[发明专利]一种碳化硅陶瓷与镍基高温合金钎焊方法

说明书

一种碳化硅陶瓷与镍基高温合金钎焊方法，属于焊接领域。采用不同的层状结构材料，将片状高熵合金钎料、纯Ni片、片状CoCrNi中熵合金用粘结剂粘结在碳化硅陶瓷和镍基高温合金中间，最终形成的顺序依次为：镍基高温合金、片状高熵合金钎料、纯Ni片、片状高熵合金钎料、片状CoCrNi中熵合金、片状高熵合金钎料、碳化硅陶瓷；然后焊接。可以在高温下实现SiC与镍基高温合金可靠连接。

技术领域

本发明涉及一种SiC陶瓷与镍基高温合金钎焊方法及高熵合金钎料，属于异质材料高温钎焊领域。

背景技术

碳化硅(SiC)陶瓷具有高温强度高、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数(CTE)小、硬度高以及抗热震性能优异等优良特性，其构件与金属或金属基复合材料钎焊连接的接头广泛地应用于航空航天、核能、机械、石油、光学、集成电路等领域，但由于SiC陶瓷材料表面难以被钎料润湿，与金属物性相差极大，热膨胀系数不匹配，界面易形成大量金属间化合物等等不利因素，使得在高温下实现SiC与镍基高温合金可靠连接，十分困难，因此设计一种可以在1100-1200℃高温环境下有效润湿陶瓷界面，且不至于剧烈反应的高温钎焊方法及材料，对于促进其在航空、航天以及其他相关领域的工程应用具有一定的意义。

发明内容：

本发明提供一种碳化硅陶瓷与高温合金钎焊方法及中间钎焊所使用的材料，采用不同的层状结构材料，是以位于周期表中第4周期的第一过渡系元素为基础，添加Ti等活性元素，选用CoCrNi中熵合金和纯Ni分别作为缓解残余应力的硬性中间层和软性中间层加入到高熵合金钎料之中。

一种碳化硅陶瓷与高温合金的钎焊方法，包括步骤如下：

步骤一：将中间钎焊采用的材料：高熵合金钎料、纯Ni、CoCrNi中熵合金制备成箔片；对碳化硅陶瓷、镍基高温合金表面进行打磨，由于SiC陶瓷硬度很高，使用轧辊机的轧辊对表面进行打磨，然后对片状高熵合金钎料、纯Ni片、片状CoCrNi中熵合金超声清洗；

步骤二：将片状高熵合金钎料、纯Ni片、片状CoCrNi中熵合金用粘结剂粘结在碳化硅陶瓷和镍基高温合金中间，最终形成的顺序依次为：镍基高温合金、片状高熵合金钎料、纯Ni片、片状高熵合金钎料、片状CoCrNi中熵合金、片状高熵合金钎料、碳化硅陶瓷；

步骤三：将上述多层结构置于高温钎焊炉中，为防止高温钎焊中钎料挥发，同时保证气氛，使用两件Al₂O₃陶瓷器皿将上述多层结构套住，器皿之间的接触缝隙中埋入直径为0.5mm-1mm的Al₂O₃陶瓷颗粒封堵；

步骤四：在真空钎焊炉中进行加热，先加热至400℃，停留10-20分钟，其中升温速率：4.5℃-6℃/min；后继续加热至800℃在800℃保温20-30分钟，其中升温速率：4.5℃-6℃/min；然后继续升温至1120℃并保温23-37分钟，其中升温速率：4.5℃-6℃/min；随后降温冷却降至400℃，这一过程降温速率：4.5℃-6℃/min，然后随炉自然冷却；钎焊完成后，其中高熵合金钎料、纯Ni、CoCrNi中熵合金仍然保持原有的层次结构。

每一层高熵合金钎料片的厚度为0.08-0.1mm，成分为：27-35at％Cu，27-35at％Mn，8-12at％Cr，9-12at％Co，6-11at％Fe，3-7at％Ti；片状CoCrNi中熵合金的厚度为0.15-0.2mm，CoCrNi中熵合金的成分为：34-35at％Co，33-35at％Ni，30-33at％Cr；纯Ni片厚度为0.15-0.2mm，Ni的纯度大于99.9％。