Un método para la unión de componentes (16, 18) hechos de materiales a base de vidrio,

en donde un primer componente (16) y por lo menos un segundo componente (18) con una capa intermedia de una soldadura de unión (20) colocada entre los mismos, se ensamblan para formar una estructura compuesta en bruto, en donde la soldadura de unión (20) tiene una capacidad de absorción de la radiación mayor que la de los componentes (16, 18) para unirse, y en donde la estructura compuesta en crudo se irradia con una energía de radiación por lo menos en el área de la soldadura de unión (20) hasta que la soldadura de unión (20) se ha reblandecido suficientemente para unirse juntamente con los componentes (16, 18) y la soldadura de unión (20) para producir una estructura compuesta, en donde los componentes (16, 18) y la soldadura de unión (20) están hechos de vidrios que pueden transformarse mediante un tratamiento térmico en vitrocerámicas, y en donde la estructura compuesta está formada por los componentes de base vítrea (16, 18) y la soldadura de unión de vidrio en una estructura compuesta vítrea y a continuación se ceramiza.

Estructura compuesta de vitrocerámica, y procedimiento de fabricación de una estructura compuesta de vitrocerámica.

La presente invención se refiere a un método para la fabricación de una estructura compuesta, de vitrocerámica.

Un método para la fabricación de una estructura compuesta, consistente en un material de expansión cero, y un método para la fabricación del mismo, son ya conocidos a partir de la patente WO 2006/034775 A1.

Dicha patente describe diferentes componentes que consisten en un material de expansión cero, es decir, por ejemplo, una vitrocerámica LAS, que están unidos entre sí mediante por lo menos una capa de adhesivo. Las desventajas se mantienen lo más pequeñas posible, manteniendo la capa de adhesivo empleada lo más delgada posible. Sin embargo, dicha unión no resiste lógicamente las altas temperaturas y además tiene una relativa baja estabilidad. También, las propiedades ventajosas de los materiales de expansión cero están influenciadas negativamente.

La patente DE 198 21 679 A1 describe un método para unir materiales de vidrio reforzados con fibra, o materiales de vitrocerámica, u otros materiales, como por ejemplo materiales cerámicos, en donde el vidrio o los materiales vitrocerámicos y los otros materiales se prensan entre sí en una superficie límite entre los dos materiales a altas temperaturas para formar una unión de fusión térmica. Se efectúa la operación de prensado en caliente para mejorar la unión.

Una desventaja de este método se aprecia en el coste relativamente alto en conexión con la operación de presión en caliente. Además, la compresión puede realizarse solamente con dificultad en el caso de componentes de gran tamaño. Finalmente, la resistencia de la unión así obtenida es limitada.

De acuerdo con la patente JP 63319230, un material de unión empleado para la unión de componentes, hecho de vidrio o vitrocerámica consiste en una mezcla de polvo de vidrio con un bajo punto de reblandecimiento y un polvo de vidrio con un punto más alto de reblandecimiento, y la mezcla de polvo sirve como socio de unión de los componentes, el cual a continuación, se solidifica sinterizando y sometiendo a un tratamiento de cristalización.

Este proceso es relativamente caro, y no proporciona todavía una unión de alta resistencia debido al proceso de sinterización.

De acuerdo con la patente JP 2005061747, una pluralidad de componentes hechos de vidrio, que han de ser unidos entre sí, se reblandecen en un horno y se funden de manera que quedan unidos uno con otro. La estructura así obtenida se trata a continuación con calor y se cristaliza.

De manera similar, la patente US 2005/0014008 A1 proporciona una pluralidad de componentes hechos de vidrio, que deben unirse entre sí, los cuales se unen inicialmente soldando en su condición de vidrio verde, y a continuación, se ceramizan.

Con el fin de llevar esto a cabo, los bordes de los dos componentes deben calentarse hasta una temperatura muy por encima del punto de reblandecimiento, al mismo tiempo y homogéneamente sobre toda su longitud, con el fin de asegurar que se obtiene una fuerte unión cuando los dos bordes se comprimen entre sí. Esto es extremadamente difícil, especialmente en el caso de unos bordes de unión largos. Además, hay muy poco tiempo (del orden de segundos) disponible para completar la operación de unión antes de que empiece el proceso indeseable de ceramización de los componentes de vidrio verde.

Para la unión de la vitrocerámica, se han dado a conocer también procesos de cementación del tipo descrito por ejemplo, en la patente US 3.715.196.

En este caso, la resistencia de la unión depende de la adherencia del cemento y de sus propiedades mecánicas. Y no existe ningún cemento real de expansión cero, que sea capaz de unir entre sí dos materiales de vitrocerámica con características de expansión cero. Además, esta unión, por regla general, no resistiría las altas tensiones térmicas que normalmente deben resistir los materiales vitrocerámicos.

A partir de la patente US-A- 3 885 942, se conoce un método para la unión de tubos de un intercambiador de calor hechos de un vidrio térmicamente cristalizable, en el cual se emplea una soldadura de una frita de vidrio térmicamente cristalizable, del mismo vidrio que los tubos de vidrio, y a continuación se cristaliza térmicamente la combinación para obtener el intercambiador de calor.

Sin embargo, en este caso se efectúa una fusión de la frita de vidrio substancialmente a la misma temperatura a la cual los tubos de vidrio se reblandecen. Esto conduce a desventajas en la precisión geométrica de la estructura formada mediante este método.

Además, a partir de la patente US-B1- 6 558 494, se conoce una unidad de ventana al vacío con una junta sellante en el borde. La unidad de ventana consiste en dos paneles de vidrio entre los cuales se ha depositado un material sellante en el borde. Los dos substratos de vidrio se atemperan térmicamente juntamente con el material sellante del borde para obtener la unión de los substratos con el material de sellado del borde. A continuación se efectúa un sellado hermético periférico o sellado del borde, entre el primer y el segundo substrato empleando una energía de microondas dirigida al material de sellado del borde unido a los substratos. A continuación se hace el vacío en el espacio entre los dos substratos.

También este método presenta los inconvenientes mencionados anteriormente.

En consecuencia, el objeto de la presente invención es el de proporcionar un método para generar una estructura compuesta de vitrocerámica, mediante la cual pueda lograrse una unión de alta resistencia y durabilidad de los componentes, y el grado más alto posible de estanqueidad hermética de la unión entre los componentes. Además la unión debe ser lo más resistente posible a la alta temperatura, y la estructura compuesta producida debe tener esencialmente las mismas propiedades del material que debería tener un componente macizo. También se describirá la estructura compuesta de vitrocerámica con estas características ventajosas.

El objetivo de la invención es lograr un método para la unión de componentes hechos de materiales a base de vidrio, en donde un primer componente y por lo menos un segundo componente con una capa intermedia de una soldadura de unión colocada entre los mismos, se ensamblan para formar una estructura compuesta en bruto, en donde la soldadura de unión tiene una capacidad de absorción de la radiación, mayor que los componentes que van a unirse, y en donde la estructura compuesta en bruto es irradiada con una energía de radiación por lo menos en el área de la soldadura de unión hasta que la soldadura de unión se ha reblandecido lo suficiente para unir entre sí los componentes y la soldadura de unión, para producir una estructura compuesta, en donde los componentes y la soldadura de unión están hechos a base de vidrios que pueden ser transformados mediante tratamiento térmico en vitrocerámica, y en donde la estructura compuesta está constituida por los componentes de base vítrea y la soldadura de unión del vidrio formando una estructura compuesta vítrea, la cual a continuación, se ceramiza.

La invención se consigue además mediante una estructura compuesta que comprende por lo menos un primer y un segundo componente, hechos a base de vitrocerámica, de preferencia a base de vitrocerámica LAS, que están unidos uno con el otro por medio de una soldadura de unión consistente en una vitrocerámica, teniendo la soldadura de unión una capacidad de absorción de la radiación mayor que el primer y el segundo componentes.

La invención permite con ello de una manera sencilla, que se logre una alta resistencia y una unión duradera, entre una pluralidad de componentes hechos a partir de vidrio o vitrocerámica, en donde las propiedades de unión obtenidas corresponden en gran manera a las propiedades de los diferentes componentes, de manera que se logra una alta resistencia global, y el coeficiente térmico de expansión no se reduce, especialmente cuando se emplean por ejemplo, materiales de expansión cero.

Además es posible lograr una unión resistente a alta temperatura, diseñada en gran medida para una temperatura de aplicación máxima correspondiente a la temperatura de aplicación máxima de los componentes que han sido unidos entre sí.

Dado que, de acuerdo con la invención, los componentes... [Seguir leyendo]

1. Un método para la unión de componentes (16, 18) hechos de materiales a base de vidrio, en donde un primer componente (16) y por lo menos un segundo componente (18) con una capa intermedia de una soldadura de unión (20) colocada entre los mismos, se ensamblan para formar una estructura compuesta en bruto, en donde la soldadura de unión (20) tiene una capacidad de absorción de la radiación mayor que la de los componentes (16, 18) para unirse, y en donde la estructura compuesta en crudo se irradia con una energía de radiación por lo menos en el área de la soldadura de unión (20) hasta que la soldadura de unión (20) se ha reblandecido suficientemente para unirse juntamente con los componentes (16, 18) y la soldadura de unión (20) para producir una estructura compuesta, en donde los componentes (16, 18) y la soldadura de unión (20)

están hechos de vidrios que pueden transformarse mediante un tratamiento térmico en vitrocerámicas, y en donde la estructura compuesta está formada por los componentes de base vítrea (16, 18) y la soldadura de unión de vidrio en una estructura compuesta vítrea y a continuación se ceramiza.

2. El método de la reivindicación 1, en donde la soldadura de unión (20) tiene una capacidad de absorción de la radiación, más alta por lo menos en la región UR, la región visible, la región IR ó en el margen de las microondas, y en donde la irradiación se efectúa empleando una radiación IR, una radiación UV, la luz visible, la radiación de microondas o la radiación láser.

3. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en donde los componentes (16, 18) que han de unirse entre sí consisten en vitrocerámica de aluminosilicato de litio (vitrocerámica LAS) en la condición de vidrio verde.

4. El método de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde se emplea una soldadura de unión (20) , la cual es un vidrio que absorbe en la región de infrarrojos, comprendiendo de preferencia substancialmente los mismos componentes de vidrio que los componentes que han de unirse y además comprendiendo componentes que absorben con más fuerza en la región de IR.

5. El método de una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde se emplea una soldadura de unión (20) que comprende por lo menos un componente absorbente seleccionado del grupo formado por los óxidos de Co, Fe, Mn, Ni, Cr, Sn, Ti, Zn, V, Nb, Au, Ag, Cu, Mo, Rh, Dy, Pr, Nd, Ce, Eu, Tm, Er, e Yb, en donde la soldadura de unión (20) tiene de preferencia un contenido acumulativo de constituyentes de absorción de por lo menos un 0, 1% en peso, de preferencia por lo menos un 0, 2% en peso, con mayor preferencia por lo menos un 0, 3% en peso, con la mayor preferencia por lo menos un 0, 4% en peso, y además la soldadura de unión (20) tiene de preferencia un contenido acumulativo máximo de constituyentes de absorción de un 1% en peso, o de un 2% en peso, o de un 5% en peso.

6. El método de una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde los componentes consisten en un vidrio base que comprende los siguientes componentes (en % en peso sobre la base del óxido) :

Li2O 2 -5

Al2O.

18. 28

SiO.

50. 70

y en donde la soldadura de unión comprende (en % en peso) :

Li2O.

2. 5

Al2O.

18. 28

SiO.

50. 70

componentes absorbentes 0, 1 -5.

7. El método de una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde los componentes consisten en un vidrio de base que comprende los siguientes componentes (en % en peso sobre la base de óxido) :

SiO2 50 - 70

45 Al2O.

18. 28

Li2O 2 - 5

Na2O 0 - 3

K2O 0 - 3

MgO 0 - 3

CaO 0 - 3

SrO 0 - 3

BaO 0 - 4

ZnO 0 - 3

TiO2 0 - 6

ZrO2 0 - 4

SnO2 0 - 2

Σ TiO2 + ZrO2 + SnO2 2, 5 - 6

10 P2O5 0 - 8

F 0 - 1

B2O3 0 - 2

Agentes de refino 0 - 2

y en donde la soldadura de unión comprende además desde un 0, 1 hasta un 2% en peso de óxidos colorantes.

8. El método como se ha definido en una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde para la producción de energía infrarroja se emplea una unidad calefactora de IR (10) que tiene una temperatura de radiación de por lo menos 1500 K, de preferencia por lo menos 2000 K, con mayor preferencia por lo menos 2700 K, con la mayor preferencia por lo menos 3000 K.

9. El método de una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde los componentes (16, 18) se calientan previamente, de preferencia a una temperatura por encima de la temperatura de transformación vítrea Tg, , antes de que la estructura compuesta en bruto sea irradiada.

10. El método de una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde los componentes consistentes de preferencia en un vidrio LAS, se calientan previamente a una temperatura de precalentamiento de por lo menos 600 °C, la soldadura de unión se calienta mediante radiación IR durante menos de 1 minuto, de preferencia durante un máximo de 30 segundos, a una temperatura de unión de la soldadura de unión, de preferencia de 1100 °C a 1350 °C, se mantiene a la temperatura de unión hasta un máximo de 120 segundos, de preferencia durante 5 a 60 segundos, para efectuar la unión de la estructura compuesta, y a continuación se enfría.

11. El método de la reivindicación 10, en donde la estructura compuesta se enfría a una temperatura por debajo de la temperatura de ceramización durante menos de 10 minutos, de preferencia se enfría por debajo de 750 °C durante 1 a 5 minutos.

12. El método de una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde la estructura compuesta se enfría después de la unión, hasta o debajo de la temperatura de transición vítrea Tg de los componentes antes de dar comienzo al ciclo de ceramización.

13. El método como se ha definido en una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde una primera estructura compuesta, producida por la irradiación de por lo menos un primer (16) y un segundo (18) componente y una capa intermedia de soldadura de unión (20) , se unen con otro componente por medio de una capa intermedia de soldadura de unión para formar otra estructura compuesta en crudo, a continuación se irradia la soldadura de unión (20) hasta que la soldadura de unión (20) está lo suficientemente reblandecida para unir a los componentes entre sí.

14. El método de una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde los componentes (16, 18) que hay que unir entre sí, consisten en un material de expansión cero.

15. Una estructura compuesta consistente por lo menos de un primero y un segundo componente (16, 18) , a base de vitrocerámica, de preferencia de vitrocerámica LAS, los cuales se unen entre sí por medio de una

45 soldadura de unión (20) que consiste en una vitrocerámica, teniendo la soldadura de unión una capacidad de absorción de radiación mayor que el primero y el segundo componente.