[發明專利]連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復合釬料及用其進行釬焊的方法

無效

• 申請號: 201210205245.9
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102689108A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 張杰;賀艷明;王興
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K35/30
• 分類號: B23K35/30;B23K1/19;B23K1/008;B23K103/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及連接陶瓷和金屬釬焊的復合釬料及用其進行釬焊的方法。

背景技術

先進結構陶瓷作為一種新型結構材料，以其耐高溫、高強度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕以及低熱導等獨特的優異性能，在國防、能源、航空航天、機械、石化、冶金、電子等行業，日益顯示出廣闊的應用前景，引起各工業發達國家的重視，競相投入大量的人力、物力予以研究。

氮化硅陶瓷（Si₃N₄）是當今工程結構新材料中的重要組成部分。該類陶瓷中Si與N之間是典型的共價鍵結合，導致Si₃N₄陶瓷具有一系列優異的物理、化學及力學性能，如低的熱膨脹系數、抗氧化、耐高溫、耐腐蝕、高的本征強度、硬度、耐磨損、以及優良的高溫力學性能，是結構陶瓷中最具有應用前景的材料之一，也是發展十分迅速的新型高溫結構材料。由于Si₃N₄陶瓷脆性大、延性低、難以變形和切削加工困難。另外，陶瓷材料固有的脆性，可導致極小的臨界裂紋，增大了陶瓷構件在制作加工中的難度，妨礙了在工程結構上的應用。金屬材料通常具有良好的塑性和韌性，但其高溫性能、硬度、耐腐蝕性較差。實際應用中，可根據具體的要求，合理地把金屬和陶瓷結合為一體，即可獲得綜合性能良好的陶瓷-金屬結構件。因此，為了充分發揮兩類材料的優點，必須解決陶瓷與金屬的連接問題。

目前，活性金屬釬焊法由于操作工藝簡單、連接強度高、接頭尺寸和形狀適應性廣等成為連接Si₃N₄陶瓷與金屬的首選方法，各國材料工作者在連接陶瓷的釬料選擇上進行了大量的研究，現在發展比較成熟的釬料體系主要為Ag-Cu-Ti，該釬料對Si₃N₄陶瓷顯示了良好的潤濕能力。然而，由于該釬料與被連接的Si₃N₄陶瓷之間存在較大的熱膨脹系數差異，從釬焊溫度冷卻至室溫過程中，接頭內容易產生高的殘余應力，這在一定程度上損害了接頭的連接性能。

發明內容

本發明目的是為了解決現有復合釬料釬焊連接Si₃N₄陶瓷和42CrMo鋼所得到的焊接接頭產生的高殘余應力，接頭強度低的問題，而提供連接Si₃N₄陶瓷和42CrMo鋼的復合釬料及用其進行釬焊的方法。

本發明用于連接Si₃N₄陶瓷和42CrMo鋼的復合釬料由混合粉末和增強相組成；其中混合粉末由質量百分比為60%～75％的Ag粉、20%～35％的Cu粉和3%～6％的Ti粉組成；增強相為占混合粉末體積百分比5%～40％的Mo粉或WC粉。

本發明連接Si₃N₄陶瓷和42CrMo鋼的復合釬料進行釬焊的方法，是通過下列步驟實現：

一、按質量百分比將60%～75％的Ag粉、20%～35％的Cu粉和3%～6％的Ti粉混合，得到混合粉末；

二、向混合粉末中加入占混合粉末體積百分比5%～40％的增強相，得到粉末A，然后將粉末A放入球磨罐中，以200～300r/min的轉速球磨處理1～10h，得到復合釬料；

三、將復合釬料與羥乙基纖維素混合成膏狀，在20～100℃溫度下烘干成厚度為80～260μm的復合釬料薄片；

四、將Si₃N₄陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干；

五、將復合釬料薄片裝配在清洗后的Si₃N₄陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用502膠固定，得到待焊件；

六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至100～160Pa，抽真空至1.0×10^-3～3.0×10^-3Pa，以10℃/min的加熱速度將待焊件升溫到300℃，保溫30min，然后以10℃/min的速度升溫到900℃，保溫10min，再以5℃/min的速度降溫至300℃，然后隨爐冷卻至室溫，即完成連接Si₃N₄陶瓷和42CrMo鋼的復合釬料進行釬焊的方法；

其中所述增強相為Mo粉或WC粉，步驟二中球料質量比為10︰1；

步驟三中復合釬料與羥乙基纖維素按質量比95﹕5混合。