[发明专利]用于氮化硅陶瓷及氮化硅陶瓷基复合材料钎焊的高温钎料

说明书

技术领域

本发明是一种用于氮化硅陶瓷及氮化硅陶瓷基复合材料钎焊的高温钎料，属于焊接技术领域。

背景技术

Si₃N₄陶瓷以及Si₃N₄陶瓷基复合材料是很有应用前途的高温结构陶瓷材料。但由于陶瓷材料的加工性能差、耐热冲击能力弱以及制造尺寸大而形状复杂的零件较为困难等缺点，通常需要与金属材料组成复合结构来应用或者通过陶瓷自身的连接来实现复杂构件的制造。

在Si₃N₄陶瓷的钎焊连接中，较多地使用传统的Ag-Cu-Ti(A P Xian，Z Y Si.Journal of Materials Science.1992，27：1560)、Cu-Ti(翟阳，任家烈，庄丽君，曹余庆，孙李军.金属学报.1995，31(9)：B423)系活性钎料等，虽然某些钎焊接头强度较高，但接头的高温性能差，从而制约了结构陶瓷高温性能的发挥。

国外最近十多年以来在研究陶瓷与金属连接用的新型高温钎料中，较多地设计含有贵重金属或以贵重金属Au、Pd、Pt、Ag-Pd为基的钎料成分，研究目标是使钎焊后接头能在650℃或更高的温度下工作，其中获得较好结果的有Au-基钎料如Au-33～35Ni-3～4.5Cr-1～2Fe-1～2Mo(wt％)和Au-36.6Ni-4.7V-1Mo(at.％)等钎料。使用上述的Au-Ni-Cr-Fe-Mo钎料钎焊Si₃N₄/Incoloy909(铁基低膨胀合金)，虽然获得的接头在650℃温度下强度值较高，但比起室温已经出现下降(S Kang and H J Kim，Wel ding Journal，1995，74(9)：289-s)，而且使用该钎料在钎焊前Si₃N₄表面须预镀Ti膜，对工艺控制要求严格，对应的陶瓷/金属接头耐热温度也不够高。Au-36.6Ni-4.7V-1Mo钎料获得的Si₃N₄/Si₃N₄接头，其室温四点弯曲强度高达393MPa，但700℃时强度值已经不足室温的40％(S DPeteves，M Paulasto，G Ceccone and V Stamos.Acta Mater.，1998，46(7)：2407；M Paulasto，G Ceccone，S D Peteves，R Voitovich andN Eustathopoulos.Ceramic Transactions，1997，77：91)。还有资料报道了设计Au-Pd-V钎料进行Si₃N₄/Si₃N₄连接的研究结果，钎料中Pd的含量接近8wt％，V含量为3～4wt％，对应接头在室温下平均四点弯曲强度达到350MPa，但600℃时强度值已经不足室温的60％，800℃时强度值已下降到室温的50％(RE Loehman.Key Engineering Materials，1999，161-163：657)，说明该钎料长期工作温度甚至很难超过600℃。

另外，国外也有设计Ni-20.35Cr-10.04Si(at.％)钎料进行Si₃N₄/Si₃N₄连接的研究报道(Ali Mohammad Hadian and Robin A.L.Drew..J.Am.Ceram.Soc.，1996，79(3)：659)，接头室温弯曲强度明显偏低(仅为118MPa)，虽然接头在700℃～900℃高温下四点弯曲强度可提高到200～220MPa，但考虑该钎料对应的接头室温强度低和脆性很大的特点，钎料实用性很差，也基本不能用于Si₃N₄陶瓷与金属的连接(后续也未见使用该钎料进行陶瓷与金属连接研究的报道)。

综上所述，目前国内外还缺乏可直接用于Si₃N₄陶瓷连接且接头在不低于700℃温度下具有稳定高温性能的实用钎料。

发明内容