[发明专利]一种热膨胀系数梯度渐变铜基钎料及其制备方法

说明书

本发明公开一种热膨胀系数梯度渐变铜基钎料及其制备方法，包括金属粉末、热膨胀系数调节粉末、活性剂和分散剂，其制备方法为将机械合金化的金属粉末与活性剂混合获得混合粉末A，将其等分成n等份，将热膨胀系数调节粉末和分散剂混合获得混合粉末B，并将其等分成n(n‑1)/2等份；将第一份混合粉末A与0份混合粉末B混合获得混合粉末AB1，第n份混合粉末A与n‑1份混合粉末B混合得到混合粉末ABn；将混合粉末AB1均匀撒在热压烧结磨具中获得第一层粉末层，以此类推，制备第n层粉末层，将n层粉末进行真空热等静压获得静压坯料，对静压坯料进行多道次冷轧后获得铜基钎料，本发明降低接头残余应力，提高接头强度，解决传统钎料钎焊陶瓷‑金属时可靠性差的难题。

技术领域

本发明涉及钎焊材料和异种材料的钎焊技术领域，具体涉及一种热膨胀系数梯度渐变铜基钎料及其制备方法。

背景技术

陶瓷或陶瓷基复合材料具有高硬度、强耐磨，以及良好的高温力学性能、高温抗氧化性和抗热震性能，在航空航天、汽车、石油化工领域具有广泛的应用，然而陶瓷塑性差、脆性高的特点使其难以加工成形复杂陶瓷构件。金属材料具有良好的韧性和可加工性能，但高温力学性能较差。因此，选择有效的连接方法，将陶瓷与金属连接起来获得陶瓷-金属复合构件，从而把二者的优点结合起来，充分发挥陶瓷材料的优异性能并拓宽其应用范围。

钎焊具有工序简单、接头形式适应范围广、成本低等优点，广泛应用于陶瓷-金属的连接。然而，由于陶瓷与金属的热膨胀系数相差悬殊，导致钎焊后接头产生较大的残余应力，甚至存在局部应力集中，极易产生焊接裂纹，极大降低接头强度。因此，降低残余应力是实现陶瓷-金属高强度钎焊连接的关键。

为降低残余应力，常用的解决方法为：（1）降低钎焊温度：钎焊温度主要取决于钎焊材料，因此降低钎焊温度应选用熔化温度较低的钎料。对于陶瓷-金属的钎焊，常用钎料有银基钎料、镍基钎料和铜基钎料，其中银基钎料主要为Ag-Cu-Ti钎料，其熔化温度低，但由于银的存在而造成成本高，且银基钎料强度低，不适用于有强度要求的钎焊接头；镍基钎料主要为Ni-Cr、Ni-Cr-B-Si和Ni-Cr-B-Si-Mo钎料，该钎料强度高，但熔化温度高，钎焊接头残余应力较大；与镍基、银基活性钎料相比，铜基钎料熔化温度适中，生产成本低，具有较好的经济性，但目前市售的铜基钎料主要为CuSnTi钎料，钎料中Sn元素含量较高，显微组织含有大量大块状或长条状SnTi化合物，显著增加钎料的脆性，造成钎料强度低，性能不稳定；（2）添加中间缓释层：为补偿由热膨胀系数差异而引起的塑性变形，常在钎焊接头中添加单层或多层塑性良好的铜薄带或镍薄带（缓释层），添加方式有“钎料-缓释层-钎料”或“钎料-缓释层1-钎料-缓释层2-钎料”，然而这种直链式缓释层不仅容易产生钎焊缺陷，还会产生钎料与缓释层之间的相互作用应力，导致钎焊性能不稳定；（3）复合钎料：复合钎料是通过向钎料中添加低膨胀系数的增强颗粒制备而成，常用增强体颗粒为WC颗粒、TiN颗粒、SiC颗粒、Al₂O₃颗粒、Cr₂O₃颗粒、高熔点金属单质粉（如Mo粉）和碳纤维等，其目的是提高银基钎料的强度，在银基钎料中起颗粒强化作用，但颗粒含量不能超过10 vol%，对复合钎料的热膨胀系数降低不明显，同时，由于传统钎料对增强颗粒的润湿性差，增强颗粒与钎料基体之间为机械耦合连接，形成未熔合、微裂纹等界面缺陷，不利于提高钎焊接头强度。因此，为解决上述方法存在的问题，开发一种更适用于钎焊热膨胀系数差异较大异种接头的热膨胀系数梯度渐变钎料，对实现金属-陶瓷的高强度连接具有重大意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种热膨胀系数梯度渐变铜基钎料及其制备方法，降低接头残余应力，提高接头强度，使得陶瓷或陶瓷基复合材料与金属进行钎焊连接时不易开裂。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种热膨胀系数梯度渐变铜基钎料，其按重量份数包括70～85份金属粉末和15～30份热膨胀系数调节粉末；