[发明专利]一种钎焊ZrB2-SiC陶瓷的活性非晶钎料及其制备方法和钎焊工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种钎焊ZrB₂-SiC陶瓷的活性非晶钎料及其制备方法和钎焊工艺，具体涉及一种钎焊ZrB₂-SiC超高温陶瓷材料的Cu-Ti-Ni-Zr高温活性非晶态钎料及其制备方法和钎焊工艺，属于非晶态和冶金领域的钎焊材料。

背景技术

近年来，随着航天航空技术的快速发展和跨越式进步，高超声速飞行器、空天飞机、可重复使用跨大气层飞行器等已经成为各国竞相研究的热点，高超声速飞行器可重复使用、长时间、高马赫数飞行的服役特征对飞行器关键热部件的材料的综合性能提出了越来越高的要求。在众多的高温材料中，超高温陶瓷材料因其具有优异的高温及超高温(＞2100K)综合性能，是有望解决未来高超声速飞行器超高温防热问题最具潜力的材料之一，近年来成为国内外材料研究人员的研究热点。

ZrB₂因具有较低的密度(6.09g/cm³)、较高的热导率(65-135W/m·K)、适中的热膨胀系数和较高的抗氧化烧蚀性能，被广泛认为是一种非常有前途的非烧蚀型超高温防热材料。同时，增强相SiC颗粒的加入，进一步改善了ZrB₂的热稳定性和机械性能，以及材料的抗氧化烧蚀性能，使得ZrB₂-SiC超高温陶瓷材料受到国际材料界极大的关注。然而，ZrB₂-SiC超高温陶瓷材料因材料硬度高、脆性大、加工成型性差，很难通过直接加工成型的方法实现形状复杂构件或者大尺寸构件的制造生产，传统的复杂形状超高温陶瓷构件通常由机械加工或电加工方法获得。然而，电加工工艺复杂、成本高昂，而且会对超高温陶瓷构件造成无法避免的加工损伤,这些都极大限制该材料的实际应用。近年来，国内外众多科学工作者进行了大量复杂形状陶瓷材料构件的连接方法的尝试，这为大尺寸异型超高温陶瓷材料结构件的获得提供了新的思路。在众多连接方法中，扩散连接和活性钎焊连接被认为是最为有效的两种方法。钎焊技术因其工艺简单、连接强度较高、接头尺寸和形状的适应性广、成本较低、适合工业化生产等优势而成为超高温陶瓷材料连接的首选技术。

目前，在较为常见的Cu基、Ni基活性钎料中，由于大量活性元素的存在，钎料本身脆性较大，难以制备成箔片状使用；同时，获得的钎焊样品的接头强度较低，这些不利因素均大大的限制了活性钎料的实际应用。在众多的活性钎料体系中，非晶态钎料所显示出的奇妙效能最令人瞩目。与常用的脆性粉状钎料、带状钎料和丝状晶态钎料相比,非晶态钎料具有许多独特的优点，诸如，焊缝组织和成分均匀、润湿性、流动性好、成分可调、使用方便等。因此，采用一定的非晶合金设计方法和非晶合金制备技术开发出新型的箔片状活性钎料对于ZrB₂-SiC超高温陶瓷材料的连接具有极其重要的理论和实用价值。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供出一种钎焊ZrB₂-SiC陶瓷的活性非晶钎料及其制备方法和钎焊工艺，解决了目前采用普通Cu基、Ni基和Ag基钎料连接ZrB₂-SiC超高温陶瓷材料的室温性能差和钎料本身脆性大的问题。本发明采用相应的设计方法和快速凝固技术制备的非晶态钎料可以大幅度提高ZrB₂-SiC超高温陶瓷材料的室温性能。

2、技术方案

为了解决上述问题，本发明的钎焊ZrB₂-SiC陶瓷的活性非晶钎料，其特征在于：所述钎料的组分及含量按原子百分数为：Cu：36.0～42.0％；Ti：30.0～35.0％；Zr：16.0～23.0％；其余为Ni。

上述非晶钎料是按下列步骤和工艺制备而成：

(1)将电解铜块(Cu)、海绵钛(Ti)、碘化锆(Zr)和镍片(Ni)粉碎后，在电子天平上按照上述配方称量原材料，Cu、Ti和Ni的纯度在99.9％以上，Zr的纯度达到99.99％以上；

(2)将按上述配方的配料置于DHL-500II型的电弧炉甩带机联合设备中的真空磁控钨极电弧炉中，电弧炉内共有五个工位(半球窝)，三个熔炼合金工位(带磁搅拌)，一个吸铸工位，一个熔炼除气工位，其中熔炼除气工位中放置海绵钛样品，三个熔炼合金工位可同时放三种同配方或不同配方的配料；

(3)熔炼前，先利用机械泵将炉内真空抽至10^-1Pa，保持3分钟，之后打开分子泵将炉内真空抽至6.0×10^-3Pa以上，再充入高纯氩气至-0.05MPa；