[发明专利]低成本、自活化焊接陶瓷的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种低成本、自活化焊接陶瓷的方法及其应用，方法包括以下步骤：将中间层夹在2个待焊陶瓷之间形成三明治结构，用外加热源对三明治结构进行加热，将超声装置的超声头按压在1个待焊陶瓷上朝向另1个待焊陶瓷施加压力且使超声装置进行超声直至形成焊缝，关闭超声装置并停止外加热源加热，待三明治结构冷却至室温20～25℃后将超声装置的超声头从待焊陶瓷上移开，完成陶瓷的焊接，将多元钎料设计成多层金属箔的结构作为中间层，金属箔不仅易制备而且成本低，由于超声波的作用，使得钎料可以瞬间熔化发生界面反应，明显缩短保温时间，且在正常大气作用下就可完成焊接，提高了焊接效率，提高了焊接接头性能，使焊接强度显著提升。

技术领域

本发明属于材料焊接与连接技术领域，具体来说涉及一种低成本、自活化焊接陶瓷的方法及其应用。

背景技术

陶瓷材料具有许多优异的性能，如耐高温、耐磨损、高强度等，在航天、机械、能源等诸多领域都有着重要应用。但是陶瓷材料的塑性较低、韧性差、耐冲击性差，对于尺寸较大、形状复杂的陶瓷零件，难以加工成形，所以需要研究陶瓷间的互连技术用以制备复杂的陶瓷结构。由于母材在钎焊过程中不熔化，因此钎焊在连接陶瓷材料时有其独特的优点。这使得钎焊与扩散钎焊成为陶瓷连接中最常用、最可能实现大规模工业化的连接方法。

活性钎焊又称直接钎焊，是较为常用的陶瓷焊接方法。采用含有活性元素的多元钎料时焊接陶瓷的实验结果表明：活性钎料可以实现活性元素与母材的化学冶金结合，实现反应润湿。现阶段主要采用以Hf-Ag、Zr-Ag、Ag-V、Au-Ni、Au-Cu、Cu-Zr等为代表的二元系钎料，或者以Ag-Cu-Ti、Ag-Cu-Hf、Ag-Ni-V、Cu-Pd-Ti、Au-Ni-V、Ni-Cr-Si等为代表，在共晶钎料中加入Ti、V、Zr、Cr和Hf等活性元素形成的三元系钎料，或者以Au基、Co基、Pd基为代表的多元系钎料，如Cu-Pd-Ti-Zn，Au-Pd-Co-Ni-V等，来焊接氧化物陶瓷，如Al₂O₃、SiO₂、ZrO₂等，氮化物陶瓷，如Si₃N₄、AlN等，碳化物陶瓷，如SiC等，硼化物陶瓷，如ZrB₂等，以及陶瓷基复合材料，如C_f/SiC陶瓷基复合材料，Ti(C，N)-Al₂O₃陶瓷基复合材料等。

但是采用活性钎焊焊接陶瓷时，存在三个主要面临的问题：很多陶瓷连接结构件需要在高温下使用，故需要更加耐高温的连接接头，但是钎焊过程中如果温度过高，界面附近形成过多脆性金属间化合物的问题，使焊接接头易于发生脆断，而且对于陶瓷基复合材料而言，增强体通常为纤维和晶须，这些增强体在高温条件下可能导致性能下降，焊接温度条件非常苛刻；钎焊过程中，由于多元钎料中的活性元素化学性质活泼，为避免在高温下与氧气发生化学反应，使得陶瓷的活性钎焊必须在真空中或者惰性气体保护下进行；常用的活性钎料元素如Ti、Zr、Hf、Cr和V等由于本身活性大，故含有这些活性元素的钎料按传统的合金制备工艺很难制备成形，因此制备活性钎焊所需的钎料不仅工艺过程繁琐，而且成本相对较高。除此之外，还有钎料在陶瓷母材表面的润湿程度低、焊接过程不易操控、焊接时间过长等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低成本、自活化焊接陶瓷的方法，针对本发明技术方案中的待焊陶瓷和中间层(钎料)，采用本发明的方法不但具有能够在大气环境下进行，而且还具有提高焊接接头强度和缩短焊接时间的效果。

本发明的另一目的是提供上述方法获得的焊接接头。

本发明的另一目的是提供上述方法在缩短形成焊缝时间中的应用。

本发明的另一目的是提供上述方法在提高焊接接头剪切强度中的应用。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

一种低成本、自活化焊接陶瓷的方法，包括以下步骤：