[發(fā)明專利]瞬間液相擴散連接三元層狀陶瓷鈦硅化碳工藝

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200610047089.2
• 申請日: 2006-06-30
• 公開（公告）號: CN101096316A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發(fā)明（設計）人: 尹孝輝;李美栓;周延春
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C04B37/02
• 分類號: C04B37/02
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發(fā)明涉及陶瓷連接技術，具體為一種三元層狀陶瓷鈦硅化碳(Ti₃SiC₂)瞬間液相擴散連接新工藝。

背景技術

Ti₃SiC₂是一種新型的三元層狀陶瓷材料。美國陶瓷學會會刊(Journal?of?theAmerican?Ceramic?Society?79，1953(1996))中研究表明它綜合了陶瓷和金屬的諸多優(yōu)點，具有低密度、高模量、高強度、高的電導率和熱導率以及易加工等特點，因而Ti₃SiC₂陶瓷是很有希望應用在航空、航天、核工業(yè)和電子信息等高技術領域的一種新型結構/功能一體化材料，尤其適合作為高溫結構材料。雖然對Ti₃SiC₂陶瓷的合成和性能進行廣泛深入地研究，但是由于不能合成大尺寸的塊體材料或構件，使其在實際應用受到限制。而焊接技術能夠將小的、形狀簡單的試樣連接成大尺寸的、形狀復雜的構件，從而顯著擴大陶瓷的應用范圍。有關連接Ti₃SiC₂陶瓷的研究很少。在材料研究學報(Journal?of?Materials?Research?17，52(2002))中研究了Ti₃SiC₂陶瓷與Ti6Al4V的擴散連接。但是他們連接得到的接頭彎曲強度只有100MPa，僅僅是Ti₃SiC₂陶瓷彎曲強度的四分之一。而且由于Ti的高溫活性，降低了Ti₃SiC₂陶瓷高溫抗氧化性能，也限制了Ti₃SiC₂陶瓷的應用。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的在于提供一種瞬間液相擴散連接三元層狀陶瓷Ti₃SiC₂工藝，在不降低三元層狀陶瓷Ti₃SiC₂高溫抗氧化性情況下，又能獲得性能優(yōu)異的連接接頭。

本發(fā)明的技術方案是：

一種三元層狀陶瓷Ti₃SiC₂瞬間液相擴散連接新方法。首先，將焊接件進行表面處理，鋁箔要清除表面氧化膜，Ti₃SiC₂陶瓷經(jīng)研磨、拋光。試樣超聲清洗后，在熱壓爐內、氬氣保護下，在600-650℃、壓力為10-20MPa下恒壓保溫10-30min，確保鋁箔與Ti₃SiC₂緊密接觸，盡量減少氧分壓的影響。然后以10-15℃/min的升溫速率加熱，同時以0.2-0.5kN/min的加載速率加壓至2-5MPa(如液壓加載)。在目標溫度(1400-1500℃)保溫90-180min，瞬間液相擴散連接Ti₃SiC₂陶瓷。最后隨爐冷卻至1200-1300℃后卸載。連接后界面相為Ti₃Si(Al)C₂固溶體，避免金屬間化合物的生成，獲得高強度的連接接頭。

本發(fā)明所用鋁箔純度≥99％(重量)，厚度為50-100μm。所有連接過程均在氬氣保護下進行的。

本發(fā)明中提到的瞬間液相擴散連接是指液態(tài)鋁在恒壓保溫過程中，擴散到Ti₃SiC₂陶瓷中，從而達到等溫凝固、擴散連接的目的。所謂“瞬間液態(tài)”是指從焊接溫度開始降溫時，液態(tài)鋁已經(jīng)擴散消失，而不是在鋁熔點(667℃)以下凝固。

本發(fā)明中提到的壓力是指單向壓力，加載方向垂直于連接表面。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1、采用本發(fā)明獲得的接頭力學性能(包括高溫性能)好，焊接殘余應力小。連接后界面生成Ti₃Si(Al)C₂固溶體，避免金屬間化合物的形成，減小焊接殘余應力，避免金屬間化合物自身脆性對接頭性能的影響，從而獲得具有優(yōu)良性能的焊接接頭，接頭彎曲強度可達到Ti₃SiC₂陶瓷強度的65％，而且此強度可保持到1000℃，可以滿足實際應用的需要，擴大了Ti₃SiC₂陶瓷的應用范圍。