[发明专利]瞬间液相扩散连接三元层状陶瓷钛硅化碳工艺

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷连接技术，具体为一种三元层状陶瓷钛硅化碳(Ti₃SiC₂)瞬间液相扩散连接新工艺。

背景技术

Ti₃SiC₂是一种新型的三元层状陶瓷材料。美国陶瓷学会会刊(Journal of theAmerican Ceramic Society 79，1953(1996))中研究表明它综合了陶瓷和金属的诸多优点，具有低密度、高模量、高强度、高的电导率和热导率以及易加工等特点，因而Ti₃SiC₂陶瓷是很有希望应用在航空、航天、核工业和电子信息等高技术领域的一种新型结构/功能一体化材料，尤其适合作为高温结构材料。虽然对Ti₃SiC₂陶瓷的合成和性能进行广泛深入地研究，但是由于不能合成大尺寸的块体材料或构件，使其在实际应用受到限制。而焊接技术能够将小的、形状简单的试样连接成大尺寸的、形状复杂的构件，从而显著扩大陶瓷的应用范围。有关连接Ti₃SiC₂陶瓷的研究很少。在材料研究学报(Journal of Materials Research 17，52(2002))中研究了Ti₃SiC₂陶瓷与Ti6Al4V的扩散连接。但是他们连接得到的接头弯曲强度只有100MPa，仅仅是Ti₃SiC₂陶瓷弯曲强度的四分之一。而且由于Ti的高温活性，降低了Ti₃SiC₂陶瓷高温抗氧化性能，也限制了Ti₃SiC₂陶瓷的应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种瞬间液相扩散连接三元层状陶瓷Ti₃SiC₂工艺，在不降低三元层状陶瓷Ti₃SiC₂高温抗氧化性情况下，又能获得性能优异的连接接头。

本发明的技术方案是：

一种三元层状陶瓷Ti₃SiC₂瞬间液相扩散连接新方法。首先，将焊接件进行表面处理，铝箔要清除表面氧化膜，Ti₃SiC₂陶瓷经研磨、抛光。试样超声清洗后，在热压炉内、氩气保护下，在600-650℃、压力为10-20MPa下恒压保温10-30min，确保铝箔与Ti₃SiC₂紧密接触，尽量减少氧分压的影响。然后以10-15℃/min的升温速率加热，同时以0.2-0.5kN/min的加载速率加压至2-5MPa(如液压加载)。在目标温度(1400-1500℃)保温90-180min，瞬间液相扩散连接Ti₃SiC₂陶瓷。最后随炉冷却至1200-1300℃后卸载。连接后界面相为Ti₃Si(Al)C₂固溶体，避免金属间化合物的生成，获得高强度的连接接头。

本发明所用铝箔纯度≥99％(重量)，厚度为50-100μm。所有连接过程均在氩气保护下进行的。

本发明中提到的瞬间液相扩散连接是指液态铝在恒压保温过程中，扩散到Ti₃SiC₂陶瓷中，从而达到等温凝固、扩散连接的目的。所谓“瞬间液态”是指从焊接温度开始降温时，液态铝已经扩散消失，而不是在铝熔点(667℃)以下凝固。

本发明中提到的压力是指单向压力，加载方向垂直于连接表面。

本发明的优点是：

1、采用本发明获得的接头力学性能(包括高温性能)好，焊接残余应力小。连接后界面生成Ti₃Si(Al)C₂固溶体，避免金属间化合物的形成，减小焊接残余应力，避免金属间化合物自身脆性对接头性能的影响，从而获得具有优良性能的焊接接头，接头弯曲强度可达到Ti₃SiC₂陶瓷强度的65％，而且此强度可保持到1000℃，可以满足实际应用的需要，扩大了Ti₃SiC₂陶瓷的应用范围。