在本技术领域的各个方面，人们需要将具有不同理化特性的材料与能承受高热应力的 材料进行接合。在这样的接合中，材料受到其所接触的热流的影响，在接合的相同制造过 程以及组件的实际操作过程中，在这些材料上诱导产生高机械应力。尤为重要的是，当温 度相等时，材料的不同的热膨胀系数导致材料的不同的变形。
所述问题尤其发生在核聚变反应堆领域，具体来说是发生在所谓的托卡马克型反应堆 的收集器的制造过程中。
本领域技术人员所熟知，收集器是用于将热量从等离子体传到冷却剂的传导热交换 器，该冷却剂流入所述收集器内部的金属管中。因此，托卡马克反应堆收集器是在非常高 温的热流下，尤其是在20MW/m2的条件下最能承受热应力的组件。因而，在诸如钨或石 墨纤维复合物(CFC)等的陶瓷耐火材料中，所述金属管应该通过一外涂层来避免与等离 子体的直接接触。典型的收集器大致分成两个区域：在第一个区域中，提供一股较高温的 热流，金属管通过碳基体合成物(碳纤维复合物：CFC)来保护，而在第二个区域中，提 供一个较低温的热流，金属管通过多个或者单个钨(W)块来保护。
如上所述，金属管与起保护作用的陶瓷材料(shielding ceramic material)间的接合 应该能承受制造过程中产生的热流，并且能确保最理想的热交换性能，即使在数千个机器 周期后仍然能够达到这样。
然而，如上所述，考虑到与外表面接触的等离子体与冷却剂的温度差异甚至达到2000 ℃，由于不同的膨胀系数，热流在接合的材料中诱导产生大量的机械应力。例如，由铜或 铜合金制成的管在500℃具有约等于20×10-6的热膨胀系数(thermal expansion coefficient，TEC)，而耐火涂料实际上只具有零热膨胀系数(TEC)。
由接合材料的不同膨胀系数诱导的机械应力意味着会使材料产生裂纹、裂缝或者其他 机械损坏等的变形，这些机械损坏包括组件操作和组件安全方面的损坏。
为解决这些缺陷，人们尝试在耐火材料与金属管之间放置一种软的称为“转换 (transition)”材料的合适厚度材料。该转换材料的功能是抵消耐火材料与金属管之间的 热膨胀系数的巨大差异，且作为耐火材料与金属管之间的机械“耐受(bearing)”以避免 所述裂纹或裂缝等的变形。
然而，必须注意的是，转换材料(通常且尤其是采用处于熔化状态的铜)不能扩散到 陶瓷材料中(尤其是不能扩散到石墨中)来湿润材料以产生在两种材料之间的连续性，而 这种连续性恰是获得一个良好接合所必需的。即使在高温条件下，也不能成功地实现上述 扩散。
为解决转换材料对耐火材料产生的湿润性的问题，人们尝试提出用称为“化学汽相沉 积作用”  (Chemical vapour deposition)的技术来由钛汽化来活化所述耐火材料。然而， 此接合的制造方法非常复杂且成本高。

因此，为解决上述技术问题，本发明的目的是提供上述类型的接合的制造方法，并结 合已知技术来克服上述缺陷。
根据权利要求1所述的方法可以解决这个问题。
根据相同的发明理念，本发明还涉及一个热交换器，根据权利要求34所述，该热交 换器尤其是指一个收集器。
本发明的较佳特点将会在相关的权利要求中加以阐述。
本发明提供了多个相关的优点，从以下具体的描述可以得到更好的了解。本发明的主 要优点是通过一种有效的和低成本的方法步骤得到一个高机械阻力和高热阻的接合。
附图说明
本发明的其它优点、特点和采用的方式将在以下实施例的具体描述中以实施例形式有 目的地清楚列出，并结合以下附图作为参考，其中：
* 图1和图2分别为显示Dunlop678型Cu//CFC接合的SEM(扫描电子显微镜) 图。该接合是根据本发明所述的方法来制造的。
* 图3和图4分别为显示接合的SEM图。该接合是根据本发明所述的方法来制造的。
本发明的接合方法将会以一个优选的申请方案为背景、主要以托卡马克反应堆的收集 器的制造来加以描述。

如介绍所述，这样的收集器设想是通过插入转换材料来接合耐火陶瓷材料的外涂层和 内金属管。当收集器弯曲且基本上具有接纳所述管的圆锥形几何结构时，接合在用于接合 耐火材料的一个表面上进行。
根据本发明一个较佳的实施例，陶瓷材料是石墨纤维复合物(CFC)，转换材料是 OFHC(“无氧高导电性”)的铜。
正如介绍中通常提到的，CFC化合物特别适用于制造收集器中最具有热应力的区域。 另一个不同的实施例则提出用作耐火材料的钨(W)适用于制造收集器中具有较少应力的 区域。
耐火材料以块或砖的形式制造，以应用到冷却剂流过的管的表面。
在接合制造方法的第一个步骤中，在耐火材料中穿一个用于接纳所述管的孔。
然后，在孔的内表面，即所述接合表面，通过机械加工在其中制得一个圆柱多头螺纹， 最好是制得一个七头螺纹。优选地，该螺纹具有约0.3-1.0mm的深度范围，且最好的深 度约等于0.6mm。
再次，孔的内表面通过对转换材料的化学清洗(chemical cleaning)来准备接合，最 好是用丙酮在已知的超声波机中来进行化学清洗。然后，干燥孔的内表面，最好在约200℃ 下在空气炉中进行干燥。
在所述方法的下一步骤中，耐火材料在真空炉中脱气，最好是在高于10-5mbar的真 空条件以及在高于约1350℃的温度条件下进行脱气。该步骤的目的是为了减少可能影响 所述方法的下一步骤的残留于耐火材料的物质。
根据本发明所述，接合方法设计为用铜焊料或合金进行预铜焊，优选是用钛-铜-镍合 金进行预铜焊，例如可用由Wesgo公司生产的合金进行预铜焊。优选的，这种预铜焊是 在约900-1200℃的温度范围内，尤其是在高于约1050℃的温度下，在高于约10-5mbar 的真空下进行5分钟的处理。
铜焊合金以箔的形式提供并定位于耐火材料的孔中，以覆盖用于接合的整个区域。然 后，将耐火材料-铜焊合金装配件置于真空炉中进行处理，采用的处理温度是适合于在所装 配的两种材料间形成化合物的温度。由此形成的化合物就是下一步用于与转换材料进行接 合的活性剂。在本实施例中，所述活性剂是TiC化合物，其具有超强的扩散到石墨中的性 能。
在炉处理的最后阶段，用常规方法去除多余的结晶铜焊合金。
然后，可以将转换材料定位于孔内，且装配在约10-6mbar的真空压力和高于该转换 材料熔点的温度下，在真空炉中处理5分钟。因此，在这种情况下，炉处理在高于1083℃ 温度下进行，该温度是铜的熔点。另外，炉处理的温度、时间和压力应能给转换材料带来 粘性，使其能渗入到在孔中形成的螺纹的各个部位，并且渗入到呈现耐火材料形态学的任 何多孔部分。
最后，用常规方法去除多余的转换材料，直至达到所需的厚度为止。转换材料最后的 厚度最好是在约0.5-1.0mm的范围内。
最后，在此所述的耐火材料“瓦(tiles)”或块通过如铜焊、热等静压(HlPping， Hot lsostatic Pressing)、径向热压工艺(HRP，Hot Radial Pressing)或其他类似技术 接合到金属管，在本实施例中，该金属管由铜合金组成。
事实上，根据本发明所述，通过铜焊合金活化耐火材料的过程是与转换材料的应用分 开的，且先于转换材料的应用能得到最理想的耐火材料的活化，并因此能实现转换材料的 最理想的接合。
因此，在实践中，本发明所述的方法是通过将转换材料置于预铜焊表面(pre-brazed surface，PBC)来完成陶瓷材料和转换材料的接合。
另外，必须注意的是，在非常高的温度(例如，1000℃)下，任何类型的接合方法需 承受在铜焊或铸造周期中在接合材料间的交接面上的非常高的残余应力。此外，耐火材料 (尤其是在复合物状态的石墨，如CFC)显示出低的机械阻力。因此，接合过程不得不以 这种方法来获得接合，在这个接合方法中，活性表面仅稍微有所增加。
本实施例中，通过螺纹来解决这个问题。事实上，此解决方法有效地增加耐火材料的 活性表面，该方法的应用甚至是分开和独立于独立权利要求所述的本发明的主题。另外， 基于制造螺纹所提出的解决方法是非常低廉的方法，且在某些情况下比已知的通过高数量 激光来制造浅微孔的解决方法更为有效。
此外，基于制造螺纹的解决方法有另外一个优点，即事实上许多耐火材料(其中也包 含石墨)是各向异性的。实际上，当活性表面得到同等延伸时，使用多头螺纹可允许“加 长(lengthen)”该螺纹，防止对耐火材料的坚固纤维(也就是，在CFC的例子中的纵向 纤维)的更多部分的切断或中断。
在上述的实施例中，本发明所述的方法已通过了热测试的评价，这种热测试可诱导产 生与制造和工作步骤中产生的类似的应力。
特别的测试是，接合的产品在空气中被加热至400℃，然后在室温下迅速置于水中冷 却。这种处理重复30次来进行测试。
为了支持这种资格评定方法，对于样品，采用脉冲反射超声技术进行金相学的研究(光 学显微镜和SEM)和无破坏性的对照。这些都说明了所述的接合方法能承受这些热冲击。 因此，所述的接合也能承受剧烈的瞬时冲击，例如那些在收集器的组件中常见的情形。
所述测试在两种类型的CFC上进行，具体的是：
* 二维CFC，即其纤维主要朝向两个方向(尤其是商品化可用的称为“Dunlop678 by Dunlop”的材料，即Dunlop公司的Dunlop678产品)；以及
* 三维CFC，即在基体的制备中，其纤维向着三个方向，可提供更加均匀和具有更 好的机械特性和热特性的合成物(尤其是商品化可用的称为“NB31 by SECMA”的材料， 即SECMA公司的NB31产品)。
对于Dunlop678型Cu//CFC接合的结果
接合的结果突出说明了：这种由二维技术设计的石墨合成物实际上具有高疏松结构与 多个穴，因此不需要螺纹的介入而可得到良好的接合。
如图1和图2所示的SEM研究得到的显微照相和图突出说明了：转换材料铜具有渗 透到这种合成物基体自然空隙的能力。这种能力最主要是由于钛(TiC)的存在，通过转 换材料允许耐火材料具有湿润性。
对于NB31型Cu//CFC接合的结果
这种石墨基体更加致密且没有穴；为得到最理想和最优质的接合，通过制造多头螺纹 的方法来增加材料的活性表面。
此外，测试左右交叉的齿节螺纹，但考虑到阻力的因素，需要用7个1mm-交错的头， 方可得到最好的结果。
在热应力周期之前和之后，进行金相学测试和超声检测。
在水浸超声波探头测试之前和之后，分别在横截面进行超声扫描(C-scan)。C-scan 阐明了从交界面得到的反射的振幅图。从产生的图中，可以推断该振幅图显示了在测试前 和测试后的相同的分配，因而检测不到任何的分离。
在热测试之后进行的样本显微照相，可见图3和图4。
本发明至此已结合较佳的实施例加以描述。需要明确的是，根据本发明的核心可以有 其他实施例，这些实施例全部落在以下将会描述的权利要求的保护范围之内。