[发明专利]一种应用于激光辅助连接碳化硅陶瓷材料的玻璃粉体及其制备方法与应用

说明书

本发明具体涉及一种应用于激光辅助连接碳化硅陶瓷材料的玻璃粉体及其制备方法与应用，属于碳化硅陶瓷连接技术领域。所述玻璃粉体的原料组成为：网络生成体氧化物80‑97wt％，优选为60‑75wt％SiO₂，20‑30wt％B₂O₃；中间体氧化物1‑5wt％；网络外体氧化物0.6‑10wt％；稀土改性氧化物1‑5wt％，各组分含量之和为100wt％。该玻璃粉体可应用于激光辅助连接碳化硅陶瓷材料。

技术领域

本发明属于碳化硅陶瓷连接技术领域，具体涉及一种应用于激光辅助连接碳化硅陶瓷材料的玻璃粉体及其制备方法与应用。

背景技术

碳化硅陶瓷及其复合材料因具有良好的高温强度、高的热导率、低的密度与热膨胀系数等优点，被广泛应用在航空航天、电子和化工等领域。在实际的工程应用中往往要求碳化硅陶瓷及其复合材料具有特定的复杂形状或者较大的尺寸，但碳化硅陶瓷及其复合材料的高脆性、低延展性，使其难以像金属材料一样变形及进行切削加工，对复杂形状或者较大尺寸的器件整体成型难度大，而且加工成本也高。从降低加工成本以及工艺可靠性等方面考虑，将形状复杂以及较大尺寸的部件分割，然后通过连接的方法将这些分割成的形状简单、尺寸较小的部件组装起来，同样能达到应用的要求。

常用的连接技术有直接扩散连接、金属钎焊、反应连接、前驱体连接和玻璃连接。这些方法各有优缺点，其中玻璃连接具有热膨胀系数可调、接口密封性良好、抗氧化性强、可在空气中连接以及高温自愈能力等优点，具有巨大的应用潜力和优势。但是，玻璃焊料在热处理时黏度较大，表面张力较大，导致与基体之间的润湿性较差。为了增加润湿性和界面结合力，通常会提高连接温度到1200℃以上，有些甚至超过1600℃，这样对设备的要求较高。由于抗氧化的要求，必须在保护性气氛条件下进行，有些需要在真空度要求较高的环境中，比如真空度10^-3以上，对于特大尺寸，如3m以上的碳化硅陶瓷产品(管材)的连接几乎不可能实现。另外对于反应烧结碳化硅，由于第二相Si的存在，如果连接温度超过Si的熔点(1450℃)，势必会对基体造成损伤。

激光辅助连接碳化硅陶瓷是一种新型碳化硅陶瓷连接技术，材料通过线性或非线性反应吸收光子能量，温度升高，发生熔化或汽化，冷却后形成连接界面。激光的功率大、光斑小，短时间内即可达到很高的温度，具有作用温度高、热影响区小、效率高等优点。然而，激光属于瞬态温度场，作用过程中会产生极大的温度梯度，为提高连接件的性能、减少热应力的产生，对玻璃粉体的热膨胀系数、润湿性、激光吸收率和热导率等性能提出了更加严苛的要求。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提供了一种激光辅助连接碳化硅陶瓷材料的玻璃粉体及其制备方法与应用，其中玻璃粉体对激光的吸收率高，热膨胀系数与碳化硅基体接近，润湿性能良好，可解决激光熔覆玻璃层过程中残余热应力大，铺展效果差，产生裂纹、气孔和剥落等问题。

一方面，本发明提供了一种激光辅助连接碳化硅陶瓷材料的玻璃粉体，所述玻璃粉体的原料组成包括网络生成体氧化物、中间体氧化物、网络外体氧化物和稀土改性氧化物。所述玻璃粉体的组分占比为：网络生成体氧化物80-97wt％，中间体氧化物1-5wt％，网络外体氧化物0.6-10wt％，稀土改性氧化物1-5wt％，各组分含量之和为100wt％。