[发明专利]一种缓解多孔氮化硅陶瓷与透明氧氮化铝陶瓷连接过程热应力的方法

说明书

本发明涉及一种缓解多孔氮化硅陶瓷与透明氧氮化铝陶瓷连接过程热应力的方法，采用多孔氧化铝陶瓷作为过渡层以缓解多孔氮化硅陶瓷与透明氧氮化铝陶瓷连接过程热应力，所述多孔氧化铝陶瓷的孔隙率为30～70%，优选为45～65%。

技术领域

本发明涉及一种以多孔氧化铝为过渡层缓解多孔氮化硅陶瓷与透明氧氮化铝陶瓷连接过程热应力的方法，属于异种陶瓷的连接领域。

背景技术

多孔氮化硅(Si₃N₄)陶瓷是一种具有高强度、耐高温、抗雨蚀、抗热冲击等综合性能优良的结构陶瓷材料，同时其介电常数低，介电损耗小，且具有可设计性，是一种理想的高温高频电磁透波材料，在运载火箭、飞船、导弹及返回式卫星等航天飞行器无线电系统中得到广泛应用。而氧氮化铝(AlON)陶瓷具有较高的机械强度、硬度和高的熔点，同时还具有优异的光学性能，其透过波长介于0.2-6μm之间，而在0.3μ-3μm间最高透过率高达80％，因而是近年来大力发展的窗口材料和罩体材料。将多孔氮化硅陶瓷与氧氮化铝透明陶瓷进行连接有望形成一种具有微波/红外复合透过功能的陶瓷天线罩材料，发挥出两种材料的集成优势。

但是多孔氮化硅陶瓷的热膨胀系数为3.2ppm/℃，而透明氧氮化铝陶瓷的热膨胀系数为7.8ppm/℃，当两者进行连接时，将在连接界面处产生很大的热应力，热应力的存在将导致透明氧氮化铝陶瓷开裂，且透明氧氮化铝陶瓷的断裂韧性较低，为1.4MPa·m^1/2左右，较难抵御裂纹扩展，使得连接失效。为了实现多孔氮化硅陶瓷和透明氧氮化铝陶瓷的有效连接，必须采取措施来缓解多孔氮化硅陶瓷与透明氧氮化铝陶瓷之间热膨胀系数失配所造成的热应力。

发明内容

针对上述问题，本发明的提供了一种缓解多孔氮化硅陶瓷与透明氧氮化铝陶瓷连接过程热应力的方法，采用多孔氧化铝陶瓷作为过渡层以缓解多孔氮化硅陶瓷与透明氧氮化铝陶瓷连接过程热应力，所述多孔氧化铝陶瓷的孔隙率为30～70％，优选为45～65％。

本发明选用孔隙率为30～70％(优选为45～65％)的多孔氧化铝陶瓷作为缓解多孔氮化硅陶瓷与透明氧氮化铝陶瓷连接过程热应力的过渡层。该多孔氧化铝陶瓷约为6.8～7.8ppm/℃，与多孔氮化硅陶瓷热膨胀系数差距变小，可进一步减小多孔氮化硅陶瓷与透明氧氮化铝陶瓷之间的热膨胀系数差异。而且该多孔氧化铝陶瓷过渡层具有多孔结构，先与多孔氮化硅陶瓷进行连接后再与透明氧氮化铝陶瓷连接，能够有效缓解连接过程中的热应力，避免透明氧氮化铝陶瓷开裂，实现多孔氮化硅陶瓷与透明氧氮化铝陶瓷的有效连接并提高其连接强度，为微波/红外双功能罩体材料的制备提供连接解决方案。

较佳地，包括：

将焊料固定在多孔氧化铝陶瓷和多孔氮化硅陶瓷之间，进行焊接处理，得到多孔氮化硅陶瓷/多孔氧化铝陶瓷组合件；

然后将焊料固定在透明氧氮化铝陶瓷和多孔氮化硅陶瓷/多孔氧化铝陶瓷组合件上的多孔氧化铝陶瓷之间，再进行焊接处理，使得多孔氮化硅陶瓷与透明氧氮化铝陶瓷连接完成；

所述焊接处理的气氛为氩气或氮气，温度为1350～1650℃，时间为10～120分钟。

又，较佳地，所述多孔氧化铝陶瓷和多孔氮化硅陶瓷之间的连接压力为0.01～0.2MPa，所述透明氧氮化铝陶瓷和多孔氮化硅陶瓷/多孔氧化铝陶瓷组合件上的多孔氧化铝陶瓷之间的连接压力为0.01～0.2MPa，确保焊接母材之间紧密贴合。

较佳地，所述多孔氧化铝陶瓷的厚度为1～6mm，当厚度小于1mm时，无法有效缓解热应力。

较佳地，所述焊料为氮氧玻璃焊料。

较佳地，采用冷冻干燥法制备多孔氧化铝陶瓷。氧化铝陶瓷，具有相对较低的介电常数和介电损耗。采用冷冻干燥法，可以得到具有连通孔结构的多孔氧化铝陶瓷，相互连通的孔结构有利于焊料的渗透。