[发明专利]用于碳化硅陶瓷及其复合材料的高温钎料制备及钎焊工艺

说明书

本发明公开了一种用于碳化硅陶瓷及其复合材料的高温钎料制备方法及钎焊工艺，其中用于碳化硅陶瓷及其复合材料的高温钎焊钎料的原料及配比为：高纯钛20‑30wt％，高纯硅70‑80wt％，碳化硼或碳化硅添加质量为高纯钛和高纯硅总质量的0‑10wt％。本发明利用真空钎焊工艺(钎焊温度：1350～1430℃；保温时间：5～45min；钎缝厚度：10～200μm)制备碳化硅钎焊接头。在焊接温度为1380℃，保温时间为20min，钎缝厚度为30μm，B₄C添加量为5wt％时，获得了最佳的钎焊接头，接头的最大室温剪切强度达到114MPa，具有较强的实用价值。

技术领域

本发明涉及一种用于碳化硅陶瓷及其复合材料的高温钎料制备方法及钎焊工艺，属于碳化硅陶瓷及其复合材料的连接领域。

背景技术

碳化硅及其复合材料是目前工业中应用最广泛的一类陶瓷结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造及核工业中均有应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对碳化硅陶瓷及其复合材料结构件的需求日益增多，使碳化硅的连接研究也随之深入。碳化硅的广泛应用促进了碳化硅焊接技术的发展，同时碳化硅焊接技术的发展又拓展了碳化硅的应用领域，因此碳化硅的焊接技术正成为目前研究的热点之一。

纯碳化硅的密度小(ρ＝3.22g/cm³)，熔点高，高温物理化学性能稳定，强度硬度高。通过长期的生产实践和科学实验，碳化硅及其复合材料是理想的候选材料，广泛用于机械制造、航空航天及核工业等方面，如防弹片，航空发动机燃烧室及核聚变堆包层结构材料等关键部件上。然而，碳化硅陶瓷及其复合材料的机械加工性较差，很难直接成型制备出尺寸大或形状复杂的复合材料部件，需要通过材料连接来实现，所以碳化硅材料的连接技术至关重要。但是，碳化硅的连接技术仍不完善，限制了碳化硅的实际应用，尤其是面向极端服役环境的碳化硅陶瓷及其复合材料结构件的连接技术。因此，需开发使用温度较高的钎料及其钎焊工艺，以满足耐高温、抗辐照等工况下使用的碳化硅及其复合材料结构件的制备需求。

发明内容

为了避免上述现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种用于碳化硅陶瓷及其复合材料的高温钎料制备方法及钎焊工艺。

本发明用于碳化硅陶瓷及其复合材料的高温钎料制备方法，其原料及配比为：

高纯钛(Ti) 20-30wt％，

高纯硅(Si) 70-80wt％，

(高纯钛和高纯硅的总质量之和为100％。)

碳化硼或碳化硅添加质量为高纯钛和高纯硅总质量的0-10wt％。

本发明用于碳化硅陶瓷及其复合材料的高温钎料制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将配比量的高纯钛和高纯硅混合熔炼，随炉冷却，凝固为钎料合金块；

步骤2：将步骤1所得钎料合金块加工成粉末(平均粒径1mm)，随后通过球磨机或粉碎机破碎成平均粒径5-20μm的钎料粉末；

步骤3：将步骤2获得的钎料粉末与碳化硼粉末或碳化硅粉末混合，获得复合钎料。

步骤1中，所述熔炼为非自耗电弧熔炼或真空感应熔炼。所述非自耗电弧熔炼是在氩气气氛中熔炼4-6次；所述真空感应熔炼是在真空度≤10^-2Pa、熔炼温度1500-1700℃条件下保温20-120min。

步骤3中，所述混合是通过球磨的方式或者通过机械搅拌加超声分散的方式混合。

步骤3中，碳化硼粉末或碳化硅粉末的粒径为0.5-10μm。

本发明用于碳化硅陶瓷及其复合材料的高温钎料的钎焊工艺，包括如下步骤：

步骤1：预处理