[发明专利]一种氧化锆或氧化锆基复合材料的低温快速焊接方法

说明书

技术领域

本发明属于氧化锆或氧化锆基复合材料焊接技术，具体涉及一种氧化锆或氧化锆 基复合材料的低温快速焊接方法，在500-1200℃温度范围内，在临界电流密度(实现 材料之间快速焊接所需的最小电流密度)辅助下实现材料之间快速焊接的方法。

背景技术

近半个世纪以来，随着对陶瓷材料理论研究的深入和开发利用，以ZrO₂陶瓷为代 表之一的高性能结构陶瓷在工程技术领域中越来越受到重视。氧化锆(ZrO₂)陶瓷是二 十世纪七十年代发展起来的一类具有很大应用前景的新型结构陶瓷，因为其具有优良 的力学性能及耐高温、耐腐蚀性，所以倍受海内外学者的瞩目。同时，虽然氧化锆或 氧化锆基复合材料具有高强度、高韧性等优良性能,但其低温和高温性能仍然不能满足 当前需要,而复合化是改善其性能的有效途径之一,即向氧化锆基体中添加颗粒、晶须或 片晶,利用其与基体的作用机制实现性能改善,从而形成了一系列氧化锆基复合陶瓷材 料。另外,自1975年GanrieHannik和Pascoet发现ZrO₂陶瓷相变增韧特性以来，以ZrO₂为 增韧剂的复合材料也得到了空前的发展。

不但在结构陶瓷领域倍受青睐，氧化锆或氧化锆基复合材料还被广泛应用于压电 元器件、陶瓷电容器等功能陶瓷领域。

目前关于氧化锆或氧化锆基复合材料材料焊接的研究大多是在一定的高温 (≥1200℃)下进行的，文献“MicrostructureandmechanicalProPertiesofsuPerPlastically joinedyttria-Partially-stabilizedzirconia(Y-PSZ)ceramics[J].JournaloftheEuroPean CeramicSociety2000,20:147-151.”报道了一种在1400℃下通过塑性变形实现氧化锆或 氧化锆基复合材料之间的焊接,该方法的实质是在一定的高温下通过离子的热扩散实 现陶瓷之间的焊接。有时为了降低焊接温度通过加入一定的中间层进行扩散焊或钎焊， 文献“JoiningofZirconia-to-ZirconiaUsingCaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃Glasses[J].Journalof theCeramicSocietyofJapan1996,104[4]:345-347”报道了采用CaO-MgO-SiO₂-Al₂O₃玻璃作为中间层，在1250℃和1350℃进行扩散焊接。这些方法不但焊接温度高,并且 需要的时间长(≥1小时)。文献“Electricfieldassistedbondingofceramics[J].Materials ScienceandEngineeringA,2000,287:159–170.”采用了电场辅助下的焊接，但由于其采 用的电流/电压小，没有达到临界值，所以其焊接行为与普通的没有电场辅助的焊接类 似，仍然需要在较高的温度(≥1200℃)和较长时间(≥1小时)下进行。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种氧化锆或氧化锆基复合材料的低 温快速焊接方法，通过在一定压强下(≥0.5MPa),500-1200℃温度范围内,给样品施加临 界值以上的电流密度，实现氧化锆或氧化锆基复合材料之间的快速焊接。

技术方案

一种氧化锆或氧化锆基复合材料的低温快速焊接方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将烧结致密的氧化锆或氧化锆基复合材料表面抛光；

步骤2：将需要焊接的氧化锆或氧化锆基复合材料表面紧贴在一起，施加0.1MPa 以上且低于氧化锆或氧化锆基复合材料的抗压强度，即施加的压力大小等于抗压强度 乘以焊接面积；

步骤3：加热到焊接温度为500℃≤T≤1200℃；

步骤4：在被焊接的部位上施加一个不小于临界值的电流密度的电流；并保持不 小于30s的时间，完成氧化锆或氧化锆基复合材料的焊接；所述不小于临界值的电流 密度的电流为：不小于临界值的电流密度乘以需要焊接的面积等于操作时所施加的电 流值。