[发明专利]低应力低温陶瓷钎焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种陶瓷钎焊方法。

背景技术

陶瓷，具有抗氧化性强，耐磨性能好，硬度高，热稳定性好，高温强度大，热膨胀系数小，抗热震和耐化学腐蚀以及等优良特性。因此，已经在石油、化工、机械、航天、核能、光学等领域具有广泛的应用前景。由于陶瓷材料的加工性能差、延性和冲击韧度低，制造尺寸大而形状复杂的构件困难，因此需要焊接技术来实现陶瓷之间的可靠连接。

钎焊是实现陶瓷连接的一种很具有潜力的技术。而在陶瓷的钎焊连接过程中主要存在两方面的问题——界面润湿结合和接头残余应力。陶瓷与金属钎料在物理和化学性质方面差别巨大，金属钎料对陶瓷的润湿比较困难，目前常采用活性钎焊技术—即在钎料中加入一定比例的活性元素，通过活性元素与待焊陶瓷材料之间的化学反应来实现钎焊连接。而对于陶瓷来说，常用Ti作为活性元素，为了避免活性元素在大气中的损耗，活性金属钎料对陶瓷的润湿结合一般都在真空或惰性气氛中完成，并且活性钎焊的温度相对较高，常用的AgCuTi活性钎料，钎焊温度一般在850～1050℃，而采用一些其他活性钎料钎焊温度甚至高达1300℃以上，例如Ni51Cr活性钎料。陶瓷低温钎焊连接困难，针对陶瓷的非高温应用，降低钎焊温度显得尤为重要。另外，现有的陶瓷钎焊技术还存在钎焊接头残余应力大、只能在高温真空或保护气氛下完成钎焊过程等缺陷。

发明内容

本发明是要解决现有的陶瓷钎焊技术存在陶瓷低温钎焊连接困难，钎焊接头残余应力大，只能在高温真空或保护气氛下完成钎焊过程的问题，提供低应力低温陶瓷钎焊方法。

本发明低应力低温陶瓷钎焊方法，按以下步骤进行：一、将两片钎料箔片中夹一片铝基复合材料箔片，形成钎料/铝基复合材料/钎料“三明治”结构的填充材料；二、对陶瓷待焊部位进行打磨抛光，然后置于丙酮中超声波清洗15min，将步骤一制得的填充材料填充到陶瓷的两个待焊面之间，加热至钎料箔片完全熔化，在频率为20～100kHz、振幅为1～10μm的条件下超声波处理1～10s，然后对焊缝施加垂直于待焊面的压力10～50N，保温0～30min，之后随炉冷却至室温，即完成低应力低温陶瓷钎焊；其中步骤一所述铝基复合材料箔片的厚度为50～500μm，钎料箔片的厚度为50～300μm；步骤一所述钎料箔片为ZnAl箔片或AlSiCuZn箔片；步骤一所述铝基复合材料中增强体的体积百分比含量为50％～70％。

本发明优点如下：

1、本发明采用超声波辅助的方法实现了陶瓷的钎焊连接，在大气条件下即可完成钎焊过程；

2、本发明钎焊温度低，在410～620℃即可完成钎焊过程；

3、所获陶瓷钎焊接头强度高，例如，SiC陶瓷钎焊接头的剪切强度能够达到130～150MPa；

4、本发明获得的钎焊接头残余应力低，如对于SiC陶瓷，焊接面尺寸为10mm×20mm时，采用传统Zn5Al钎料所获接头的残余应力最大值为50～60MPa，而同条件下采用本发明的方法，以Zn5Al/(55％SiCp/A356)/Zn5Al作为中间层时，接头残余应力最大值仅为15～20MPa。

附图说明

图1是具体实施方式一所述低应力低温陶瓷钎焊方法的示意图；图2是图1中I处的放大示意图；图3是具体实施方式二十五获得的接头焊缝微观结构图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式低应力低温陶瓷钎焊方法，按以下步骤进行：一、将两片钎料箔片中夹一片铝基复合材料箔片，形成钎料/铝基复合材料/钎料“三明治”结构的填充材料；二、对陶瓷待焊部位进行打磨抛光，然后置于丙酮中超声波清洗15min，将步骤一制得的填充材料填充到陶瓷的两个待焊面之间，加热至钎料箔片完全熔化，在频率为20～100kHz、振幅为1～10μm的条件下超声波处理1～10s，然后对焊缝施加垂直于待焊面的压力10～50N，保温0～30min，之后随炉冷却至室温，即完成低应力低温陶瓷钎焊；其中步骤一所述铝基复合材料箔片的厚度为50～500μm，钎料箔片的厚度为50～300μm；步骤一所述钎料箔片为ZnAl箔片或AlSiCuZn箔片；步骤一所述铝基复合材料中增强体的体积百分比含量为50％～70％。

本实施方式步骤一所述钎料箔片购买自浙江亚通焊材有限公司。

本实施方式中铝基复合材料的熔点要高于钎料的熔点，利用超声波的作用实现钎料对高体积分数铝基复合材料和陶瓷的润湿结合。