[发明专利]一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法

说明书

技术领域

本发明属于陶瓷与陶瓷连接技术领域，特别是涉及一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法。

背景技术

氧化锆增韧莫来石(ZTM)陶瓷具有一定的常温韧性、耐高温蠕变、抗高温氧化，尤其是1300℃附近出现高温强度“起跳”的特性特点，是很多1300℃附近环境温度使用构件的最佳选材。在某些特殊场合，需将ZTM陶瓷制备成长管状构件，如冶金热轧长轧辊或高温金属液体输送管道。现有陶瓷成型和烧结技术，不能满足超过一定长度陶瓷构件的制备，常需借助类似金属焊接技术的陶瓷连接技术才能够实现超长、大尺寸或复杂形状陶瓷构件的制备。现有各种陶瓷连接技术一般都需将构件和连接面同时加热才能实现陶瓷构件连接的目的，耗能耗时，连接的尺寸仍具有局限性。

发明内容

为克服上述技术背景中的不足，本发明提出一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，利用金属和非氧化物陶瓷氧化形成氧化物陶瓷相的特点，以及微波对不同组分的选择性加热特性，实现ZTM陶瓷的接点处局部微波加热焊接，为超长ZTM构件的制备提供低成本高效制备技术。

本发明通过如下方法实现：采用含金属Al、SiC、Al₂O₃和ZrO₂组分的连接层组成，制备成膏状涂抹在连接界面，通过界面部位施加微波加热，可实现界面处具有和ZTM相近组成的高强度连接。

在上述方法中，连接层初始组成的重量比例为Al∶SiC∶Al₂O₃∶ZrO₂＝(10-20)∶(30-50)∶(0-20)∶(10-30)。

在上述方法中，SiC组分的粒度为0.05-1.2μm。

在上述方法中，Al组分的粒度为1-2μm。

在上述方法中，Al₂O₃组分的粒度为0.1-0.8μm。

在上述方法中，ZrO₂组分的粒度为0.02-0.5μm。

在上述方法中，连接组成混合调制成膏状通过加入聚乙烯醇和磷酸二氢铝的水溶液实现。

本发明提出的一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法的积极效果在于：可实现连接层附近组分的选择性加热连接，且连接层具有和被连接体相同和相近的组成。

其技术原理为：金属Al在600左右熔融可适于连接界面处凹凸不平处的充填，随后发生氧化反应生成Al₂O₃组分，并伴随体积膨胀；SiC在600-900℃氧化形成SiO₂，也伴随体积膨胀效应；上述两种氧化反应的体积膨胀效应利于界面层的致密和消除缺陷，同时二者的氧化产物Al₂O₃和SiO₂在1300℃形成莫来石；调整原始组分含量可使连接层烧结后组分与被连接ZTM组分相同或相近；尤其重要的是，原始组成中的SiC具有常温吸收微波的特性，可使中间连接层在微波作用下迅速先于被连接体加热，而500℃以前，氧化物吸收微波较弱，SiC氧化后，连接层已达到500℃以上，启动氧化物吸收微波而被不断加热实现连接层的致密化连接；而ZTM被连接体由于缺少SiC的微波启动作用，微波吸收效果差，一直不能被加热到高温。由上述方案连接成的ZTM构件，连接界面处具有和被连接体相近甚至高于被连接体的连接强度。

具体实施方式

实施例1：

采用20wt％平均粒度为1.5μm的金属Al、35wt％平均粒度0.08μm的SiC、15wt％平均粒度0.5μm的Al₂O₃、30wt％平均粒度0.2μm的氧化锆，加5wt％浓度的聚乙烯醇水溶液占总重量的8wt％、磷酸二氢铝占总重量的2wt％，均匀研磨成膏状，涂抹于两块ZTM陶瓷被连接表面，将两块ZTM陶瓷靠聚乙烯醇和磷酸二氢铝的作用在室温下连接，自然干燥后，置于微波场中，施加3kw功率作用0.5小时，可使连接层温度达到1500℃实现成功连接，连接强度430MPa。

实施例2：

采用20wt％平均粒度为1.5μm的金属Al、50wt％平均粒度0.08μm的SiC、30wt％平均粒度0.2μm的氧化锆，加5wt％浓度的聚乙烯醇水溶液占总重量的6wt％、磷酸二氢铝占总重量的2wt％，均匀研磨成膏状，涂抹于两块ZTM陶瓷被连接表面，将两块ZTM陶瓷靠聚乙烯醇和磷酸二氢铝的作用在室温下连接，自然干燥后，置于微波场中，施加1kw功率作用0.5小时，可使连接层温度达到1200℃实现成功连接，连接强度310MPa。