[發(fā)明專利]碳鋼與氧化鋯陶瓷的連接件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610012890.7
• 申請日: 2010-07-22
• 公開（公告）號: CN105732071A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 不公告發(fā)明人
• 申請（專利權(quán)）人: 九尊城網(wǎng)絡(luò)科技（深圳）有限公司
• 主分類號: C04B37/02
• 分類號: C04B37/02
• 代理公司: 深圳市愛迪森知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44341
• 代理人: 何婷;田利瓊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬與陶瓷的連接件，尤其涉及一種碳鋼與氧化鋯陶瓷的連接件。

背景技術(shù)

碳鋼被廣泛應(yīng)用于制造工程結(jié)構(gòu)(比如船舶、發(fā)動機、高壓容器等)和機械零件(如齒輪、軸等)。然而碳鋼存在耐磨性較差、硬度較低、抗熱沖擊性及高溫耐蝕性較低等缺點，已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)對材料綜合性能的進(jìn)一步需求。而氧化鋯陶瓷具有硬度高、高溫抗腐蝕、耐磨損、抗熱沖擊等優(yōu)點。碳鋼和氧化鋯連接在一起制備成復(fù)合結(jié)構(gòu)，對于碳鋼在高溫環(huán)境中應(yīng)用具有非常重要的意義。

由于這兩種材料的物理、化學(xué)性能差異較大，使得兩者之間的連接非常困難，目前主要采用熔焊、釬焊、固相擴(kuò)散連接及瞬間液相連接來實現(xiàn)陶瓷與金屬的連接。但這些方法存在許多不足：難于制得高結(jié)合強度的接頭；對金屬件表面的清潔度及設(shè)備真空度要求很高；固相擴(kuò)散連接及瞬間液相連接溫度要求較高，保溫時間長，導(dǎo)致兩者間的連接耗時、耗能；熔焊容易產(chǎn)生裂紋；釬焊雖然連接溫度較低，但由于釬料的熔點普遍較低，因此釬焊難于制得能在高溫下使用的接頭。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，有必要提供一種較高結(jié)合強度的碳鋼與氧化鋯陶瓷的連接件。

一種碳鋼與氧化鋯陶瓷的連接件，其特征在于：該碳鋼與氧化鋯陶瓷的連接件包括一碳鋼件、一氧化鋯陶瓷件及連接該碳鋼件與該氧化鋯陶瓷件的連接部，該連接部包括一第一過渡層、一鈦金屬層及一第二過渡層，該第一過渡層位于該氧化鋯陶瓷件與該鈦金屬層之間，是由鈦與鐵的固熔體及鈦鐵金屬間化合物組成，該第二過渡層包含有鈦鋯固熔體，主要由鈦氧化合物、鈦鋯化合物組，該第一過渡層和第二過渡層的厚度均為5～30μm。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，該碳鋼與氧化鋯陶瓷的連接件對制程設(shè)備的真空度要求較低，且其連接界面具有較大的剪切強度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明較佳實施例使用一放電等離子體燒結(jié)設(shè)備進(jìn)行碳鋼與氧化鋯陶瓷連接的示意圖。

圖2為本發(fā)明較佳實施例的碳鋼與氧化鋯陶瓷的連接件的剖面示意圖。

主要元件符號說明

放電等離子體燒結(jié)設(shè)備10

軸向壓力系統(tǒng)11

電極12

爐膛13

直流脈沖電源14

控制系統(tǒng)15

碳鋼件20

氧化鋯陶瓷件30

活性中間層40

石墨模具50

上壓頭51

下壓頭52

中模53

碳鋼與氧化鋯陶瓷的連接件100

連接部60

第一過渡層61

鈦金屬層62

第二過渡層63

具體實施方式

請參閱圖1，本發(fā)明較佳實施例的碳鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法主要通過采用一放電等離子體燒結(jié)設(shè)備10來完成，該方法主要包括如下步驟：

(1)提供一待連接的碳鋼件20、一氧化鋯陶瓷件30及一活性中間層40。該活性中間層40為鈦箔，其厚度大約為0.1～0.5mm，較佳厚度為0.2～0.3mm。

(2)對活性中間層40及碳鋼件20和氧化鋯陶瓷件30的待連接表面進(jìn)行打磨和清洗，并吹干。本實施例中可以使用400～800目的金相砂紙對活性中間層40、碳鋼件20及氧化鋯陶瓷件30打磨；然后用稀鹽酸或稀硫酸溶液進(jìn)行清洗；酸清洗后用水沖洗并吹干。以下將活性中間層40、碳鋼件20及氧化鋯陶瓷件30統(tǒng)稱為工件。

(3)提供一石墨模具50，該石墨模具50包括上壓頭51、下壓頭52及中模53，該中模53具有一模腔(圖未示)，用于容置待連接工件。

(4)將工件放入石墨模具50中，使活性中間層40夾放在碳鋼件20與氧化鋯陶瓷件30之間，并且用上壓頭51和下壓頭52壓緊。

(5)提供一放電等離子體燒結(jié)設(shè)備10，比如可采用日本住友石炭公司生產(chǎn)的SPS3.20MK-IV型放電等離子燒結(jié)設(shè)備。該放電等離子體燒結(jié)設(shè)備10主要包括：軸向壓力系統(tǒng)11，用于對燒結(jié)工件提供軸向壓力；正、負(fù)電極12；爐膛13；直流脈沖電源14，用于對燒結(jié)工件提供脈沖電流，使工件升溫；溫度測量單元(圖未示)及控制系統(tǒng)15等。該直流脈沖電源脈寬比為12：2，最大電流可達(dá)5000A。