[发明专利]一种陶瓷低温快速焊接改性的方法

说明书

本发明涉及一种陶瓷低温快速焊接改性的方法，其包括以下步骤：1)在两层陶瓷之间设置五层金属箔，中间层为镍箔，镍箔两面各贴合一层铜箔，铜箔与陶瓷之间设有一层钛箔，金属箔面积与需焊接改性的区域面积大小相同，固定两层陶瓷及金属箔得到试样；2)将步骤1)所得试样置于石墨模具中，试样与模具之间用双层石墨纸隔离，再将装有试样的模具放入PAS炉中进行焊接，焊接完成后对试样进行后处理即可。本发明通过陶瓷部分液相低温快速连接方法将扩散焊与低温PTLP焊两种连接方法的优势结合起来，用于陶瓷材料间连接，保证高熔点母材与中间层元素间充分扩散，从而实现焊件间的有效连接，有利于促进接头成分均匀化和提高连接强度。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种陶瓷低温快速焊接改性的方法。

背景技术

陶瓷材料的连接作为一个新课题在新材料研究领域十分重要，由于传统的金属材料难以在十分苛刻的环境下进行服役，而陶瓷材料的广泛应用弥补了它的局限性。陶瓷材料的连接在修复陶瓷提高陶瓷可靠性和制作多组分复杂部件方面，特别在机械与材料构件方面起着举足轻重的作用。

陶瓷材料连接的方法包括自蔓延高温合成技术、活性钎焊、固相扩散连接和部分瞬间液相连接(PTLP连接)。其中PTLP连接属于低温连接工艺，在连接进行过程中，反应会产生部分液相润湿陶瓷基体，再与中间层内部的固体金属相形成扩散效应，液相凝结固体，从而产生匀称的连接界面，它兼顾了钎焊和扩散连接的优点，其界面是通过液相组成的，过剩的液相扩散进入互补的核心中间层以完全去除界面处的低熔点层。

对于一些难以连接的陶瓷材料如B₄C复相陶瓷，使用金属中间层对其连接的难点主要是陶瓷与金属的界面结合比较低，主要原因在于：1、由于熔融金属在陶瓷上润湿性较差，使得界面结合比较困难；2、两者的热膨胀系数差异较大，在降温过程中界面上产生较大的残余应力，结合界面处形成很多的缺陷。而且采用一般的PTLP方法连接处理陶瓷材料的时间都在2h以上，耗时较长。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种陶瓷低温快速焊接改性的方法，采用较简单的工艺在较低温度下实现陶瓷材料之间快速连接，并且连接处界面良好，连接牢固，能够提高所制备的陶瓷焊件的机械性能。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种陶瓷低温快速焊接改性的方法，其包括以下步骤：

1)在两层陶瓷之间设置五层金属箔，中间层为镍箔，镍箔两面各贴合一层铜箔，铜箔与陶瓷之间设有一层钛箔，金属箔面积与需焊接改性的区域面积大小相同，固定两层陶瓷及金属箔得到试样；

2)将步骤1)所得试样置于石墨模具中，试样与模具之间用双层石墨纸隔离，再将装有试样的模具放入等离子活化炉(PAS炉)中进行焊接，焊接完成后对试样进行后处理即可。

按上述方案，步骤1)所述陶瓷为B₄C复相陶瓷。所述B₄C复相陶瓷的主要成分为碳化硼和硼化钛复相陶瓷。

按上述方案，步骤1)所述镍箔纯度≥99.8％，厚度为400μm；所述铜箔纯度≥99.7％，厚度为200μm；所述钛箔纯度≥99％，厚度为10-20μm。

按上述方案，步骤2)所述焊接的工艺条件为：在真空度低于2Pa条件下，以100-150℃min^-1的升温速率升温至900-1040℃，保温10-20min，然后以150-200℃min^-1的降温速率降温至室温，焊接压力为5-15MPa。

按上述方案，步骤2)所述焊接的时间为33～37min。

按上述方案，步骤2)所述后处理包括线切割、打磨、抛光处理。因为B₄C复相陶瓷导电的性质使得它能够做电火花线切割处理，打磨抛光后便于进行力学性能和微观结构检测。