[发明专利]一种陶瓷坯件在线反应连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷材料领域，特别涉及一种陶瓷坯件在线反应连接方法。

背景技术

陶瓷材料耐高温、耐腐蚀、耐磨损以及具有不同的功能特性而广泛应用于机械、化工、电子、航空航天等领域，目前越来越受到重视。由于陶瓷材料的脆性、硬度高和冲击韧度低,因而其加工性能差,制造大尺寸复杂形状的零部件较为困难,通常需要通过陶瓷之间的连接技术或与金属材料组成复合结构来制取复杂形状的零部件。

目前用于陶瓷材料连接的主要方法有钎焊、扩散焊和反应连接等。钎焊前需要将连接面进行研磨甚至是抛光平滑处理，焊接时需加一定的压力，促使连接面进行冶金反应和焊料向陶瓷中渗透，熔化的活性钎料润湿连接陶瓷部件从而形成接头。钎焊连接陶瓷的主要不足是钎焊接头的强度低于母材，接头中因异种材料的热膨胀系数不匹配而产生应力等。扩散焊陶瓷材料时焊接面，中间层表面都需要抛光处理，焊接时需要较高的压力，使得陶瓷连接面与中间层紧密接触，接触面间的原子相互扩散从而形成牢固的接头。扩散焊连接技术存在连接压力高，构件易变形，对复杂构件不能均匀施压等缺点。钎焊和扩散焊都需要对母材进行复杂的加工过程，并且连接层都是金属合金，性能不能与母材相匹配，材料的均一性差。

反应连接法是从SiC反应成形中发展起来的，目前主要用于连接SiC陶瓷及纤维增强的复合材料。反应成形连接方法的独特之处在于通过接合界面成分和结构的设计，使其力学、热学等性能十分接近于被连接母材的性能，而且反应连接工艺的温度相对较低，工艺简单不需要高温卡具来装卡部件。一种研究得比较成功的反应连接技术是ARCJoinT(Affordable,Robust Ceramic Joining Technology)工艺，它是由美国NASA的Lewis研究中心研制成功的新型陶瓷连接技术。用该工艺已成功连接烧结SiC、反应烧结SiC，具有迄今最高的高温连接强度。该工艺过程为：首先把碳质混合物放置到待连接区域，这些碳质混合物用夹具固定住，在100～120℃温度下凝固10～20min，以便把连接件固化在一起，把硅或硅合金以片状、膏状或浆状的形式放到接点区域周围，然后根据浸渗剂的类型，在1250～1425℃温度之间对其进行加热并保温10～15min，融熔硅或硅-难熔金属合金与碳反应，形成具有可控硅含量的碳化硅，而且根据合金成份可以决定其他的相成份。接点的厚度通过调节含碳混合物的性能和提供的夹持压力进行调整。

该反应连接工艺是对RB-SiC陶瓷的连接，需要对碳化硅陶瓷的连接面进行抛光处理，因此连接面的加工难度大。渗硅过程中可能导致最终材料中出现不均匀性以及不期望出现的收缩，并且渗硅过程重复，这无疑会增加材料制造成本。

发明内容

本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种连接处与母材的结构性能一致，材料的精度和均匀性好的陶瓷坯件在线反应连接方法。

为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：

一种陶瓷坯件在线反应连接方法，包括以下步骤：

1)准备至少两个分别由含碳材料制成的陶瓷坯件；

2)制备粘结剂：

a、将聚丙烯酰胺加入水中，搅拌使之充分溶解，再加入胶粘剂，配置聚丙烯酰胺溶液；

b、将Si粉、C粉及碳化硅微粉依次加入聚丙烯酰胺溶液中，配置成料浆；

c、然后对料浆进行球磨，得到粘结剂；

3)将至少两个陶瓷坯件通过至少一个连接面连接成一个复合体，在陶瓷坯件的连接面之间涂覆粘结剂，然后进行固化，固化后干燥，得到复合坯体；

4)将固化后的复合坯体熔渗反应形成陶瓷部件。

所述熔渗反应包括在陶瓷坯件及陶瓷坯件之间的连接面上放置硅或硅合金，然后将放置硅或硅合金的复合坯体在1350℃-1700℃的温度下渗硅处理，使得陶瓷坯件及粘结剂中的碳与硅原位反应生成β-碳化硅结合的整体陶瓷部件。

所述渗硅处理的时间为1-3小时。

所述粘结剂包括以下重量百分含量的组分：

水25-35％，聚丙烯酰胺5-7％，胶粘剂1-2％，碳化硅微粉30-45％，硅粉10-20％，碳粉5-8％；

优选地，所述粘结剂包括以下重量百分含量的组分：

水31.34％，聚丙烯酰胺6.07％，胶粘剂1.48％，碳化硅微粉38.43％，硅粉15.95％，碳粉6.76％。