[发明专利]一种金属与陶瓷焊接装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种焊接装置及焊接方法，尤其是一种对金属与氧化铝陶瓷、或者与金属陶瓷复合材料进行焊接的装置及方法，属于焊接技术领域。

背景技术

金属材料具有强度高、韧塑性好、加工性能优等优点，不仅可压力加工或切削加工成各种形状，而且还可加工出螺纹，以方便与其他构件进行连接。因此金属材料自古至今仍是各种工程构件的主体性材料。然而，金属材料的不足之处是抗腐蚀性和抗高温氧化性能欠佳。因此，在腐蚀性介质中工作的化工机械、高温氧化环境中工作的核反应堆构件、高速前进的航空发动机叶片、火箭推进器的叶片等构件，仅用金属材料加工是难于满足上述各种环境要求的。

陶瓷材料具有优良的抗高温和抗腐蚀性能，正好能弥补金属材料的不足，处在强腐蚀性介质中工作的化工机械构件、处在高温、强氧化环境中运转的发动机叶片、轮轴及处在高温核反应堆燃烧室内工作的构件，均可由陶瓷材料制成。但全用陶瓷材料加工，又会因陶瓷材料自身的脆性和高硬度，不能接受压力成形、无法进行机械切削加工等，最终无法做成各种结构复杂的构件。

因此，现有的各种工程和机械结构如：工作在高腐蚀性介质中的化工机械构件、工作在高温氧化环境中的核反应堆构件、作为航空、火箭、导弹发动机的叶片等，只有做成陶瓷与金属复合的结构件，才能满足各种使用要求，也就是说需要承受腐蚀和高温氧化的部分要用陶瓷材料制作、而需要加工成复杂形状、承受较大应力的部分则要用金属材料制作。为此，如何让金属与陶瓷材料有机结合为一体，就成了极为重要的技术关键。

此外，用于高温熔盐铝电解的金属陶瓷惰性阳极，是当今世界上各产铝国家的重点研究内容，该惰性阳极的金属导电棒与金属陶瓷阳极（例如NiFe₂O₄-M金属陶瓷）之间的连接问题，也是惰性阳极能否用于高温熔盐铝电解的技术难题之一。

本申请的申请人曾试用过用特种车刀在金属陶瓷惰性阳极上加工连接螺纹的方法，但成功率极低，成本过高，不可能用于生产。

因此完全有必要研发新的焊接装置及方法，来使金属与陶瓷材料有机结合为一体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能对金属与陶瓷进行焊接的装置。

本发明的第二个目的在于提供一种基于上述焊接装置对金属与陶瓷进行焊接的方法。

本发明提供的是这样一种金属与陶瓷的焊接装置，包括置于加热炉中的耐火容器，该耐火容器内设有空腔、一侧带敞口，其特征在于该耐火容器的敞口上连接有盖，盖上设有进气孔和排气孔，盖的中部设有盖套，盖套的底部设有与空腔连通的通孔，通孔上设有带孔的密封垫，密封垫上设有压盖，该压盖为一筒套，筒套的两端带敞口，筒套的外端设有外径大于筒套的盘，待焊接的陶瓷件与金属件置于空腔中，并在陶瓷件与金属件之间设置焊料，待焊接的陶瓷件或金属件与压件内端相接，压件外端穿过盖、密封垫上的通孔、压盖向外延伸后与压力机相连，以便在加热过程中，对陶瓷件与金属件进行压焊。

所述密封垫为耐火纤维垫，耐火纤维垫为石棉纤维垫、高熔点金属纤维垫、氧化铝纤维垫、硅酸盐纤维垫中的一种或几种。

所述陶瓷部件与金属件之间设置焊料或焊料及过渡层。

所述耐火容器为常规的用耐高温材料制成的容器，如石墨坩锅、氧化铝或粘土等容器。

本发明提供的是这样一种基于上述焊接装置对金属与陶瓷进行焊接的方法，所述焊接装置如上所述，经过下列步骤实现焊接：

步骤1、将待焊接的陶瓷件与金属件放入耐火容器中，其中：

对于金属件与普通金属陶瓷件以及金属件与NiFe₂O₄-M金属陶瓷件的焊接，需要在金属件与普通金属陶瓷件之间放置焊料；

对于金属件与氧化铝陶瓷件的焊接，需要在焊接之前，在氧化铝陶瓷件受焊面上预制过渡层，再在金属件与氧化铝陶瓷件之间放置焊料；

形成焊接组合体，之后将压杆压在焊接组合体上，加盖密封，并经过进气孔向空腔内通入压力为3-5厘米水柱的保护性气体；