[發(fā)明專利]一種金屬固相擴散連接方法及其制得的陶瓷連接件和應用

在審

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• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN112062588A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 何盛金;吳利翔;郭偉明;詹創(chuàng)添;朱林林;林華泰
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 彭玉婷

本發(fā)明屬于陶瓷連接技術領域，公開了一種金屬固相擴散連接方法及其應用，該方法是將連接材料耐高溫活性金屬放置于連接母材表面拋光的摻雜液相燒結助劑的SiC或Si₃N₄陶瓷之間，形成三明治結構；所述液相燒結助劑為Al₂O₃?Re₂O₃；在保護氣氛下，將三明治結構經機械加壓，氣壓為10～10⁵Pa，在1200～1500℃燒結，制得SiC或Si₃N₄陶瓷連接件。連接后中間層厚度為10～100μm，連接件在室溫下的剪切強度為60～150MPa，1200℃剪切強度為50～100MPa，該陶瓷接頭可應用于航空航天和核能領域中。

技術領域

本發(fā)明屬于陶瓷連接技術領域，更具體地，涉及一種金屬固相擴散連接方法及其制得的陶瓷連接件和應用。

背景技術

精細陶瓷材料具有高強、耐高溫、抗腐蝕等優(yōu)異的性能，作為工程應用中必不可少的結構材料；同時由于陶瓷材料的燒結活性低，往往在燒結過程中需要添加燒結助劑，其中應用最廣的燒結助劑為Al₂O₃-Y₂O₃；因此，液相燒結制備的陶瓷材料通常作為工程應用中的首選材料。然而，陶瓷材料固有的高硬和脆性限制了其機械加工性，從而限制了其工業(yè)應用價值。隨著連接技術的出現(xiàn)，可實現(xiàn)不同結構件的相互連接，有望解決以上問題，解決大型結構件的難加工問題；從而推廣結構陶瓷材料在工業(yè)界的應用，尤其是航空航天和核能等極端苛刻的高溫環(huán)境應用。

金屬固相擴散連接作為一種比較成熟的連接工藝，可實現(xiàn)陶瓷材料的高強連接，并且接頭具有良好的密封性和耐高溫性，可以在較低溫度下實現(xiàn)連接；然而，針對目前的金屬固相擴散連接，通常需要在高真空連接爐中進行，苛刻的高真空連接環(huán)境并不利于工程應用的推廣。而且由于金屬與陶瓷間的熱膨脹系數(shù)差異較大，這種熱膨脹系數(shù)不匹配容易在接頭處產生較大的熱應力，為連接件存在較大的安全隱患，以上問題為金屬固相擴散連接的應用增加了阻力。因此，急需開發(fā)一種金屬固相擴散連接方法，在無需高真空條件下就能實現(xiàn)陶瓷材料的高強連接，降低接頭熱應力，提高接頭可靠性。

發(fā)明內容

為了解決上述現(xiàn)有技術存在的不足和缺點，本發(fā)明首要在于提供一種金屬固相擴散連接方法。該方法以活性金屬為連接材料，通過調節(jié)保護氣氛壓力，控制陶瓷材料中液相燒結助劑向中間層的擴散速率，并且通過對陶瓷中液相燒結助劑的種類及其含量的調節(jié)，可實現(xiàn)調控中間產物的熱膨脹系數(shù)，從而降低接頭熱應力；簡化了金屬固相擴散連接工藝，同時提高了接頭的可靠性。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述方法制得的陶瓷連接件。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述陶瓷連接件的應用。

本發(fā)明的目的通過下述技術方案來實現(xiàn)：

一種金屬固相擴散連接方法，包括如下具體步驟：

S1.將連接材料耐高溫活性金屬放置于連接母材表面拋光的摻雜液相燒結助劑的SiC或Si₃N₄陶瓷之間，形成三明治結構；所述液相燒結助劑為Al₂O₃-Re₂O₃，其中Re＝Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb或Lu中的任意一種；

S2.在保護氣氛下，將上述三明治結構經機械加壓，氣壓為10～10⁵Pa，在1200～1500℃燒結，制得SiC或Si₃N₄陶瓷連接件。

優(yōu)選地，步驟S1中所述的活性金屬為Ti、Mo、W或Ta中的至少一種。