[发明专利]一种碳化硅陶瓷连接件及其连接方法和应用

说明书

本发明属于陶瓷连接技术领域，公开了一种碳化硅陶瓷连接件及其连接方法和应用，该方法是将SiC纳米粉和液相烧结助剂的混合粉体与有机溶剂混合得到连接钎料，均匀涂覆在碳化硅母材之间进行连接，制得初步连接件；再将前驱体浆料涂覆或浸没于初步连接件的连接区域，在Ar或真空气氛中100～300℃固化，在1000～1500℃，0.01～1MPa裂解，得到碳化硅陶瓷连接件。所得连接件的接头厚度为20～100μm，室温剪切强度为40～100MPa，在1200℃的剪切强度为45～120MPa，泄漏率为1×10^‑13～1×10^～9Pa·m³/s。碳化硅陶瓷连接件可应用核能、航空、航天或军工等领域。

技术领域

本发明属于非氧化物陶瓷材料技术领域，更具体地，涉及一种碳化硅陶瓷连接件及其连接方法和应用。

背景技术

碳化硅(SiC)陶瓷具有强度高、硬度大、密度小、抗氧化、耐腐蚀等特点，此外，还具有热膨胀系数小、热导率大、高温性能好、低中子吸收截面等优异性能而被广泛用于航空、航天和核能领域。但是，SiC作为一种强共价键化合物，熔点高，自扩散系数小，很难实现直接连接，因此需要一种能适应上述环境条件的连接钎料和方法。目前碳化硅连接方法主要有纳米瞬态共晶相连接、前驱体法、玻璃陶瓷钎焊法、最大相钎焊法、反应连接和直接连接等。

目前上述方法各有优缺点。纳米瞬态共晶相连接所得接头强度高、高温性能好，并且具有良好的抗辐照和抗水热腐蚀性能，但是连接过程中需要较高的连接温度和连接压力；前驱体法的连接压力小，连接温度低，接头处热应力小，抗辐照性能好，但前驱体裂解过程中会释放出大量气体导致体积收缩形成气孔，造成连接强度降低，接头的气密性也难以得到保证；玻璃陶瓷钎焊法能制备密封性良好，且耐热、抗热震性好的接头，但玻璃陶瓷的结晶相和非结晶相在辐照条件下会有不同的辐照行为，且抗水热腐蚀性能较差；最大相连接有较好的抗热震、抗氧化性能，但在高温下易分解且抗辐照性能较差；反应连接的连接工艺温和，但是连接件的接头中难以避免会存在残余硅，这对接头的高温性能不利；直接连接能够得到性能比母材更优异的接头，但是对母材的匹配度和表面粗糙度要求很高，并且需要很高的连接温度和连接压力，因而直接连接方法的应用范围被严重限制。

基于纳米瞬态共晶相连接的优势，尤其是连接件具有较高的强度和高温性能，现在亟需减小纳米瞬态共晶相连接的温度和压力，并尽可能保留纳米瞬态共晶相连接的连接强度和高温性能优势。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提供一种碳化硅陶瓷连接件的连接方法。

本发明的另一目的在于提供上述碳化硅陶瓷连接方法制得的的碳化硅陶瓷连接件。

本发明的再一目的在于提供上述碳化硅陶瓷连接件的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种碳化硅陶瓷连接件的连接方法，包括如下步骤：

S1.将SiC纳米粉和液相烧结助剂经行星式球磨混合，干燥后得到混合粉体；

S2.将混合粉体和有机溶剂混合得到连接钎料，在碳化硅母材之间均匀涂覆连接钎料，在1500～1700℃，0.01～5MPa进行连接，实现碳化硅陶瓷的纳米瞬态共晶相初步连接，制得初步连接件；

S3.将前驱体粉体与有机溶剂混合形成浆料涂覆于初步连接件的连接区域，或将初步连接件的连接区域浸没于液态前驱体中，然后在Ar或真空气氛中100～300℃固化，在1000～1500℃，压力为0.01～1MPa裂解，得到碳化硅陶瓷连接件。