[发明专利]一种连接碳化硅陶瓷的连接材料及其应用方法

说明书

本发明公开了一种电场辅助连接碳化硅陶瓷的方法及其采用的连接材料，属于碳化硅陶瓷材料领域，该方法为将连接层夹置在待连接碳化硅陶瓷材料之间，通过外部电场辅助加热连接界面至连接温度1000℃以上将待连接的SiC材料连接在一起；且连接层为厚度小于1mm的高熵合金片；连接层所用的材料为CoFeCrNiCuTi_x高熵合金。本发明对外部热源的要求较低，连接速度快，且连接后碳化硅陶瓷材料的力学强度性能较好，有利于节约成本，降低工业化生产难度，实现快速、高品质连接。

技术领域

本发明涉及碳化硅陶瓷材料领域，具体的涉及一种连接碳化硅陶瓷的连接材料及其应用方法。

背景技术

随着科学技术和产业需求的快速发展，对能够在极端恶劣的高温环境中服役的新材料的需求日益增长。碳化硅(SiC)陶瓷材料具有良好的耐磨性、稳定性、导热性、抗氧化性及优异的高温力学性能，可广泛应用于光学系统、空间技术、热防护、交通工具、能源技术等领域。然而，碳化硅陶瓷及其复合材料的高脆性及低延展性使其难以制成复杂的零部件，经常要与其它部件连接在一起组成复合结构来达到使用要求。因此，加强对碳化硅陶瓷及其复合材料连接问题的研究对扩大其工程应用具有重要意义。

然而，SiC本身具有的一些性质，如共价键、扩散系数小、惰性等，使得它的连接也存在一定的难度。目前，SiC的连接方法采用连接层，将其夹置在待连接的SiC材料之间，通过外部热源加热使连接界面达到一定温度(即连接温度)，从而将待连接的SiC材料连接在一起。碳化硅陶瓷及其复合材料的连接方法包括机械连接，摩擦焊接，高能量束焊接，微波连接，玻璃相连接，反应连接，活性钎焊，扩散连接，瞬间液相连接和部分瞬间液相连接等。其中，机械连接、活性钎焊、扩散连接、瞬间液相连接和部分瞬间液相连接是目前碳化硅陶瓷及其复合材料连接的主要方法。

合适的钎料及其良好的润湿性是实现良好接头的前提。高熵合金作为一种新型合金体系，其热力学上的高熵会促进元素间的混合，易于形成体心立方或面心立方固溶体结构，从而抑制脆性金属化合物的形成。动力学上高熵合金在凝固过程中，各元素之间的分离和扩散过程非常缓慢，导致成核及长大延迟，使微结构倾向于纳米化及非晶化。若作为钎料，其独特的热力学和动力学上的特性对于抑制钎焊过程中母材和钎料元素的过度溶解、减少界面处有害物质的产生、提高接头固溶强化能力等方面具有积极的作用。

连接材料所需的连接温度普遍较高，至少要高于1000℃，而现有的连接材料完全依靠外部热源提供热量，其需要外部热源提供的热量较高；且现有连接材料形成的连接层较厚，当外界热源供给热量以提高连接温度时，所需外部热源提供的热量增加，因此对外部热源的要求高，增加了成本，工业化生产难度大。另外，由于现有连接材料形成的连接层较厚，导致从碳化硅及其复合材料中扩散出来的硅原子和碳原子在连接层中的浓度较低，元素分布范围大，反应不充分，容易产生其他脆性相，从而影响连接后碳化硅陶瓷材料的力学强度性能。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题在于提供一种电场辅助连接碳化硅陶瓷的方法及其采用的连接材料，其对外部热源的要求较低，连接速度快，且连接后碳化硅陶瓷材料的力学强度性能较好，有利于节约成本，降低工业化生产难度，实现快速、高品质连接。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：

一种电场辅助连接碳化硅陶瓷的方法，为：先将连接层夹置在待连接的两块碳化硅陶瓷材料之间，然后采用电场辅助加热连接的方式，使连接界面快速升温至连接温度，从而通过连接材料将待连接的碳化硅陶瓷材料连接在一起；

所述连接层为CoFeCrNiCuTi_x高熵合金片，且所述CoFeCrNiCuTi_x高熵合金片的厚度小于1mm。