[发明专利]一种三维负膨胀网络复合中间层材料辅助钎焊异种材料的方法

说明书

一种三维负膨胀网络复合中间层材料辅助钎焊异种材料的方法，它涉及一种辅助钎焊异种材料的方法。本发明要解决现有陶瓷和金属材料热膨胀系数差异较大而造成接头的残余应力过大的问题，解决现有引入增强相降低陶瓷和金属材料残余应力的方法，存在增强相易团聚且含量低的问题。制备方法：一、制备三维负膨胀网络复合中间层材料前驱体；二、制备三维负膨胀网络复合中间层材料；三、钎焊。本发明用于三维负膨胀网络复合中间层材料辅助钎焊异种材料。

技术领域

本发明涉及一种辅助钎焊异种材料的方法。

背景技术

陶瓷材料密度低，高强度和高硬度，耐腐蚀，具有优异的耐高温性能和抗热冲击能力，广泛的应用于航空航天、核电、汽车、电子领域。但是因为陶瓷材料脆性大，很难加工成复杂的结构，通常需要将陶瓷材料与金属异种连接来满足实际需求。钎焊是实现异种材料链接的一种有效手段，钎焊因为操作简单，成本低，无需融化母材而对母材性能影响较小，可以广泛应用于异种材料的连接。但是由于陶瓷材料和金属材料具有较大的性能差异，会出现钎料润湿性差，接头残余应力大和界面处生成大量的脆性化合物，导致难以实现高强度的异种材料的可靠连接。

为了缓解焊接接头的残余应力，通常引入负膨胀增强相到钎料中来降低复合钎料的热膨胀系数，从而减少陶瓷材料与钎料之间的大热膨胀系数差异，降低残余应力而提高接头的强度。目前应用比较多的是通过混合粉末状的负膨胀材料和钎料粉末混合到一起进行钎焊。但是在这个过程中，负膨胀材料容易发生团聚而产生缺陷，传统的增强相会与钎料中的活性元素发生反应，从而会在焊接过程中形成裂纹，空洞，未焊合等焊接缺陷，对焊接接头的性能改善有限。此外，由于增强体的添加量有限，使得到的钎料复合钎料的热膨胀系数仍然很高，从而对焊接接头的残余应力改善程度有限。现有SiC陶瓷和GH3536板材异种材料剪切强度仅能达到20MPa～30MPa。因此，需要开发一种新型的中间层材料来提高接头的强度。

发明内容

本发明要解决现有陶瓷和金属材料热膨胀系数差异较大而造成接头的残余应力过大的问题，解决现有引入增强相降低陶瓷和金属材料残余应力的方法，存在增强相易团聚且含量低的问题，而提供一种三维负膨胀网络复合中间层材料辅助钎焊异种材料的方法。

一种三维负膨胀网络复合中间层材料辅助钎焊异种材料的方法，它是按以下步骤进行的：

一、制备三维负膨胀网络复合中间层材料前驱体：

在超声水浴条件下，向去离子水中加入阳离子金属盐与阴离子金属盐，搅拌直至分散均匀，得到混合溶液，将混合溶液置于反应釜中，然后将泡沫金属浸渍于混合溶液中，在温度为100℃～180℃的条件下，水热反应2h～12h，然后自然冷却至室温，得到前驱体，将前驱体洗涤并干燥，得到三维负膨胀网络复合中间层材料前驱体；

所述的阴离子金属盐为钼酸金属盐或钨酸金属盐；所述的阳离子金属盐中金属原子与阴离子金属盐中钼原子或钨原子的原子比为2:3；所述的阳离子金属盐与阴离子金属盐的总质量与去离子水的体积比为1g:(20～100)mL；

二、制备三维负膨胀网络复合中间层材料：

将三维负膨胀网络复合中间层材料前驱体置于管式炉中，且管式炉中气氛为氩气，并以气体流量为10sccm～100sccm通入氩气，保持压强为恒压大气压，然后以2℃/min～20℃/min的升温速度，将温度升温至500℃～900℃，并在温度为500℃～900℃的条件下，保温1h～8h，得到三维负膨胀网络复合中间层材料；

三、钎焊：

在两张钎料片之间放置三维负膨胀网络复合中间层材料，得到钎料片-中间层材料-钎料片，然后将钎料片-中间层材料-钎料片置于待焊金属与待焊陶瓷之间，得到待焊件，将待焊件置于真空炉中，在钎焊温度为700℃～1300℃的条件下，保温为5min～40min，最后冷却到室温，得到三维负膨胀网络复合中间层材料辅助钎焊异种材料。

本发明的有益效果是：