[发明专利]一种用玻璃焊料连接氮化硅陶瓷复合结构的方法

说明书

一种用玻璃焊料连接氮化硅陶瓷复合结构的方法，涉及一种连接氮化硅陶瓷的方法。本发明是要解决现有的氮化硅陶瓷复合连接结构不抗高温、性能差的技术问题。本发明采用高温玻璃焊料连接技术，首次实现了多孔氮化硅陶瓷与致密氮化硅陶瓷复合结构的连接，接头具有高强度、耐高温的特点和优势，解决了氮化硅陶瓷复合结构不耐高温的问题；本发明制备的焊料具有优异的析晶性，高结晶率使得连接层析出高熔点陶瓷相结构，提高了接头耐高温性能，焊接完成后的氮化硅陶瓷复合结构能在850℃条件下长时间使用，在1000℃短时使用；本发明的玻璃焊料在经过焊接热循环后发生析晶，形成了玻璃‑陶瓷结构，是保证焊缝能够耐高温的关键技术。

技术领域

本发明涉及一种连接氮化硅陶瓷复合结构的方法。

背景技术

氮化硅陶瓷材料是一种具有低密度、高强度、耐高温及热膨胀系数优异的陶瓷材料，应用范围广泛，如天线罩、发动机转子等。其中多孔氮化硅陶瓷由于其奇特的孔隙结构使得其密度较低(＜2g/cm³)，综合性能优异，但强度远低于致密氮化硅陶瓷。若将两者进行连接制备成复合结构，则一方面有利于发挥致密陶瓷的强度优势，提高多孔陶瓷的结构强度，另一方面可获得外层致密，内层镂空的双层结构，达到结构件的轻量化效果，同时致密氮化硅陶瓷具有优异的耐高温抗氧化性，可防止内层多孔氮化硅陶瓷氧化。目前有关氮化硅陶瓷的连接技术包括钎焊、扩散焊、瞬时液相连接等，但对多孔氮化硅陶瓷与致密氮化硅陶瓷的连接研究较少，且根据应用环境的需要，需设计开发新型连接材料及技术。

发明内容

本发明是要解决现有的氮化硅陶瓷复合连接结构抗高温、性能差的技术问题，而提供一种用玻璃焊料连接氮化硅陶瓷复合结构的方法。

本发明的用玻璃焊料连接氮化硅陶瓷复合结构的方法是按以下步骤进行的：

一、将母材多孔氮化硅陶瓷与母材致密氮化硅陶瓷机加工到规定尺寸；

二、制备玻璃焊料：称取MgO、Li₂O、Al₂O₃和SiO₂混合均匀组成玻璃焊料的原料，其中MgO的质量分数为13％～25％，Li₂O的质量分数为3％～5％，Al₂O₃的质量分数为15％～22％，SiO₂的质量分数为50％～60％；

将玻璃焊料的原料置于氧化铝坩埚中进行熔炼(这一过程是使得各氧化物成分充分混合均匀且形成成分均匀的非晶玻璃)，然后快速倒入去离子水中(快速冷却是为了使得玻璃过冷来不及析晶，能够保留其非晶结构，有利于下一步焊接过程中焊料熔化及析晶)，得到玻璃熔渣，将玻璃熔渣进行球磨，过筛，干燥，即制备出玻璃焊料粉；

步骤三、焊接件装配：

当焊接表面为平面的装配结构时，采用压片法将步骤二制备出的玻璃焊料粉进行压片，得到玻璃焊料箔片，装配于步骤一制备出的多孔陶瓷与致密陶瓷之间，形成多孔陶瓷/焊料/致密陶瓷复合结构；

当焊接表面为异形焊接表面时，将PVA粘结剂与步骤二制备出的玻璃焊料粉进行混合，再进行压片，然后进行排胶处理，排胶后的料片装配于步骤一制备出的多孔陶瓷与致密陶瓷之间，形成多孔陶瓷/焊料/致密陶瓷结构；

步骤四、将步骤三装配好的多孔陶瓷/焊料/致密陶瓷复合结构放入气氛烧结炉中，在保护气氛中进行高温焊接，最终得到多孔陶瓷/致密陶瓷复合焊接结构。

本发明旨在解决现有的氮化硅陶瓷复合连接结构抗高温、性能差的技术问题，提出采用新型微晶玻璃焊料连接氮化硅陶瓷，通过在焊接热循环过程中，玻璃焊料原位析出陶瓷晶相，提高了焊缝的耐高温性，并与母材具有良好热匹配性，达到提高接头强度的效果。

本发明与现有技术对比具有以下有益效果：