[发明专利]一种采用难熔高熵合金中间层放电等离子扩散连接碳化硅陶瓷的方法有效

专利信息
申请号: 202111175676.0 申请日: 2021-10-09
公开(公告)号: CN113828880B 公开(公告)日: 2023-03-21
发明(设计)人: 李华鑫;程钏;王军健;杨建国;贺艳明;郑文健;闾川阳;马英鹤;石磊;金霞 申请(专利权)人: 浙江工业大学
主分类号: B23K1/00 分类号: B23K1/00;B23K1/20;B23K3/04;B23K3/08;B23K35/02;B23K35/24;B23K35/40
代理公司: 杭州浙科专利事务所(普通合伙) 33213 代理人: 龚如朝
地址: 310014 浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 采用 难熔高熵 合金 中间层 放电 等离子 扩散 连接 碳化硅 陶瓷 方法
【权利要求书】:

1.一种采用难熔高熵合金中间层放电等离子扩散连接碳化硅陶瓷的方法,其特征在于是以难熔高熵合金TaxHfZrTi作为中间层材料,通过SPS技术对两块待焊SiC陶瓷母材进行固相扩散焊接,从而获得SiC陶瓷焊接接头;难熔高熵合金TaxHfZrTi中的各元素摩尔量分数为:Ta10-25at.%、Hf25-30at.%、Zr25-30at.%和Ti25-30at.%。

2.如权利要求1所述的一种采用难熔高熵合金中间层放电等离子扩散连接碳化硅陶瓷的方法,其特征在于具体包括以下步骤:

1)母材准备

用金刚石内圆切割机将无压烧结的SiC陶瓷材料切割成SiC圆片,采用1μm的金刚石抛光悬浮液对SiC圆片的待焊接表面进行抛光,并置于丙酮或无水乙醇溶液中超声清洗去除表面杂质,烘干后即得到待焊SiC陶瓷母材;

2)装配

将两块待焊SiC陶瓷母材和难熔高熵合金TaxHfZrTi中间层材料,按照石墨冲头-石墨垫片-待焊SiC陶瓷母材-难熔高熵合金TaxHfZrTi中间层材料-待焊SiC陶瓷母材-石墨垫片-石墨冲头的顺序装配到石墨模具中;

3)放电等离子SPS扩散焊连接

将装有待焊件的石墨模具置入放电等离子烧结系统中,调整红外测温仪镜头对准模具测温孔,调节连接压力,打开真空泵和充气泵使炉内真空度达到要求,然后通入直流脉冲电流升温至扩散焊温度,进行SPS扩散焊。

3.如权利要求1所述的一种采用难熔高熵合金中间层放电等离子扩散连接碳化硅陶瓷的方法,其特征在于难熔高熵合金TaxHfZrTi中的各元素摩尔量分数为:Ta14.2at.%、Hf28.6at.%、Zr28.6at.%和Ti28.6at.%。

4.如权利要求2所述的一种采用难熔高熵合金中间层放电等离子扩散连接碳化硅陶瓷的方法,其特征在于步骤2)中,难熔高熵合金TaxHfZrTi中间层材料的厚度为100-300μm。

5.如权利要求2所述的一种采用难熔高熵合金中间层放电等离子扩散连接碳化硅陶瓷的方法,其特征在于步骤3)中,连接压力为25~35MPa;升温速率为80~120℃/min;扩散焊温度为1400-1700℃,扩散焊温度下保温时间为5-20min。

6.如权利要求5所述的一种采用难熔高熵合金中间层放电等离子扩散连接碳化硅陶瓷的方法,其特征在于步骤3)中,连接压力为30MPa;升温速率为100℃/min;扩散焊温度为1600-1700℃。

7.如权利要求2所述的一种采用难熔高熵合金中间层放电等离子扩散连接碳化硅陶瓷的方法,其特征在于步骤2)中,所述难熔高熵合金TaxHfZrTi中间层材料的制备方法如下:

S1熔炼前准备:按摩尔比称量原料,纯度99.95%的钽颗粒14.2-25at.%、纯度≥99.95%的结晶铪颗粒25-28.6at.%、纯度≥99.95%的结晶锆颗粒25-28.6at.%和纯度99.99%的钛颗粒25-28.6at.%;

S2装样及气氛净化:将步骤S1称量的金属原料按熔点从低到高的顺序依次放入真空熔炼炉的水冷坩埚中,关闭炉门,抽真空,当真空度达到3~5×10-3Pa后充入高纯氩气至0.05MPa;

S3合金熔炼:将电弧枪悬于金属原料正上方1~3mm处,打开电源运行点火起弧,起弧电流为30A,迅速提起电极使电弧枪悬于金属原料正上方8~15mm处,加大电流至500A进行熔炼,使金属原料完全熔化并熔清均匀,最后冷却至室温,重复此熔炼过程5-6次,得到难熔高熵合金;

S4中间层箔片制备:用电火花线切割机将难熔高熵合金切割成小箔片,砂纸打磨去除表面氧化层后采用1μm的金刚石抛光悬浮液对小箔片进行两面抛光,随后放入丙酮或无水乙醇溶液中进行超声清洗,烘干后得到待焊难熔高熵合金中间层箔片。

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