[发明专利]一种钎料及其制备方法和利用钎料连接蓝宝石与铌或铌合金的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钎料及其制备和连接方法的领域。 

背景技术

蓝宝石为α-Al₂O₃单晶，是一种具有高强度、高热震抗力、高耐腐蚀性能和高透波率等优异物理特性、机械特性和化学特性相组合的优良晶体材料，被认为是卫星光学窗口的理想材料。但是由于其为氧化铝的单晶材料，价格较贵，其应用需要不可避免的与金属进行连接，如铌、可伐合金和碳钢等。目前，蓝宝石与金属的连接方法主要有：钎焊、扩散焊、玻璃焊接法、胶接及机械连接。扩散焊接接头强度比较高，但连接时间长，成本高，且焊缝中的气孔会严重影响密封件的气密性。玻璃焊法焊缝中会产生较大残余应力，并容易形成裂纹、气孔、空洞等缺陷，玻璃层本身也易受腐蚀，接头的高温稳定性差。胶接接头强度低，不能承受高温，易老化，严重影响了连接件的使用寿命和可靠性。机械连接构件的气密性不足，蓝宝石螺孔加工困难，且容易产生应力集中而开裂。钎焊法连接蓝宝石与金属主要为活性钎焊和间接钎焊。活性钎焊法接头有较大残余应力且不耐高温，间接钎焊法工艺较为复杂且接头强度不高。 

发明内容

本发明是要解决现有的钎焊法连接蓝宝石与金属存在着接头有较大残余应力且不耐高温、工艺较为复杂且接头强度不高的问题，而提供了一种钎料及其制备方法和利用钎料连接蓝宝石与铌或铌合金的方法。 

一种钎料，是由Ag粉、CuO粉、TiH₂粉、Si₃N₄纳米陶瓷颗粒和粘结剂制备而成的；其中，所述的Ag粉与CuO粉的质量比为1:（0.06~0.17），所述的Ag粉与TiH₂粉的质量比为1:（0.01~0.11），所述的Ag粉与Si₃N₄纳米陶瓷颗粒的质量比为1:（0.012~0.12），所述的Ag粉与粘结剂的质量比为1:（0.05~0.07）。 

所述的粘结剂，是由丙三醇、羟乙基纤维素和水混合而成；其中，所述的丙三醇与羟乙基纤维素的质量比为1:（3~7），所述的丙三醇与水的质量比为1:（90~92）。 

一种钎料的制备方法，具体是按以下步骤完成的： 

一、将Ag粉、CuO粉和TiH₂粉混合，向其中加入丙酮，然后，在氩气保护下，以200r/min~300r/min的速率球磨1h~3h，得到Ag-CuO-TiH₂粉；其中，所述的Ag粉与CuO粉的质量比为1:（0.06~0.17），所述的Ag粉与TiH₂粉的质量比为1:（0.01~0.11），磨球 与加入的混合粉料的质量比为（4~6）:1，Ag粉、CuO粉和TiH₂粉的质量总和与丙酮的体积的比为1g:（0.45mL~0.72mL）； 

二、向步骤一得到的Ag-CuO-TiH₂粉中，加入Si₃N₄纳米陶瓷颗粒和丙酮，进行混合，然后在真空度小于5Pa的条件下，以200r/min~300r/min的球磨速度，球磨2h~5h，得到钎料混合粉末；其中，Ag-CuO-TiH₂粉中Ag与入Si₃N₄纳米陶瓷颗粒的质量比为1:（0.012~0.12），磨球与加入的粉料的总和的质量比为（15~25）:1，Ag-CuO-TiH₂粉和Si₃N₄纳米陶瓷颗粒的质量的总和与丙酮的体积的比为1g:（0.5mL~0.8mL）； 

三、将步骤二得到的钎料混合粉末与粘结剂混合均匀，得到膏状钎料，即完成了钎料的制备；其中，所述的钎料混合粉末中的Ag与粘结剂的质量比为1:（0.05~0.07）。 

利用钎料连接蓝宝石与铌或铌合金的方法，具体是按以下步骤完成的： 

一、准备蓝宝石试样，打磨蓝宝石的待焊面至表面粗糙度为0.1μm~0.3μm，准备铌或铌合金试样，打磨至待焊面的表面粗糙度为0.1μm~0.2μm；清洁打磨后的蓝宝石试样与铌或铌合金试样的表面，得到待焊蓝宝石试样与待焊的铌或铌合金试样；