[发明专利]一种用于低温快速焊接异质陶瓷的焊料

说明书

本发明涉及一种用于电场辅助下低温快速焊接异质陶瓷用的焊料，属于焊接领域。本发明提出的一种用于电场辅助下低温快速焊接异质陶瓷用的焊料，将稀土稳定氧化锆和氧化镁掺杂的氧化铝粉体均匀混合、压制成型、烧结后得到所述焊料；所述焊料中氧化锆和氧化铝的质量比为：2:8到8:2；所述烧结温度为1450‑1550℃。本发明提出的一种用于电场辅助下低温快速焊接异质陶瓷用的焊料，不仅实现了氧化锆和氧化铝异质陶瓷之间的高效焊接；并且可以通过调节焊料中掺杂物的浓度对焊接速率进行控制；同时，可以通过调节焊料的组成对焊接界面的强度进行调控。此外，由于使用了焊料以及焊接温度较低，并且焊接时间较短，焊接样品的热应力也因此被消除，有益于焊接强度的提高。

技术领域

本发明涉及一种用于低温快速焊接异质陶瓷的焊料，属于焊接领域。

背景技术

异质陶瓷之间的焊接对于扩大其应用范围、更大限度的满足实际需要具有重要意义。例如氧化锆(ZrO₂)和氧化铝(Al₂O₃)陶瓷作为典型的氧化物陶瓷在工程技术领域一直受到重视，二者之间的焊接已被广泛应用于航空、运输以及能源等领域(“T.Nagano,H.Kato,Diffusion Bonding of Zirconia/Alumina Composites.Journal of the AmericanCeramic Society,73[11](1990)3476–3480”“M.Boniecki,D.Kaliński,Z.Librant,W.Superplastic joining of alumina and zirconia ceramics.Journal ofthe European Ceramic Society.27(2007)1351–1355”)。ZrO₂陶瓷因为具有优良的力学性能及耐腐蚀性，良好的化学稳定性和氧离子电导性，所以在工业、航空航天以及生物医疗领域被广泛应用。同时，Al₂O₃陶瓷由于其高强度、高硬度以及良好的化学稳定性和电绝缘性而作为结构陶瓷和电子陶瓷被广泛应用。虽然这两种典型的氧化物陶瓷都具有其各自的优点，但由于他们具有不同的力学性能以及电性能，因此有时候需要将二者结合起来使用。采用材料连接的方法来制备氧化锆和氧化铝的复合构件是解决这一问题的行之有效的方法。

传统上对这两种材料之间的焊接多是在一定的高温下进行的，这种方法焊接温度往往较高(≥1200℃)，且焊接时间较长(≥2小时)。使用活性金属作为焊料虽然可以降低焊接温度，然而焊接的构件使用温度较低，并且引入外来元素有可能会污染被焊接的材料。(“Wetting，spreading and joining in the alumina–zirconia–Inconel 738system[J].Scripta Materialia 50(2004)325–330”)。专利“一种氧化锆或氧化锆基复合材料的低温快速焊接方法”介绍了一种采用高于临界值的电场辅助的方法来进行氧化锆或氧化锆基复合材料之间的低温快速焊接。由于这两种材料之间的微观结构不同，采用电场辅助的方法无法对其进行直接焊接。

基于以上原因，本发明采用稀土掺杂的氧化锆和氧化镁掺杂的氧化铝作为焊料，在一定温度下给样品施加一定电场进行氧化锆和氧化铝陶瓷之间的低温快速焊接。由于焊料中同时包含氧化锆和氧化铝，因此氧化锆和氧化铝陶瓷可以分别和焊料中的相同成分之间进行扩散传质，进而实现二者之间的焊接。而当焊料中哪一相的含量越高时，该种陶瓷和焊料之间的界面结合强度则越高。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于电场辅助下低温快速焊接异质陶瓷用的焊料，该焊料由稀土掺杂的氧化锆和氧化镁掺杂的氧化铝组成，通过控制氧化锆和氧化铝中掺杂物的浓度来控制焊接速率，而焊接面的强度则通过调节焊料中氧化锆和氧化铝的比例来控制。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。