[發明專利]半固態連接材料及其制備與連接方法

無效

• 申請號: 00107491.1
• 申請日: 2000-05-19
• 公開（公告）號: CN1272474A
• 公開（公告）日: 2000-11-08
• 發明（設計）人: 吳愛萍;鄒貴生;任家烈
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00
• 代理公司: 清華大學專利事務所
• 代理人: 廖元秋

本發明屬于材料加工技術領域，特別涉及用于陶瓷及陶瓷基復合材料連接的材料及其制備與連接方法。

陶瓷及陶瓷基復合材料、金屬基復合材料以及金屬間化合物等新型材料具有金屬材料不可比擬的高強度、高硬度、耐高溫等優越性能，是航空航天、國防工業以及交通運輸業的關鍵材料，但這些材料往往需要通過連接才能形成結構或零部件而加以使用，連接技術則成為新型結構材料進入實際應用、實現其優越特性的關鍵技術。

由于這些材料的特殊結構和性能，傳統的用于連接金屬材料的方法已不適用于連接這些材料，近幾年研究較多的活性釬焊、固態擴散連接和過渡液相擴散連接方法又有其各自的局限性。釬焊連接雖然可以降低對溫度、壓力和表面狀態的要求，但釬料熔化后必須對母材表面具有良好的潤濕性，這對陶瓷、陶瓷基復合材料以及含有陶瓷增強相的金屬基復合材料來說是相當困難的，而且釬縫往往成為接頭中的最薄弱環節，如耐高溫性、耐腐蝕性以及強度等均不及被連接的母材。此外，由于釬焊材料與母材的不同，它們的熱膨脹系數的不匹配會在界面及其鄰近母材中產生較大的釬焊應力，使接頭力學性能降低，嚴重時還會導致接頭的破壞。而固相擴散連接對溫度、壓力和被連接面的表面狀態有著嚴格的要求，過高的溫度和壓力不僅使連接難以實現、成本提高，而且容易出現不利的脆性相，影響接頭的質量和性能。另外，對纖維增強的陶瓷基復合材料，加壓過大還可能造成纖維破壞而使基體性能受到嚴重影響。過渡液相擴散連接，雖然過渡液相的形成與利用可以降低連接溫度和壓力以及對表面狀態的要求，加強界面結合，但工藝復雜，中間層材料之間的冶金匹配要求嚴格，而且需要過長的擴散時間才能形成均勻的高溫相，這對防止脆性相的形成和提高連接效率不利。

本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種半固態連接材料及其制備與連接方法，該連接材料成本低，制備與連接簡單易行，可使接頭不均勻性降低，對連接條件要求較低，適用材料范圍較廣。

本發明提出的一種半固態連接材料，其特征在于，由鋁基合金液相加鋁的金屬間化合物的固相構成，其中固相的體積百分比為5～15％。鋁基合金可采用鋁鎂、鋁錳合金。

本發明提出的上述半固態連接材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：在鋁基合金中添加可與鋁形成金屬間化合物的合金元素，合金元素可采用第四和第五主族的鈦、鋯、鉿、釩、鈮、鉭等元素，合金元素的添加量為3～5wt％，在10^-2乇量級的低真空中或氬氣保護下進行電弧熔煉，去掉表皮后冷軋成片狀，得到鋁基合金加鋁的金屬間化合物的半固態連接材料。

用本發明所述的半固態連接材料進行連接的工藝方法為：將厚度為0.3～0.5mm的片狀半固態連接材料，插入被連接材料之間，再置于5×10^-5乇以上的真空爐中加壓3～10兆帕，加熱升溫至750～850℃，保溫15～30分鐘后冷卻至室溫形成接頭。

本發明的原理是在連接溫度下，連接材料處于液相與固相共存的半固態，靠其中的液相連接被連接材料和固相，而固相則起著調整接頭、減小接頭不均勻性的作用。

本發明所述的半固態連接材料的主體是液相，被連接材料與固相是靠液相連接，用于陶瓷及陶瓷基復合材料，液相應該是含有能與陶瓷反應形成過渡層的活性元素的合金。半固態連接材料中的固相主要起到調整接頭性能的作用。金屬間化合物可以作為固相提高接頭的強度與耐熱性能。而且液相與金屬間化合物之間的冶金相容性不低于液相與母材的冶金相容性。

本發明的半固態連接與完全液相下的釬焊的差別在于此時液相的流動性較低且對陶瓷或金屬間化合物的潤濕性較差。通過在連接過程中加壓可以改善其流動性和增加對被連接材料的接觸，另外，通過加壓還可以調整液固相比例和控制固相的形態和分布，起到控制接頭性能的目的。除壓力外，連接溫度和保溫時間以及連接材料的厚度也是影響接頭性能的重要因素。

本發明可廣泛用于陶瓷及陶瓷基復合材料、金屬基復合材料以及金屬間化合物等新型材料的連接。

本發明的效果：

在連接溫度下本發明所述的連接材料處于半固態，通過其中的液相連接被連接材料，使對被連接材料表面狀態的要求降低，連接溫度降低，而且不需要較高的壓力和很長的擴散時間，使連接成本降低，連接效率提高，接頭的性能較高，充分發揮釬焊的優點。而連接材料中的固相則起著改性接頭的目的，強化連接層金屬提高接頭的力學性能，使之與被連接材料協調過渡，減小接頭的不均勻性。這是一種高效且適應性廣的新型材料(包括陶瓷及陶瓷基復合材料、金屬基復合材料、金屬間化合物等)的連接新技術。