[發明專利]一種軟性復合中間層釬料及利用其釬焊陶瓷與金屬的方法

無效

• 申請號: 201210219475.0
• 申請日: 2012-06-29
• 公開（公告）號: CN102699558A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 張麗霞;楊振文;任偉;薛青;曹健;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K35/18
• 分類號: B23K35/18;B23K35/24;B23K1/008;B23K1/20
• 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

本發明涉及一種復合釬料及利用其釬焊陶瓷與金屬的方法。

背景技術

陶瓷材料具有密度低、比強度高、耐高溫以及高溫化學性能穩定等優點，但是陶瓷材料的塑性差，難以制備成復雜形狀的構件。采用釬焊技術制備陶瓷與金屬的復合構件，既可以利用陶瓷材料優異的高溫性能，又可以發揮金屬材料的塑性和韌性，滿足現代工程應用的需要。但是，陶瓷與金屬的物理化學性能差異較大，特別是兩者熱膨脹系數的差異將在釬焊接頭界面處產生很大的殘余應力，這將弱化陶瓷與金屬釬焊接頭的性能。此外，釬焊過程中，金屬母材向液態釬料中的溶解擴散將在接頭界面處形成脆性化合物。脆性化合物的形成不利于接頭殘余應力的緩解，降低了陶瓷與金屬釬焊構件在服役過程中的可靠性。

目前報道的關于緩解接頭殘余應力的方法主要有：1.在Y.M.He等人的Microstructure?and?mechanical?properties?of?the?Si₃N₄/42CrMo?steel?joints?brazed?with?Ag-Cu-Ti+Mo?composite?filler.(Journal?of?the?European?Ceramic?Society?30(2010)3245-3251)一文中提出了在釬料中加入低膨脹系數的陶瓷顆?；蚶w維；2.在Minxuan?Yang?等人的In?situ?synthesis?of?TiB?whisker?reinforcements?in?the?joints?of?Al₂O₃/TC₄during?brazing.(Materials?Science?and?Engineering?A?528(2011)3520-3525)一文中提出了采用原位反應在釬縫中形成低膨脹系數的晶須。這兩種方法通過調節中間層的熱膨脹系數，在一定程度上緩解了接頭的熱應力，提高了陶瓷與金屬釬焊接頭的強度。但是，方法1改變了原有商用釬料的成分，增強相的加入降低了釬料在陶瓷表面的潤濕性；方法2無法保證晶須在釬縫中的均勻彌散分布。此外，這兩種方法都涉及到在原有商用釬料基礎上的再制造過程，增加了金屬與陶瓷釬焊的復雜性和制造成本。而且，這兩種方法都不能抑制接頭脆性化合物的形成。目前，通過抑制釬焊接頭中脆性化合物的形成來緩解接頭熱應力的方法尚未見報道。

發明內容

本發明要解決現有的緩解接頭殘余應力的方法需要在原有商用釬料基礎上進行再制造，增加成本，而且不能抑制接頭脆性化合物的形成的問題，而提供一種軟性復合中間層釬料及利用其釬焊陶瓷與金屬的方法。

本發明軟性復合中間層釬料由上層釬料、軟性中間層和下層釬料組成；其中上層釬料為Ag-Cu-Ti釬料箔；軟性中間層為Cu箔、Ni箔或Nb箔；下層釬料為Ag-Cu釬料箔。

利用上述軟性復合中間層釬料釬焊陶瓷與金屬的方法按以下步驟進行：

一、清洗待焊陶瓷和待焊金屬的預焊接表面的油污和雜質；

二、將上層釬料、軟性中間層和下層釬料加工成與步驟一中預焊接表面的面積相近的小片；其中上層釬料、軟性中間層和下層釬料的面積和預焊接表面的面積差小于±10％；

三、將經步驟一處理過的待焊陶瓷和待焊金屬以及步驟二得到的上層釬料、軟性中間層和下層釬料小片放入丙酮中，超聲清洗5～30min，自然風干；

四、在待焊金屬的預焊接表面依次放置下層釬料、軟性中間層、上層釬料，在上層釬料上放置待焊陶瓷，并在待焊陶瓷表面上施加0.003～0.1MPa壓力，完成待焊工件的裝配；

五、將步驟四中裝配好的待焊工件放入真空加熱爐中，抽真空至真空度大于2×10^-3Pa后，以5～30℃/min的速度加熱到820～950℃，保溫1～40min，然后以5～30℃/min的速度降溫到100～400℃，之后隨爐冷卻至室溫，完成陶瓷與金屬的釬焊。

本發明提供一種復合中間層釬料，采用軟性復合中間層來抑制陶瓷金屬釬焊接頭中脆性化合物的形成。該方法在不改變原有商用釬料成分的基礎上，通過軟性中間層的加入緩解了接頭的殘余應力，提高了接頭的強度。

本發明操作簡單，焊前不需要對待焊試樣表面進行任何改性處理；實現陶瓷與金屬的直接釬焊，通過軟性中間層的加入抑制釬焊接頭脆性化合物的形成，接頭的抗剪強度提高30～109％。

本發明的軟性復合中間層釬料用于釬焊陶瓷與金屬。

附圖說明