[发明专利]一种碳化硼陶瓷-金属梯度连接结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳化硼陶瓷‑金属梯度连接结构及其制备方法。所述梯度连接结构具有碳化硼表面金属化基体层‑低热膨胀系数复合钎料层‑第一过渡金属层‑钎料金属片‑中热膨胀系数复合钎料层‑第二过渡金属层‑高热膨胀系数复合钎料层‑金属基体层结构；所述制备方法包括：碳化硼陶瓷表面施镀第一金属得碳化硼表面金属化基体；将Ag‑Cu‑Ti钎料、第二金属以及低膨胀系数陶瓷粉体混合得不同热膨胀系数复合钎料体系粉末；将不同热膨胀系数复合钎料体系浆料涂覆在碳化硼表面金属化基体、第一过渡金属、钎料金属片、第二过渡金属及金属基体表面层压，得碳化硼陶瓷‑金属梯度连接结构预制体，真空高温钎焊，得碳化硼陶瓷‑金属梯度连接结构。

技术领域

本发明属于陶瓷与金属连接技术领域，具体涉及一种碳化硼陶瓷-金属梯度连接结构及其制备方法。

背景技术

碳化硼(B₄C)陶瓷具有低密度、高硬度、高弹性模量、高熔点、耐腐蚀、耐磨损等特点，其硬度仅次于金刚石和立方氮化硼，作为防弹材料可以有效地破碎弹丸、分散动能、增加装备的防护能力，广泛应用于装甲车、坦克、武装直升机以及战舰的防护系统中。

防护装甲最常见的组合方式是采用硬质的陶瓷与韧性较好的金属结合。将陶瓷和金属连接起来可以综合二者的优点，获得兼具陶瓷和金属优异性能的复合构件。其中，陶瓷材料将可以作为复合结构的子弹冲击面、金属材料可以作为复合结构的背衬面。通过实现金属对陶瓷的良好约束连接，进一步提高复合装甲的防弹能力。

目前关于陶瓷与金属的连接研究多集中在氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷、金属基复合陶瓷等，实现碳化硼陶瓷和钛合金、合金钢的可靠连接，有助于扩展碳化硼陶瓷的应用范围。目前，少有关于碳化硼陶瓷和钛合金、合金钢连接研究的报道。碳化硼和钛合金、合金钢连接的主要难点在于：(1)润湿性问题：由于金属钎料的物理和化学性质与陶瓷差异较大，一般的金属钎料难以对陶瓷表面形成润湿；(2)残余应力问题：一般的金属钎料与陶瓷之间存在较大的热膨胀系数差异，在钎焊降温过程中，高的残余应力容易在接头的连接界面附近形成。

发明内容

针对上述技术问题，本发明目的在于提供一种碳化硼陶瓷-金属梯度连接结构及其制备方法，以解决现有碳化硼陶瓷与金属连接困难及焊接接头结合强度差等问题，获得的碳化硼陶瓷-金属之间具有良好的热膨胀系数匹配性，提高碳化硼陶瓷-金属复合结构的结合强度。

第一方面，本发明提供了一种碳化硼陶瓷-金属梯度连接结构的制备方法，所述碳化硼陶瓷-金属梯度连接结构具有碳化硼表面金属化基体层-低热膨胀系数复合钎料层-第一过渡金属层-钎料金属片-中热膨胀系数复合钎料层-第二过渡金属层-高热膨胀系数复合钎料层-金属基体层结构；其中，碳化硼陶瓷表面金属化层的厚度为10-50μm，低、中、高热膨胀系数复合钎料层的厚度分别均为20-100μm，第一、第二过渡金属层的厚度分别均为0.03-0.3mm，钎料金属片的厚度为0.1-0.4mm；

所述制备方法包括：

(1)在碳化硼陶瓷表面化学施镀第一金属，得到碳化硼表面金属化基体；

(2)按照不同配比将Ag-Cu-Ti钎料粉体、第二金属粉体以及低膨胀系数陶瓷粉体混合，得到低、中、高热膨胀系数复合钎料体系粉末；

低热膨胀系数复合钎料的原料组成包括：以质量百分比计，Ag-Cu-Ti钎料80-85wt％、第二金属粉1-10wt％、低膨胀系数陶瓷粉体5-18wt％；

中热膨胀系数复合钎料的原料组成包括：以质量百分比计，Ag-Cu-Ti钎料85-90wt％、第二金属粉1-5wt％、低膨胀系数陶瓷粉体5-10wt％；

高热膨胀系数复合钎料的原料组成包括：以质量百分比计，Ag-Cu-Ti钎料90-95wt％、第二金属粉1-5wt％、低膨胀系数陶瓷粉体1-5wt％；