[发明专利]一种ZrB2

说明书

本发明属于无机复合材料连接技术领域，涉及一种ZrB₂基陶瓷的连接方法。本发明采用放电等离子烧结法连接ZrB₂‑SiC陶瓷，陶瓷间利用Ni粉作为钎焊填料。放电等离子烧结连接过程中，Ni在陶瓷集体中发生扩散并与陶瓷基体成分发生反应，结合放电等离子烧结法局部加热的特性，克服了连接时间长和连接件接头区域元素分布不均匀的问题、显著缩短了连接时长、得到的ZrB₂‑SiC/Ni/ZrB₂‑SiC陶瓷接头元素分布较均匀、接头力学性能良好。工艺过程中，陶瓷基体承受的环境温度相对较低，减缓了其晶粒的长大；放电等离子烧结连接方法具有等离子电场扩散的特点，有效促进了元素的扩散并使得Ni与陶瓷基体成分分布均匀。通过该方法提升了接头的结构完整性，提高了结构的力学性能。

技术领域

本发明属于无机复合材料连接技术领域，具体涉及一种ZrB₂基陶瓷的连接方法。

背景技术

超高温陶瓷(UHTC)在极端环境中能够保持物理和化学性质稳定，被认为是高超声速飞行器热防护系统最佳候选材料之一。UHTC主要应用于高超声速飞行器的鼻锥、前缘以及超燃冲压发动机燃烧室的关键高温部件。热防护部件尺寸大、形状复杂。然而UHTC无法克服陶瓷材料固有脆性大、加工成型性差等缺点，很难通过直接烧结或加工来完成复杂构件或者大尺寸构件的制造。这些缺点严重限制了UHTC在超高温热防护等尖端领域的应用。一种有效的UHTC的连接技术不仅能降低加工大尺寸、复杂形状的UHTC部件的技术难度及经济成本，而且还能应用于陶瓷材料修复等相关领域中。因此，有效的陶瓷连接技术对UHTC应用和发展拥有重要意义。

传统的连接方式主要分为：粘结剂连接及机械连接等。粘结剂连接是指采用有机或者无机的粘结胶，固化后实现对材料的连接。这种连接方法成本低、可操作性强，但是连接接头强度低、耐热性极差；机械连接主要指铆接、螺栓连接等传统方法，工艺简单、性能可靠，但是并不适用于脆性材料(陶瓷)，且连接强度较低。为了解决这些问题，新兴的反应连接法得到了快速发展。反应连接法一般采用一种或几种熔点比母材低的金属作为填料中间层，将其加热到某一温度，保温一段时间，从而实现填料快速扩散并与母材发生反应完成材料实现连接。反应钎焊法是超高温陶瓷连接最有效的连接方法。

目前，应用于ZrB₂-SiC陶瓷连接的反应连接法主要以热压法为主，这种方法可以有效连接不同陶瓷构件，但其耗时长、陶瓷基体晶粒生长过大降低了强度、连接区域元素分布不均匀、接头结构完整性差等问题仍难以解决。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，克服传统工艺中连接方法所存在的问题，提供一种耗时短、连接后基体晶粒尺寸小、连接区域元素分布均匀、结构完整性高的ZrB₂基陶瓷的连接方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种ZrB₂基陶瓷的连接方法，包括以下步骤：

1)以Ni粉作为钎焊填料，ZrB₂基陶瓷为基体；

2)采用放电等离子烧结法连接ZrB₂基陶瓷，连接步骤第一步为采用真空干燥箱对Ni粉进行烘干；连接步骤第二步为采用放电等离子烧结法连接ZrB₂基陶瓷，其具体过程为：在真空氛围中采用50℃/min升温至1200℃，保温30min，以25℃/min降温至600℃，随后随炉冷却至室温，在整个过程中压力设置为10MPa。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，原料以厚度45-50μm计，对于直径为20mm的ZrB₂基陶瓷基体，所取Ni粉取14.13-15.7mg。

本发明进一步的改进在于，步骤1)中，Ni粉的粒径为300-500nm。