劑粘合之外還可以提供正向鎖定，這可以進(jìn)一步增加使用中的穩(wěn)定性(尤其是在徑向方向上)。在后面的情況中，優(yōu)選的是插入在所述中間層與第二金屬部分之間的至少一個(gè)焊料箔片也是適當(dāng)?shù)胤殖啥鄠€(gè)部分焊料箔片的，以便形成中間層的對(duì)應(yīng)的邊緣與第二金屬部分可能的對(duì)應(yīng)的邊緣的良好的嚙合。
[0035]在一個(gè)實(shí)施例中，中間層的平均厚度在100 μ m(包括在內(nèi))到2000 μ m(包括在內(nèi))的范圍內(nèi)。尤其在600μπι的區(qū)域中的層厚度下已經(jīng)獲得了良好的結(jié)果，此區(qū)域(+/-50 μ m)出于成本原因也是有利的。當(dāng)Nb和/或Ta被用作中間層的主要組分時(shí)，由于在所討論的使用溫度下的其彈性塑料特性，有利的是此中間層為相對(duì)較厚的(例如，從1200 μ m(包括在內(nèi))到2000 μ m(包括在內(nèi))的范圍也是可能的)，以便在第一部分與第二部分之間獲得尤其良好的壓力耗散功能。如果引起材料的移除的中間層的加工是在第一焊接步驟之后進(jìn)行的，那么上述厚度是指中間層的減小的(視情況為平均的)層厚度。在加工之前中間層的層厚度具體而言是相應(yīng)地較大的，例如在350 μ m(包括在內(nèi))到3000μπι(包括在內(nèi))的范圍內(nèi)。如果中間層的加工是在第一焊接步驟之后進(jìn)行的，那么在(起始于)1000 μ m的層厚度的區(qū)域中可以獲得尤其良好的結(jié)果，出于成本原因此區(qū)域(+/-50 μ m)也是有利的。通常，當(dāng)規(guī)定層厚度時(shí)(在焊接之前或之后)，這些是指沿垂直于所涉及的層延伸的橫截面測(cè)量的厚度(該橫截面尤其是沿在旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的情況下的徑向方向延伸的)。如果層厚度在所涉及的橫截面上發(fā)生變化，那么采用均勻地分布在沿橫截面的層輪廓上的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的算術(shù)平均值對(duì)其進(jìn)行平均。
[0036]在一個(gè)實(shí)施例中，第一焊料的平均厚度在80 μ m(包括在內(nèi))到500 μ m(包括在內(nèi))的范圍內(nèi)，其中250μπι(+/-50μπι)的區(qū)域內(nèi)的厚度是尤其合適的。在一個(gè)實(shí)施例中，第二焊料的平均厚度在30μπι(包括在內(nèi))到400μπι(包括在內(nèi))的范圍內(nèi)，其中180 μ m(+/-50 μ m)的區(qū)域內(nèi)的厚度是尤其合適的。這些厚度是指在焊接步驟之前在糊狀物的情況下取決于組成可以獲得的略微較高的層厚度的厚度(至少在使用對(duì)應(yīng)的純焊料材料的箔片或涂層的情況下)。在焊接步驟之后，擴(kuò)散效應(yīng)至少出現(xiàn)在界面的區(qū)域中。
[0037]在一個(gè)實(shí)施例中，第一部分由基于C的材料形成。合適的材料具體而言是石墨或碳纖維強(qiáng)化碳(CFC)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一部分由陶瓷形成。合適的陶瓷具體而言是碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化鋁(AlN)以及碳化硼(B4C)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述陶瓷由纖維強(qiáng)化的陶瓷形成。合適的纖維強(qiáng)化陶瓷尤其是碳纖維強(qiáng)化的以及碳化硅纖維強(qiáng)化的陶瓷，尤其是碳纖維強(qiáng)化碳化硅(C-SiC)以及碳化硅纖維強(qiáng)化碳化硅(SiC-SiC)。在另一實(shí)施例中，第二部分由Mo或基于Mo的合金形成。如上文所說明，這些材料具體而言是在X射線陽極的領(lǐng)域中使用的。尤其有用的材料具體而言是用于第一部分的石墨以及用于第二部分的基于Mo的合金(尤其是TZM或MHC)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一部分和第二部分這兩者形成X射線陽極(尤其是旋轉(zhuǎn)式X射線陽極)的組件的對(duì)應(yīng)的部分。具體而言，如上文所指出，第一部分是由輻射主體形成的，并且第二部分是由旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的基底主體形成的。如上文所指出，本發(fā)明的工藝還適合于接合旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的其他組件。另外，本發(fā)明的工藝也可以用于在旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的對(duì)應(yīng)的部分或?qū)⒁雍系泥徑咏M件方面實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的其他概念。
[0038]本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種耐高溫復(fù)合主體，其中第一非金屬部分經(jīng)由粘結(jié)焊料層接合到由Mo、基于Mo的合金、W或基于W的合金組成的第二金屬部分。此處，第一部分經(jīng)由Zr焊料形成的第一焊接粘合接合到中間層，所述中間層至少在核心區(qū)域中是由元素Ta、Nb和/或W中的至少一個(gè)以至少90原子％的程度形成的。中間層繼而經(jīng)由Ti焊料、T1-V焊料組合、Zr焊料或Zr-Ti焊料組合形成的第二焊接粘合接合到第二部分。根據(jù)本發(fā)明的耐高溫復(fù)合主體基本上實(shí)現(xiàn)了與本發(fā)明的工藝相同的優(yōu)勢(shì)。如上文所述，上述焊料材料(Ti焊料、T1-V焊料組合、Zr焊料或Zr-Ti焊料組合)，具體而言，由于它們的低熔點(diǎn)使得實(shí)現(xiàn)第二焊接粘合所需的相對(duì)較低的焊接溫度成為可能。因此，如果在兩個(gè)階段中進(jìn)行焊接工藝，那么在很大程度上避免了金屬部分的熱老化。具體而言，復(fù)合主體內(nèi)的金屬部分具有高強(qiáng)度是因?yàn)樵诘诙附硬襟E期間它尚未被減小或僅被略微地減小。另外，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合主體的第二部分的統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)估表明:由于在第二焊接步驟期間的較低的焊接溫度，這些具有較高的平均彎曲強(qiáng)度，并且另外(彎曲強(qiáng)度的值的)分布的統(tǒng)計(jì)學(xué)寬度與在熔化Zr焊料所必需的最大(較高)焊接溫度下進(jìn)行的均勻的焊接步驟相比是較窄的。彎曲強(qiáng)度的較高值以及較窄的分布曲線都是有利的，尤其是當(dāng)在生產(chǎn)過程中提供復(fù)合主體內(nèi)的希望的相對(duì)較高強(qiáng)度的第二金屬部分時(shí)。
[0039]對(duì)應(yīng)的焊接粘合由所提及的焊料中的一個(gè)形成的特征是指一個(gè)實(shí)施例，其中用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的部分與中間層之間的粘合的焊料是由所提及的焊料材料專門形成的。然而，必須考慮的是在焊接期間發(fā)生的擴(kuò)散并且因此，具體而言，來自中間層的材料以及來自對(duì)應(yīng)的部分的材料出現(xiàn)在焊料層內(nèi)(在對(duì)應(yīng)的焊接步驟之后)。另外，第一和/或第二部分和/或中間層也可以具有涂層(例如，CVD涂層、PVD涂層、等離子體噴射涂層等)，其充當(dāng)(例如)擴(kuò)散屏障或用于對(duì)應(yīng)的部分的保護(hù)。然而，優(yōu)選的是假定在每種情況下焊料直接鄰接第一和/或第二部分的基底材料以及中間層的基底材料。
[0040]具體而言，通常當(dāng)使用Ti焊料和T1-V焊料組合并且有時(shí)還使用基于Ti的焊料組合時(shí)，有利的效應(yīng)是這些具有相對(duì)較低的熔點(diǎn)。另一優(yōu)點(diǎn)是在執(zhí)行第二焊接步驟的同時(shí)來自鄰接中間層的材料和來自鄰接第二部分的材料擴(kuò)散到復(fù)合主體的(第二)布置中的焊料層中。在這些焊料的情況下，此擴(kuò)散引起了在此處所討論的材料的情況下的熔點(diǎn)的升高。這引起了當(dāng)執(zhí)行焊接時(shí)(在適度的溫度下)焊料層的材料從鄰接第二部分和中間層的界面朝向焊料層的中間發(fā)生固化。這種漸進(jìn)的凝固是有利于焊料層的結(jié)構(gòu)的。另外，尤其在相對(duì)較高的使用溫度下的應(yīng)用的情況下，有利的是第二焊接粘合的再熔化溫度高于純第二焊料的熔點(diǎn)。焊接溫度越高和/或第二焊接步驟的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，擴(kuò)散效應(yīng)就越發(fā)顯著，并且因此再熔化溫度相應(yīng)地進(jìn)一步增大。由于第二焊接步驟優(yōu)選地在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行，因此擴(kuò)散效應(yīng)是相對(duì)較小的，例如，與如在US2011/0103553A1和JP2010-140879A中描述的均勻焊接步驟相比。因此，表征可歸因于第二焊接步驟期間的相對(duì)較低的溫度的第二焊接粘合的特征是在每種情況下使用的焊料的相對(duì)較低的再熔化溫度。
[0041]在一個(gè)實(shí)施例中，第二焊接粘合是由具有不超過1860°C的再熔化溫度的Ti焊料形成的。具體而言，所述再熔化溫度在1740°C (包括在內(nèi))到1790°C (包括在內(nèi))的范圍內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，第二焊接粘合是由具有不超過1780°C的再熔化溫度的T1-V焊料形成的。具體而言，所述再熔化溫度在1650°C (包括在內(nèi))到1700°C (包括在內(nèi))的范圍內(nèi)。所述值涉及在新狀態(tài)下的復(fù)合主體(即，在執(zhí)行焊接之后)。這是因?yàn)檫M(jìn)一步擴(kuò)散在高溫下使用期間發(fā)生并且將引起再熔化溫度的進(jìn)一步的升高。下文中參考附圖對(duì)用于確定再熔化溫度的測(cè)量的適用的方法進(jìn)行說明。
[0042]用于中間層的核心區(qū)域的第一焊接粘合的平均厚度的合適的范圍以及(焊接的)耐高溫復(fù)合主體內(nèi)的第二焊接粘合的平均厚度的合適的范圍在每種情況下對(duì)應(yīng)于上文所指出用于中間層的第一焊料的平均厚度的值以及第二焊料的平均厚度的值。在執(zhí)行焊接步驟的同時(shí)，上述擴(kuò)散效應(yīng)出現(xiàn)在界面的區(qū)域中。隨著層或部分的介面處于焊接狀態(tài)，選擇某一區(qū)域，具體而言是其中所涉及的層的材料的濃度或所涉及的部分的材料的濃度已經(jīng)下降到90原子％的區(qū)域。另外，必須考慮焊料的一部分可以在執(zhí)行焊接步驟時(shí)在外圍區(qū)域處離開。因此，當(dāng)在焊接的耐高溫復(fù)合主體中希望特定的層厚度時(shí)，必須考慮這些效應(yīng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0043]本發(fā)明的進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)和有用的方面可以參考附圖從實(shí)例的以下描述中獲得。
[0044]附圖示出了:
[0045]圖1:旋轉(zhuǎn)式X射線陽極的示意性描述的截面圖；
[0046]圖2:具有相關(guān)聯(lián)的尺寸的拉伸樣本的示意性描述；
[0047]圖3:三元系統(tǒng)T1-V-Mo的相圖；
[0048]圖4:三元系統(tǒng)T1-V-Ta的相圖；
[0049]圖5:說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的第一焊接步驟的示意性描述的截面圖；以及
[0050]圖6:說明第二焊接步驟的示意性描述的截面圖。
【具體實(shí)施方式】[0051]圖1示意性地示出了旋轉(zhuǎn)式X射線陽極-2-的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)式X射線陽極-2-是關(guān)于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸-4-旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的。旋轉(zhuǎn)式X射線陽極-2-具有可以安裝在適合的軸桿上的類似板的基底主體-6_。在頂部，環(huán)形焦點(diǎn)軌道涂層-8-被應(yīng)用于基底主體-6-。環(huán)形焦點(diǎn)軌道涂層-8-在其上延伸的部分具有截頭的錐體(平坦的錐體)的形狀。焦點(diǎn)軌道涂層-8-至少覆蓋了基底主體-6-的區(qū)域，在使用期間電子束入射在所述區(qū)域上。在后側(cè)并且與焦點(diǎn)軌道涂層-8-相對(duì)，基底主體-6-在其上方的區(qū)域接合到輻射主體-10-?；字黧w-6-經(jīng)由粘合的焊料層-12-接合到輻射主體-10-，因此總體布置形成了根據(jù)本發(fā)明的耐高溫復(fù)合主體的一個(gè)實(shí)施例。在本發(fā)明的實(shí)施例中,基底主體-6-是由成型的TZM形成的，并且輻射主體-10-是由石墨形成的。輻射主體-10-經(jīng)由Zr焊料形成的第一焊接粘合劑接合到由純Ta組成的中間層(以至少98原子％的Ta的程度)。所述中間層是經(jīng)由T1-V焊料組合形成的第二焊接粘合劑接合到基底主體-6-的。
[0052]下文中以一般的術(shù)語描述了可以采用的用于確定再熔化溫度的測(cè)量方法。此處，必須考慮通過此測(cè)量方法確定的再熔化溫度通常具有在+/_20°C的范圍內(nèi)的波動(dòng)。首先，從焊接復(fù)合主體中機(jī)器加工拉伸樣本-14-，所述拉伸樣本的延伸方向是垂直于將要檢測(cè)的粘合焊料層-16-的平面行進(jìn)的并且其中粘合焊料層-16-是布置在中心的。拉伸樣本-14-的相關(guān)尺寸在圖2中示出，其中尺寸以毫米表示。所述尺寸的重要參數(shù)具體而言是拉伸樣本的中央?yún)^(qū)域中的圓形橫截面的12_的直徑-d-，該直徑在22_的長(zhǎng)度-1-上是恒定的。拉伸樣本-14-的總長(zhǎng)度-g_是50mm,其中端部部分_18_、-20-具有放大的圓形橫截面。為了在拉伸試驗(yàn)的執(zhí)行期間的緊固，將外部螺紋提供在端部部分-18-、-20-上，所述螺紋在本發(fā)明的情況下是由具有I的螺距的公制M24螺紋(即，24mm的外部直徑)形成的。
[0053]所述拉伸樣本安裝在熱拉伸熔爐中，并且施加90N(N:牛頓)的恒定的初始力。由于在高溫下發(fā)生的可以影響再熔化溫度的測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)散效應(yīng)，在50°C /min(min:分鐘)的加熱速率下溫度非常迅速地增大到期待的再熔化溫度的50°C以下。在假定的1650°C的再熔化溫度下，拉伸樣本應(yīng)該(例如)在此高加熱速率下加熱到1600°C的熔爐溫度。在10分鐘的維持時(shí)間(其用于徹底加熱拉伸樣本)之后，溫度隨后至5°C/min(min:分鐘)的顯著降低的加熱速率下進(jìn)一步增大。在此增大期間，確定了測(cè)量到應(yīng)用于拉伸樣本的初始力減小到零(ON)或基本上減小到零的發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)以及在此時(shí)間點(diǎn)測(cè)量的熔爐溫度被確定為再熔化溫度的決定性值。如果拉伸樣本已經(jīng)在1000°C以上的熔爐溫度下維持了 60分鐘并且尚未達(dá)到再熔化溫度，那么將停止使用此拉伸樣本的實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榉駝t的話擴(kuò)散效應(yīng)將以過量的程度影響測(cè)量結(jié)果。隨后開始使用新的拉伸樣本的新的實(shí)驗(yàn)，其中加熱是在高加熱速率下進(jìn)行的以達(dá)到適當(dāng)?shù)妮^高的溫度值，并且隨后以對(duì)應(yīng)的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
[0054]因?yàn)樵?000°C以上的溫度下的高真空中的溫度測(cè)量可具有較大的不準(zhǔn)確性，因此有利的是使用具有恒定地可測(cè)量熔點(diǎn)的拉伸樣本來校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)。因此將Zr焊接的拉伸樣本(具有上文所指出的尺寸)安裝在熱拉伸熔爐中并且通過上述測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量，所述拉伸樣本僅具有由Zr焊料形成的一個(gè)焊接粘合,所述焊接粘合在至少一個(gè)側(cè)面上鄰接由Mo或基于Mo的合金組成的部分(焊接的Zr粘合的另一側(cè)面鄰接由石墨組成的部分)。由于Zr與Mo的(非?？煽康?共熔物的(非常可靠的)形成，所以假定1550°C的熔點(diǎn)。如果可以借助于測(cè)量確認(rèn)此熔點(diǎn)(即，測(cè)量的熔點(diǎn)在預(yù)期的1550°C的熔點(diǎn)附近的+/_25°C的范圍內(nèi))，那么現(xiàn)有的溫度測(cè)量是可接受的。否則的話，必須對(duì)溫度測(cè)量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)適直到可以證實(shí)此期待的熔點(diǎn)為止。作為一個(gè)替代方案，另一相等值的校準(zhǔn)方法也可以用于確定熱拉伸熔爐內(nèi)的正確的溫度。
[0055]在下文中參考圖5和圖6描述用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合主體的實(shí)例，所述復(fù)合主體是由旋轉(zhuǎn)式X射線陽極-22-形成的。在所述實(shí)例中，由TZM形成的基底主體-24-在其上方區(qū)域經(jīng)由粘合焊料層-28-接合到由石墨形成的輻射主體-26-。所述石墨輻射主體-26-首先配備有構(gòu)造，具體而言是凹槽結(jié)構(gòu)，方法是在將要接合的表面上進(jìn)行機(jī)械加工。所述凹槽結(jié)構(gòu)具有大約350 μ m的深度。隨后進(jìn)行在石墨輻射主體-26-的高真空中的熱沖擊純化和熱處理。另外，提供由石墨組成的定心適配器-30-，從而服務(wù)于焊接期間的組件的定心。借助于激光切割將Imm厚的Ta焊料箔片(至少98原子％的Ta)和0.2mm厚的Zr焊料箔片(至少95原子％的Zr)切割成一定尺寸并且使其經(jīng)受超聲波清潔。隨后將石墨輻射主體-26-、Zr焊料箔片-32-和Ta焊料箔片-34-以此順序放置在彼此的頂部，從而產(chǎn)生第一布置(參看圖5)，其中定心適配器-30-用于所述層的定心。所述第一布置在高真空熔爐中經(jīng)受第一焊接步驟。此處，首先在高真空下以10°c /min到20°C /min(min:分鐘)的范圍內(nèi)的平均加熱速率(具體而言是在15°C /min的加熱速率下)將第一布置加熱到1600°C。在1600°C下，采用10到20分鐘的范圍內(nèi)的維持時(shí)間(具體而言是15分鐘)，從而確保通過所有組件的加熱。所述溫度隨后以10°C /min到20°C /min(min:分鐘)的范圍內(nèi)的加熱速率(具體而言是在15°C /min的加熱速率下)增大到1915°C的最大溫度。在已經(jīng)達(dá)到1915°C的溫度之后，采用5到10分鐘的范圍內(nèi)(具體而言是8分鐘)的更新的維持時(shí)間(在此溫度下)。隨后在熔爐內(nèi)在高真空下將所述第一布置緩慢地冷卻到室溫。以此方式獲得的部分復(fù)合主體-38-是經(jīng)受無損探傷測(cè)試的(超聲波測(cè)試)。
[0056]基底主體-24-是機(jī)器加工的并且隨后經(jīng)受超聲波清潔，在所描繪的實(shí)施例中焦點(diǎn)軌道涂層-36-提供在所述基底主體的上側(cè)上。在本發(fā)明的實(shí)施例中，部分復(fù)合主體-38-的Ta中間層也是機(jī)器加工的以設(shè)置Ta中間層的希望的厚度。部分復(fù)合主體38隨后也經(jīng)受超聲波清潔。為了準(zhǔn)備第二焊接步驟，制成新的定心適配器30 (視需要)。為了提供T1-V焊料組合，借助于激光切割將0.1mm厚的V焊料箔片(至少98原子％的V)和0.25mm厚的Ti焊料箔片(至少98原子％的Ti)切割成一定尺寸并且隨后使其經(jīng)受超聲波清潔。隨后將部分復(fù)合主體-38-、Ti焊料箔片-40-、V焊料箔片-42和基底主體-24-以此順序放置在彼此的頂部，從而產(chǎn)生第二布置(參看圖6)，其中定心適配器-30-用于所述層的定心。所述第二布置在高真空熔爐中在高真空下經(jīng)受第二焊接步驟。此處，首先以20°C/min到40°C /min (min:分鐘)的范圍內(nèi)的平均加熱速率(具體而言是在30°C /min的加熱速率下)將第二布置加熱到1500°C。在1500°C下，采用10到20分鐘的范圍內(nèi)的維持時(shí)間(具體而言是15分鐘)，從而確保通過所有組件的加熱。所述溫度隨后以10°C /min到30°C /min (min:分鐘)的范圍內(nèi)的加熱速率(具體而言是在20°C/min的加熱速率下)增大到1650°C的最大溫度。在已經(jīng)達(dá)到1650°C的溫度之后，采用5到10分鐘的范圍內(nèi)(具體而言是8分鐘)的更新的維持時(shí)間(在此溫度下)。隨后在高真空熔爐內(nèi)在高真空下將獲得的復(fù)合主體緩慢地冷卻到室溫。獲得的復(fù)合主體是經(jīng)受無損探傷測(cè)試的(超聲波測(cè)試)。
[0057]當(dāng)使用上述中間層中的另一者是而不是Ta中間層時(shí)可以相應(yīng)地進(jìn)行所描述的生產(chǎn)過程。另外，上文中以一般的術(shù)語描述的其他材料也可以用于第二焊料；取決于使用的材料，應(yīng)該估計(jì)出第二布置內(nèi)的預(yù)期的熔點(diǎn)以及相應(yīng)地在第二焊接步驟期間采用的最大溫度。
[0058]特別優(yōu)選的是用于第二焊料的材料，具體而言是Ti焊料、T1-V焊料組合、Zr焊料以及Zr-Ti焊料組合。
[0059]在這些材料的情況下，獲得尤其低的熔點(diǎn)，如下文中詳細(xì)描述的，這至少適用于提及的焊料組合的特定組成范圍。以此方式，可以很大程度上避免第二金屬部分的熱老化。
[0060]一組優(yōu)選的材料是由熔點(diǎn)為1670°C的Ti焊料以及組成為31原子％的V和69原子％的Ti的熔點(diǎn)最小為1600°C的T1-V焊料組合形成的。然而，在20-40原子％的V的相對(duì)較寬的組成范圍內(nèi)獲得了 T1-V焊料組合的相對(duì)較低的熔點(diǎn)。此關(guān)系也可以在圖3和圖4中描繪的三元系統(tǒng)T1-V-Mo (圖3)和T1-V-Ta(圖4)的兩個(gè)相圖中看到。另外，從圖3和圖4的相圖中也可以看到增加Mo和/或Ta到相關(guān)的焊料(Ti焊料或T1-V焊料組合)中的擴(kuò)散引起第二焊料的熔點(diǎn)的相應(yīng)地遞增的增大(相應(yīng)地在Nb中間層的情況下同樣適用)。因此，Ti焊料和T1-V焊料組合使得第二焊接步驟有可能在相對(duì)較低的熔爐溫度下進(jìn)行。具體而言，取決于相對(duì)于熔點(diǎn)的所選擇的溫度安全邊限(通常是預(yù)期的熔點(diǎn)的50°C以上)，在1600°C到1720°C的范圍內(nèi)的最大熔爐溫度是適合于第二焊接步驟的，從而確保了焊料的熔化。另外，由于所描述的擴(kuò)散效應(yīng)，這些焊料使得由此獲得的焊接粘合能夠承受相對(duì)較高的使用溫度。
[0061]另一組優(yōu)選材料是由Zr焊料和Zr-Ti焊料組合形成的。由于上述擴(kuò)散效應(yīng)，具有1550°C的熔點(diǎn)的Zr和Mo的共熔物是在這些焊料直接緊挨由Mo或Mo合金組成的第二部分布置時(shí)可靠地形成的。如果使用Zr-Ti焊料組合，那么有可能在此焊料組合的最小為大約1554°C的熔點(diǎn)的區(qū)域內(nèi)起作用。具體而言，取決于所選擇的相對(duì)于熔點(diǎn)的溫度安全邊限(通常是預(yù)期的熔點(diǎn)的50°C以上)，在1550°C到1630°C的范圍內(nèi)的最大熔爐溫度是適合于確保第二焊接步驟中的焊料的熔化的。因此，在這些焊料的情況下，尤其低的焊接溫度是可能用于第二焊接步驟的。取決于材料，熱應(yīng)力能力有時(shí)可能略低于在上述Ti焊料和T1-V焊料組合的情況。
[0062]另外，必須考慮到在用于第二焊料的由兩個(gè)焊料箔片形成的T1-V焊料組合的情況下，優(yōu)選的是使Ti焊料箔片鄰接中間層。
【權(quán)利要求】
1.一種用于生產(chǎn)耐高溫復(fù)合主體(2 ;22)的工藝,方法是在一個(gè)區(qū)域上將第一非金屬部分(10 ；26)經(jīng)由粘合焊料層(12 ；28)接合到由Mo、基于Mo的合金、W或基于W的合金組成的第二金屬部分出；24)，其特征在于以下步驟: A)以此順序生產(chǎn)所述第一部分(10;26)、第一 Zr焊料(32)和中間層(34)的第一布置， 其中所述中間層(34)是由元素Ta、Nb和/或W中的至少一種以至少90原子％的程度形成的， B)在第一焊接步驟中以某種方式加熱所述第一布置使得所述Zr焊料(32)而非中間層(34)熔化并且獲得部分復(fù)合主體(38)， C)以此順序生產(chǎn)所述部分復(fù)合主體(38)、鄰接所述中間層(34)的第二焊料(40，42)和所述第二部分出;24)的第二布置， 其中所述第二焊料(40，42)是精確地由T1、基于Ti的焊料組合、基于V的焊料組合、Zr或基于Zr的焊料組合組成的組中的一種材料形成的并且經(jīng)選擇使得它在與所述第二布置中的所述第一 Zr焊料(32)相比的較低溫度下熔化，并且 D)以某種方式在第二焊接步驟中加熱第所述二布置，使得所述第二焊料(40，42)而非從所述第一 Zr焊料(32)中獲得的所述焊接粘合熔化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于在所述第二焊接步驟中達(dá)到的最大熔爐溫度至少低于在所述第一焊接步驟中達(dá)到的最大熔爐溫度100°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于在所述第一焊接步驟中將最大熔爐溫度設(shè)置在1800°C (包括在內(nèi))到2000°C (包括在內(nèi))的范圍內(nèi)，并且在于在所述第二焊接步驟中將最大熔爐溫度設(shè)置在1550°C (包括在內(nèi))到1720°C (包括在內(nèi))的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于所述第二焊料的材料是以某種方式選擇的，使得它具有在所述第二布置中的在1550°C (包括在內(nèi))到1680°C (包括在內(nèi))的范圍內(nèi)的熔點(diǎn)。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于所述第二焊料(40，42)是精確地由以下焊料中的一個(gè)形成的: Ti焊料， Ti-V焊料組合(40，42)， Zr焊料,或 Zr-Ti焊料組合。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于所述第二焊料是由Ti-V焊料組合(40，42)形成的，其具有從12原子％ (包括在內(nèi))到50原子％ (包括在內(nèi))的比例的V，其余部分是Ti。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于所述部分復(fù)合主體(38)的所述中間層(34)的所述表面是在所述第二布置的生產(chǎn)之前機(jī)器加工的。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于所述中間層(34)的平均厚度在0.1mm(包括在內(nèi))到2mm(包括在內(nèi))的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于所述第一焊料(32)的平均厚度在80 μ m(包括在內(nèi))到500 μ m(包括在內(nèi))的范圍內(nèi)，并且在于所述第二焊料(40，42)的平均厚度在30 μ m(包括在內(nèi))到400 μ m(包括在內(nèi))的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于所述第一部分(10;26)是由基于C的材料形成的，并且在于所述第二部分(6 ；24)是由Mo或基于Mo的合金形成的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于所述第一部分是由陶瓷形成的。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于在每種情況下所述第一部分(10 ；26)和所述第二部分出；24)這兩者形成了 X射線陽極(2 ;22)的組件的部分。
13.一種耐高溫復(fù)合主體，其中第一非金屬部分(10 ；26)是經(jīng)由粘結(jié)焊料層(12 ；28)接合到由Mo、基于Mo的合金、W或基于W的合金組成的第二金屬部分(6 ；24)的,其中所述第一部分(10 ；26)是經(jīng)由Zr焊料(32)形成的第一焊接粘合接合到中間層(34)的，所述中間層至少在核心區(qū)域中是由元素Ta、Nb和/或W中的至少一種以至少90原子％的程度形成的，并且所述中間層(34)是經(jīng)由Ti焊料、T1-V焊料組合、Zr焊料或Zr-Ti焊料組合形成的第二焊接粘合(40，42)接合到所述第二部分出；24)的。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的耐高溫復(fù)合主體，其特征在于所述第二焊接粘合(40 ；42)是由具有不超過1860°C的再熔化溫度的Ti焊料形成的。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的耐高溫復(fù)合主體，其特征在于所述第二焊接粘合是由具有不超過1780°C的再熔化溫度的T1-V焊料組合(40 ；42)形成的。
【文檔編號(hào)】B23K35/00GK103945971SQ201280057777
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月25日
【發(fā)明者】托馬斯·米勒, 克勞斯·恩內(nèi)莫澤, 沃爾夫?qū)じ窭? 安德列亞斯·門哈德 申請(qǐng)人:普蘭西歐洲股份公司