[發明專利]一種碳納米管增強三維結構中間層輔助釬焊的方法

有效

• 申請號: 201611081818.6
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106346100B
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發明（設計）人: 亓鈞雷;霸金;王毅恒;林景煌;金宇鵬;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K1/20
• 分類號: B23K1/20;B23K1/008
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 李紅媛

一種碳納米管增強三維結構中間層輔助釬焊的方法，它涉及釬焊陶瓷與金屬的方法。本發明要解決現有陶瓷材料與金屬釬焊連接中，殘余應力較大以及高溫性能不足的問題。方法：一、制備浸泡后的泡沫金屬；二、將浸泡后的泡沫金屬置于等離子體增強化學氣相沉積真空裝置中，并在一定壓強和氫氣氣氛下升溫；三、制備碳納米管增強的泡沫金屬；四、制備去除表面雜質的金屬、去除表面雜質的釬料箔片及去除表面雜質的陶瓷；五、將去除表面雜質的待焊金屬、碳納米管增強的泡沫金屬、去除表面雜質的釬料箔片及去除表面雜質的陶瓷依次疊放，得到待焊件，將待焊件進行釬焊，然后冷卻至室溫。本發明用于一種碳納米管增強三維結構中間層輔助釬焊的方法。

技術領域

本發明涉及釬焊陶瓷與金屬的方法。

背景技術

陶瓷材料是目前工程材料中剛度最好、硬度最高的材料，同時陶瓷的線膨脹系數比金屬低，當溫度發生變化時，陶瓷具有良好的尺寸穩定性；陶瓷材料一般具有高的熔點(大多在2000℃以上)，在高溫下不易氧化，并對酸、堿、鹽具有良好的抗腐蝕能力，具有穩定的耐腐蝕性，而且其導熱性低于金屬材料，是良好的隔熱材料，陶瓷擁有諸多優良的高溫性能。陶瓷根據其制作方法可分為多種功能陶瓷，已經廣泛的應用于航空航天、能源交通、電力電子、生物醫學、化工、光學和機械工程等領域。

雖然陶瓷具有以上優良性能，但其塑性、韌性較低，其成型性不好，難以加工成復雜結構，故多采用與金屬連接，實現與金屬在性能方面的互補，以獲得具有陶瓷與金屬各自優異性能的陶瓷-金屬復合件。在航天航空等領域所應用的陶瓷-金屬復合件多在高溫載荷環境下工作，所選陶瓷與金屬均可耐受高溫環境，而陶瓷與金屬常使用釬焊方法進行連接，這無疑對釬焊接頭造成巨大的挑戰，常規方法所得到的釬焊接頭會在高溫載荷下發生熔化、開裂的現象。陶瓷-金屬復合件的釬焊連接所面臨的問題如下：一方面，二者化學鍵不同，晶體結構不同，物理化學成分差異大，常常出現焊接殘余應力大，反應不充分，脆性相過多等問題，造成接頭強度的下降；另一方面，普通釬焊方法耐高溫性能差，無法滿足高溫工作需求。故需研制一種保證陶瓷與金屬連接強度，并能滿足高溫工作需求的方法。

碳納米管是由一層或多層石墨烯層按一定的螺旋角度卷繞而成的中空管狀結構，根據理論計算和實驗測量發現，單層碳納米管的楊氏模量可達1TPa，與金剛石相當，約為鋼材的5倍；其拉伸強度在11～63GPa的范圍內，約為鋼材的1000倍，具有極高的剛度與強度；并且其具有較低的線膨脹系數，可降低釬焊接頭應力；碳納米管具有較高的熔點，可提升釬料熔化溫度，故其廣泛應用于增強體材料。碳納米管的優點就在于其結構的一維性，團聚會影響碳納米管性能的發揮，故碳納米管的均勻分散對其作用的發揮有著至關重要的作用。傳統的碳納米管制備方法諸如電弧放電法、激光燒蝕法、固相熱解法、輝光放電法、聚合反應合成法等，都會不同程度的產生不定形碳、團聚的碳納米管，難以用于增強體材料。

發明內容

本發明要解決現有陶瓷材料與金屬釬焊連接中，殘余應力較大以及高溫性能不足的問題，而提供一種碳納米管增強三維結構中間層輔助釬焊的方法。

一種碳納米管增強三維結構中間層輔助釬焊的方法是按照以下步驟進行的：

一、將泡沫金屬依次用濃度為1mol/L～3mol/L的鹽酸、丙酮、無水乙醇及去離子水分別清洗10min，然后自然晾干，得到預處理后的泡沫金屬，將催化劑加入到無水乙醇中，得到濃度為0.001mol/L～1mol/L的催化劑的無水乙醇溶液，將預處理后的泡沫金屬浸漬在濃度為0.001mol/L～1mol/L的催化劑的無水乙醇溶液中，靜置1h，然后自然晾干，得到浸泡后的泡沫金屬；

二、將浸泡后的泡沫金屬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～100Pa以下，通入氫氣，調節氫氣氣體流量為20sccm～60sccm，調節抽真空速度將等離子體增強化學氣相沉積真空裝置中壓強控制為100Pa～300Pa，并在壓強為100Pa～300Pa和氫氣氣氛下，在30min內將溫度升溫至為300℃～800℃；