[发明专利]使用Ag-Cu共晶钎料钎焊Ti2AlC陶瓷和铜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钎焊Ti₂AlC陶瓷和铜的方法。

背景技术

Ti₂AlC陶瓷是三元层状陶瓷M_n+1AX_n其中的一种，它是兼具金属和陶瓷性能的结构/功能一体化陶瓷。Ti₂AlC陶瓷的空间点阵为六方晶系，空间群是P6₃/mmc，由Ti₆C八面体层和二维紧密堆积的Al原子层交替排列而成。首先，Ti原子和Al族原子之间依靠范德华力结合，使得该陶瓷具备层状结构和良好的自润滑性能；其次，Ti原子和C原子之间是共价键结合，Ti-C键的牢固结合赋予该陶瓷优良的物理、化学和力学性能，例如高熔点、高的热稳定性；良好的抗氧化性；高弹性模量和高的屈服强度。除此之外，Al原子和Al原子之间依靠金属键结合，因此Ti₂AlC陶瓷也具备金属的特点，如良好的导电性和导热性、易加工性、较低的维氏硬度和较高的剪切模量以及高温下良好的塑性。

早在1963年，Nowotny等人就合成出少量的Ti₂AlC并对其基本结构进行了基本性能的测定，但直到二十世纪九十年代，高纯度和高性能的Ti₂AlC才被制备出来。该陶瓷抗氧化性好，耐热震，并具有较高的弹性模量和断裂韧性，高温下有良好的塑性并能保持较高的强度，易加工，是高温发动机理想的候选材料。同时也具有良好的导电性，高强度、低摩擦系数和良好的自润滑性能，可作为新一代的电刷和电极材料。而且又有很好的耐腐蚀、抗氧化和导热性及机械加工性，非常适合在高温、化学腐蚀条件下工作的各类减摩构件，如化学反应釜的搅拌器的轴承、风扇轴承、特殊的机械密封件等。

Ti₂AlC陶瓷特殊的性能决定了其广泛的应用前景，基于Ti₂AlC陶瓷优良的导电性和自润滑等性能，Ti₂AlC陶瓷和Cu的连接对载流摩擦器件的发展有着不可估量的作用。若将Ti₂AlC陶瓷和Cu成功连接，将Ti₂AlC陶瓷和Cu的连接件用于载流摩擦器件，能够解决现有工程应用中的载流摩擦器件普遍存在成本昂贵、寿命较短的问题。截止到目前，国内外还没有关于Ti₂AlC陶瓷和Cu连接的文献报道。

发明内容

本发明提供了使用Ag-Cu共晶钎料钎焊Ti₂AlC陶瓷和铜的方法，实现了Ti₂AlC陶瓷和Cu的高强度、高电导率连接，解决了现有工程应用中的载流摩擦器件普遍存在成本昂贵、寿命较短的问题。

本发明使用Ag-Cu共晶钎料钎焊Ti₂AlC陶瓷和铜的方法，是通过以下步骤实现的：一、将Ti₂AlC陶瓷依次用320#、600#、800#、1000#、1200#和1600#金相砂纸打磨到表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将Ti₂AlC陶瓷的待连接表面抛光；然后将铜依次用1000#和1600#金相砂纸打磨至表面光亮，然后用型号为0.5μm的金刚石抛光剂将铜的待连接表面抛光；二、将经步骤一处理后的Ti₂AlC陶瓷和铜浸入无水乙醇中，超声清洗10～20min，取出，晾干；三、将Ag-Cu共晶钎料、Ti₂AlC陶瓷和铜装配成Ti₂AlC陶瓷/Ag-Cu共晶钎料/铜的结构件，然后装配上压头，得钎焊装配件，其中Ti₂AlC陶瓷/Ag-Cu共晶钎料/铜的结构件通过瞬间粘合剂粘结固定；四、将钎焊装配件置于真空钎焊炉中，将钎焊装配件加压至5800～6200Pa，然后抽真空至1.3×10^-3Pa，然后升温至300℃，保温30min，再升温至800～900℃，保温0～40min，然后降温至300℃，再随炉冷却，即完成使用Ag-Cu共晶钎料钎焊Ti₂AlC陶瓷和铜的方法。

本发明步骤三装配成的Ti₂AlC陶瓷/Ag-Cu共晶钎料/铜结构为三明治结构，Ag-Cu共晶钎料位于Ti₂AlC陶瓷和铜中间。步骤四中加热升温到300℃并保温30min，使用于固定连接Ti₂AlC陶瓷和Ag-Cu共晶钎料、铜和Ag-Cu共晶钎料的有机胶充分挥发。