[發明專利]一種新型陶瓷基復合材料低溫表面滲碳輔助釬焊方法

有效

• 申請號: 201410353044.2
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN104096939A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發明（設計）人: 亓鈞雷;林景煌;談雪琪;張麗霞;曹健;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00;B23K1/19;B23K1/20;C23C16/26;C23C16/44;B23K103/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及材料焊接領域。

背景技術

陶瓷基復合材料具有耐高溫、高強度、相對重量較輕、抗腐蝕等優異性能，在眾多領域應用前景廣泛。但是陶瓷基復合材料具有一定的脆性，且難加工，常將陶瓷基復合材料和金屬材料通過焊接的手段進行連接，制備成各種所需形狀的復合構件。在眾多的連接方法中，釬焊以其較高的連接強度和相對簡單的工藝成為陶瓷基復合材料與金屬連接的理想途徑之一。釬焊方法相比較其他焊接方法，具有工藝簡單、成本較低、適合異種材料之間的連接等優點。

然而，陶瓷基復合材料與金屬材料的釬焊中主要面臨以下兩大難題。首先，陶瓷基復合材料與金屬的熱膨脹系數差異大，釬焊的過程中接頭極易產生較大的熱應力。殘余應力會嚴重削弱接頭的力學性能，甚至導致已經連接好的接頭發生破壞。目前，可以通過優選釬料以及調整釬焊中間層結構來緩解接頭殘余應力，改善釬焊接頭性能。其次由于陶瓷基復合材料表面不易潤濕，進而界面反應不充分以及反應層不連續等問題均會對接頭性能產生嚴重的影響。目前，常采用表面蒸鍍金屬薄膜來改善表面潤濕性，但工藝復雜，難以操控，要求待蒸鍍材料表面潔凈度高，蒸鍍薄膜與陶瓷基復合材料潤濕性差易脫落，而且難以進行復雜結構表面的蒸鍍。因此，亟需開發出一種簡單且高效的方法來解決上述問題。

發明內容

本發明要解決現有陶瓷基復合材料表面釬料難潤濕性而導致釬焊接頭力學性能差的問題，而提供一種新型陶瓷基復合材料低溫表面滲碳輔助釬焊方法。

一種新型陶瓷基復合材料低溫表面滲碳輔助釬焊方法，具體是按照以下步驟進行的：

一、將陶瓷基復合材料用砂紙打磨并用丙酮清洗，得到表面去除雜質的陶瓷基復合材料；

二、將陶瓷基復合材料置于等離子體增強化學氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強為20Pa以下，通入氬氣，調節氬氣氣體流量為20sccm～80sccm，調節等離子體增強化學氣相沉積真空裝置中壓強為50Pa～300Pa，并在壓強為50Pa～300Pa和氬氣氣氛下，將溫度升溫至為100℃～400℃；

三、通入甲烷，調節甲烷的氣體流量為1sccm～10sccm，調節氬氣的氣體流量為5sccm～20sccm，調節等離子體增強化學氣相沉積真空裝置中壓強為20Pa～150Pa，然后在射頻功率為100W～200W、壓強為20Pa～150Pa和溫度為100℃～400℃條件下進行沉積，沉積時間為1min～5min，沉積結束后，關閉射頻電源和加熱電源，停止通入甲烷，在氬氣氣氛下從溫度為100℃～400℃冷卻至室溫，即可得到表面形成滲碳層的陶瓷基復合材料；

四、將鈦基釬料置于表面形成滲碳層的陶瓷基復合材料和金屬材料的待焊接面之間，并放置于真空釬焊爐中，對真空釬焊爐抽真空，然后將真空釬焊爐溫度升溫至700℃～1000℃，并在溫度為700℃～1000℃下保溫10min～30min，最后以降溫速度為5℃/min將溫度由700℃～1000℃冷卻至室溫，即完成新型陶瓷基復合材料低溫表面滲碳輔助釬焊過程。

本發明的有益效果是：

1、本發明采用PECVD方法，低溫原位在陶瓷基復合材料表面滲碳處理，使陶瓷基復合材料的表面得以活化，有效地改善其潤濕性，有利于提高陶瓷基復合材料和金屬材料的釬焊性能。

2、本發明直接在陶瓷基復合材料表面形成一層很薄的滲碳層，有助于提高滲碳層和陶瓷基復合材料之間的界面結合，同時避免大量雜質的引入。

3、本發明使用的PECVD方法可低溫下進行表面滲碳處理，可避免高溫熱循環對陶瓷基復合材料性能產生的影響。

4、本發明采用的PECVD方法簡單，高效，低成本，便于工業化生產。

本發明用于一種新型陶瓷基復合材料低溫表面滲碳輔助釬焊方法。

附圖說明

圖1為實施例制備的表面形成滲碳層的SiC纖維增強陶瓷基復合材料的掃描電鏡圖；

圖2為實施例制備的表面形成滲碳層的SiC纖維增強陶瓷基復合材料的拉曼光譜圖，1為D峰，2為G峰。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉的具體實施方式，還包括各具體實施方式之間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式所述的一種新型陶瓷基復合材料低溫表面滲碳輔助釬焊方法，具體是按照以下步驟進行的：

一、將陶瓷基復合材料用砂紙打磨并用丙酮清洗，得到表面去除雜質的陶瓷基復合材料；