[發明專利]一種激光熔敷技術用于連接陶瓷與金屬的方法

有效

• 申請號: 201510619375.0
• 申請日: 2015-09-25
• 公開（公告）號: CN105174991B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 賀艷明;沈寒旸;楊建國;謝志剛;高增梁
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C04B37/02
• 分類號: C04B37/02
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙)33213
• 代理人: 吳秉中

技術領域

本發明屬于陶瓷與金屬連接技術領域，具體涉及一種低應力且力學性能均勻的激光熔敷技術用于連接陶瓷與金屬的新方法。

背景技術

陶瓷材料在航空、航天、軍工、核能、汽車等方面應用廣泛。但這種材料塑性差，加工困難，不易制成大型或形狀復雜的構件，因此其使用受到限制。一般的金屬材料具有優良的成型能力，但與陶瓷材料相比，其高溫性能、耐腐蝕性能及極端條件下的服役性能較差。為了發揮兩種材料各自的優點，有必要實現對陶瓷和金屬之間的連接。目前，連接陶瓷與金屬最常見的方法是釬焊，采用該技術制成的陶瓷-金屬接頭不僅能發揮陶瓷和金屬各自的優良性能，滿足更多設計與加工需求，同時還有成本低、操作簡單、連接強度高及性能穩定等諸多優點。

陶瓷-金屬連接主要涉及到兩個問題：（1）潤濕性問題：由于金屬釬料表面的物理和化學性質與陶瓷相比差異較大，一般的金屬釬料難以對陶瓷表面形成潤濕；（2）殘余應力問題：一般的金屬材料與陶瓷之間熱膨脹系數差異較大，釬焊降溫過程中，容易在接頭的連接界面附近形成高的殘余應力。

對于潤濕性問題可以往釬料內添加活性元素，通過活性元素與陶瓷之間的反應來得到解決。對于殘余應力問題，常見的緩解方法有：調整陶瓷和金屬的CTE差；采用較低的溫度或慢的冷卻速度；接頭中插入中間層或緩沖層；采用緩和結構等。由于陶瓷和金屬之間的熱膨脹系數相差很大，調整兩種材料的CTE錯配及降溫慢冷的方法效果十分有限；而插入中間層或緩解層往往會使得釬料層內引入額外的反應相，損害接頭的力學性能。為了獲得低殘余應力且穩定可靠的陶瓷-金屬接頭，需要找出一種緩解接頭殘余應力的新方法。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種低應力且力學性能均勻的激光熔敷技術用于連接陶瓷與金屬的新方法。

所述的一種激光熔敷技術用于連接陶瓷與金屬的新方法,其特征在于包括以下步驟：

1）選用特定粒徑范圍的碳化硅粉末，采用氫氟酸酸洗除去其中的雜質，隨后烘干得碳化硅粉末；

2）將步驟１）得到的碳化硅粉末通過粉末供給裝置連續送粉，在金屬待焊面上實施激光熔敷，令碳化硅粉末均勻分布于金屬的待連接表面；

３）對激光熔敷后的焊件進行熱處理，消除激光熔敷過程中產生的內應力；

４）采用常規的釬焊方式實施釬焊，得到低殘余應力且應力分布均勻的釬焊接頭。

所述的一種激光熔敷技術用于連接陶瓷與金屬的新方法,其特征在于步驟３）中所述熱處理為在650-700℃條件下保溫2-3h后，隨爐緩冷。

所述的一種激光熔敷技術用于連接陶瓷與金屬的新方法,其特征在于步驟３）中激光熔敷前對金屬進行預熱，預熱溫度為300-350℃。

所述的一種激光熔敷技術用于連接陶瓷與金屬的新方法,其特征在于激光熔敷前對被處理物進行預熱,預熱溫度為300-350℃。

所述的一種激光熔敷技術用于連接陶瓷與金屬的新方法,其特征在于碳化硅粉末粒徑為10-50μm。

本發明的優點是，較之傳統的緩解殘余應力方法，本方法得到的釬焊接頭有殘余應力低、力學性能均勻、接頭內成分穩定等優點。

附圖說明

圖1是使用該方法形成釬焊接頭的原理示意圖

圖中：1-陶瓷焊件，2-釬縫，3-碳化硅粉末，4-金屬焊件。

具體實施方式

以下結合說明書附圖及實施例對本發明作進一步的描述，但本發明的保護范圍并不僅限于此：

如圖1所示，本發明的激光熔敷技術用于連接陶瓷與金屬的新方法,包括以下步驟：

1）選用特定粒徑范圍的碳化硅粉末3，采用氫氟酸酸洗除去其中的雜質，隨后烘干得碳化硅粉末3；

2）將步驟１）得到的碳化硅粉末3通過粉末供給裝置連續送粉，在金屬待焊面上實施激光熔敷，令碳化硅粉末３均勻分布于金屬焊件4的待連接表面；

３）對激光熔敷后的金屬焊件4進行熱處理，消除激光熔敷過程中產生的內應力；

４）采用常規的釬焊方式實施釬焊，碳化硅粉末３熔化進入釬縫2中，與陶瓷焊件1連接，得到低殘余應力且應力分布均勻的釬焊接頭。

實施例1：以釬焊連接碳化硅陶瓷與Ni基合金為例。

首先，選用粒徑為10 的碳化硅粉末，采用氫氟酸酸洗的方式除去其中的雜質，隨后烘干；

第二，在激光熔敷前對待處理的哈氏合金進行預熱處理，在300-350℃下保溫0.5h；

第三，在哈氏合金待焊面上實施激光熔敷，令碳化硅陶瓷顆粒均勻分布于Ni基合金的待連接截面；