[发明专利]纳米颗粒增强的Ag基复合钎料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合钎料及其制备方法。

背景技术

先进的陶瓷材料具有耐高温、抗腐蚀、耐磨及尺寸稳定、弹性模量大、热膨胀系数小、比强度高和化学性质稳定等特点，在航空、航天、军工、核能、汽车及刀具等领域有着广阔的应用前景。然而由于大多数陶瓷材料塑性差，冷加工困难，不易制成大型或形状复杂的构件，因而其单独使用受到一定的限制。陶瓷结构件在实际应用时，经常采用连接技术制成陶瓷-金属复合构件，这样既可以发挥陶瓷和金属各自的优良性能，又能降低生产成本。但陶瓷与金属在化学键型、微观结构、物理性能和力学性能等方面存在较大的差异，采用常规的熔焊方法很难将它们连接在一起。活性金属钎焊以其简单的焊接工艺、较低的经济成本和高质量的钎焊接头在陶瓷-金属连接方面获得了关注，成为实现陶瓷和金属连接应用最广泛的技术。其中，AgCuTi钎料具有较好的综合性能，成为陶瓷-金属钎焊应用最多的活性钎料。然而，目前常规Ag基钎料在钎焊陶瓷和金属时还存在以下问题：

1、由于常规Ag基钎料的高温强度较低，导致采用常规Ag基钎料获得的陶瓷-金属钎焊接头有效使用温度不超过400℃，无法满足先进陶瓷材料的高温应用。

2、由于常规Ag基钎料具有较大的热膨胀系数，形成的钎缝在焊接过程中与两侧母材不能较好匹配，导致在钎焊接头区域特别是在陶瓷和钎缝界面处形成较大的残余应力，大大降低了接头强度。

发明内容

本发明为了解决常规Ag基钎料钎焊陶瓷和金属获得的接头使用温度低、高温环境下接头性能差的技术问题，提供了一种纳米颗粒增强的Ag基复合钎料及其制备方法。

纳米颗粒增强的Ag基复合钎料按照重量份数由60～70份Ag粉、19～29份Cu粉、4～12份Ti粉以及1～10份的纳米Si₃N₄颗粒制成。

纳米颗粒增强的Ag基复合钎料的制备方法如下：

一、备料：按照重量份数称取60～70份Ag粉、19～29份Cu粉、4～12份Ti粉和1～10份的纳米Si₃N₄颗粒；

二、球磨：将Ag粉、Cu粉、Ti粉以及纳米Si₃N₄颗粒和材质为Si₃N₄陶瓷的磨球在球料比为10～16∶1、填料比为45％～55％的条件下装入球磨罐中，抽真空后充入氩气，然后在转速为150r/min～250r/min的条件下间歇性球磨1～4小时，即得纳米颗粒增强的Ag基复合钎料。

本发明在常规的Ag基活性钎料中添加纳米尺寸的陶瓷颗粒形成纳米颗粒增强的Ag基复合钎料。采用本发明的复合钎料在合适的钎焊工艺条件下钎焊陶瓷和金属，可以在钎缝中形成弥散分布的细颗粒化合物相，这样形成了具有颗粒增强Ag基复合材料组织的钎缝。一方面，通过第二相粒子强化钎缝，使其具有更高的室温及高温性能，并可以提高接头的使用温度。另一方面，复合钎缝中细颗粒相的形成，一定程度上可以降低钎缝自身的热膨胀系数，并提高其弹性模量，使钎缝能更好的和两侧母材相互匹配，显著降低了接头区域的残余应力，进一步提高接头强度。

采用本发明中复合钎料钎焊Si₃N₄陶瓷和TiAl合金获得的接头在400℃高温环境中抗剪强度可达156MPa，比直接采用商用AgCuTi钎料钎焊获得的接头强度提高2倍。本发明制备的纳米陶瓷颗粒增强Ag基复合钎料采取预置钎料方式，在880℃/5min条件下钎焊Si₃N₄陶瓷和TiAl合金获得了完整陶瓷-金属钎焊接头，其室温抗剪强度可以达到115MPa。

采用本发明中制备的纳米陶瓷颗粒增强Ag基复合钎料可以实现Si₃N₄陶瓷和TiAl合金的高质量钎焊连接，钎料润湿性良好且界面反应充分，接头内不存在焊接缺陷，说明本发明中得到的纳米陶瓷颗粒增强Ag基复合钎料完全可以满足陶瓷-金属异种材料的钎焊要求。

附图说明

图1表示实验一制备的纳米颗粒增强的Ag基复合钎料的二次电子扫面照片；图2表示实验一制备的纳米颗粒增强的Ag基复合钎料钎焊Si₃N₄陶瓷和TiAl合金接头界面微观组织的形貌图；图3表示实验一制备的纳米颗粒增强的Ag基复合钎料钎焊Si₃N₄陶瓷和TiAl合金接头压剪断口照片。

具体实施方式