[發明專利]一種連接Si3N4陶瓷與不銹鋼的中間層組件及連接方法

有效

• 申請號: 201110192243.6
• 申請日: 2011-07-11
• 公開（公告）號: CN102357696A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 鄒家生;許祥平;高飛;嚴鏗
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/19;B23K1/20
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域：

本發明涉及異種材料的連接，更具體地說，是涉及一種連接Si₃N₄陶瓷與 不銹鋼的中間層組件及連接方法，屬于焊接技術領域。

背景技術：

結構陶瓷材料具有強度高、耐高溫、耐腐蝕等獨特性能，但其脆性大、強 度分散和加工困難等缺點，限制了它作為整體機構在工程中的應用。實現結構 陶瓷與金屬的連接，對擴展陶瓷的應用領域具有重要意義。

陶瓷與金屬的連接主要是活性釬焊和擴散焊，此外還有部分瞬間液相連接 和二次PTLP等新方法。由于陶瓷和金屬的物理化學性能存在較大差異，特別 是兩種材料間的熱膨脹系數差別較大，接頭在冷卻過程中由于收縮不均勻造成 較大的殘余應力，使連接強度大大降低。

嚴重者自行開裂，甚至成為結構損壞的直接或間接原因，因此，實現陶瓷與金 屬之間的可靠連接是Si₃N₄陶瓷得以廣泛工業應用的重要前提和保證。

活性釬料的研究與開發是發展陶瓷/金屬釬焊的一項重要內容。國內熊柏 青、楚建新等研究表明添加中間層可有效控制殘余熱應力對Si₃N₄/金屬釬焊接 頭性能的影響；翟陽、任家烈等使用非晶態合金作中間層擴散連接Si₃N₄與40Cr 鋼，但連接強度不高；何鵬、馮吉才、錢乙余等研究了Si₃N₄陶瓷與不銹鋼材料 擴散連接接頭的殘余應力的分布特征及中間層的作用，但接頭強度較低。以上 對Si₃N₄與金屬的連接能有效減低接頭殘余應力，但均存在接頭強度低而無法滿 足工程實際應用的要求。

發明內容：

技術問題：本發明的目的是針對現有技術存在的缺陷，解決Si₃N₄陶瓷與不銹鋼連接所存在的殘余應力過大，接頭強度低等問題，提供 一種連接Si₃N₄陶瓷與不銹鋼的中間層組件及連接方法。本發明是使用Ag-Cu釬 料箔、Ti箔、Ni箔作為復合中間層組件，在真空中釬焊連接。本發明能緩解陶 瓷與不銹鋼接頭殘余應力，提高接頭強度。

技術方案：為了實現上述目的，本發明解決問題所采取的技術方案 是：

一種連接Si₃N₄陶瓷與不銹鋼的中間層組件，依順序由Ti箔、Ag-Cu釬料 箔、Ni箔和Ag-Cu釬料箔緊貼組成，其中，所述的Ti箔的純度為99.8％以 上，厚度為5-10μm的工業級產品；所述的Ag-Cu釬料箔按質量百分比含量由 組分：Ag為72.0％，Cu為28.0％組成，厚度為100-150μm的工業級產品；所 述的Ni箔的純度為99.8％以上，厚度為600-800μm的工業級產品。

為了實現上述目的，本發明解決問題所采取的另一個技術方案是：

一種連接Si₃N₄陶瓷與不銹鋼的中間層組件的連接方法，包括如下步驟：

1、準備階段：先將待連接的Si₃N₄陶瓷試樣端面用金剛石研磨膏磨平， 再將Ti箔、Ag-Cu釬料箔、Ni箔和不銹鋼用5號金相砂紙磨光，然后一起置于 丙酮中進行超聲波清洗10分鐘；

2、裝配步驟：將經磨光的Ti箔、Ag-Cu釬料箔、Ni箔、不銹鋼和經磨平 的Si₃N₄陶瓷按Si₃N₄陶瓷、Ti、Ag-Cu、Ni、Ag-Cu、不銹鋼的順序緊貼安裝 在專用夾具中；同時在待連接件上放置一小砝碼以產生0.020-0.029MPa的壓力；

3、連接階段：將裝配好的專用夾具置于真空爐中進行釬焊，真空爐先以 10-15K/min的速率升溫至923K，保溫30min；再以10-15K/min的速率升溫至 1113-1153K，保溫10-30min；然后以6-10K/min的速率冷至873K；真空度小于 10^-3Pa；自然冷卻至室溫時開爐門取樣。

上述所述不銹銅為1Cr18Ni9Ti。

有益效果：本發明與現有技術相比較，所具有的優點和有益效果主要體 現在以下幾方面：