[发明专利]陶瓷颗粒增强复合钎料

说明书

技术领域

本发明属于焊接技术领域，涉及一种陶瓷颗粒增强复合钎料，所述复合钎料用于在空气中的陶瓷/陶瓷或陶瓷/金属钎焊，特别适用于固体氧化物燃料电池的封装。 

背景技术

在陶瓷钎焊过程中，为获得良好的陶瓷/陶瓷、陶瓷/金属接头，一般采用活性合金作连接材料在高真空中连接的工艺。活性法的特点是钎料具有优良的润湿性能、好的气密性能。但是该方法也存在一些不足：(1)高真空连接效率低、成本高和试件尺寸受限制；(2)一般的Ag基活性钎料所钎焊的陶瓷/金属接头工作温度不超过400℃；(3)陶瓷材料与钎料金属之间存在较大的热膨胀系数差，导致钎焊后的陶瓷接头内部存在很高的残余应力。复合钎料钎焊方法与普通的活性钎料钎焊相比，由于钎料中加入了增强相，使得钎料整体的热膨胀系数降低，从而使得钎料与陶瓷材料的热膨胀系数之间更加匹配，有利于降低钎焊后接头的残余应力。 

美国太平洋西北国家实验室的K.Scott Weil等人采用Ag-CuO焊料对耐高温空气钎焊进行了大量的研究，实现了氧化锆基陶瓷与不锈钢间的焊接，焊缝有很好的机械强度和耐高温的性能。但K.Sccot Weil课题组也同时指出了Ag-CuO的缺点，可以发现焊缝中有断续的气孔产生，这会对焊接的质量和寿命产生重大的影响。研究表明，随着掺杂CuO量的增加， 这些气孔逐渐减少，当掺杂CuO摩尔比例到达20-30％以上的时候，气孔将基本消失，但是从Ag-CuO的两相图中可以看出，这时候的焊接温度已经降到800℃以下，不符合我们要求的800℃以上的工作温度要求。 

发明内容

我们针对Ag-CuO焊料的这个致命的问题，通过在Ag-CuO的焊料中采用陶瓷粉体添加剂来改善焊接过程中热扩散和热平衡的过程，促使微结构更均匀更合理，从而完成了本发明。 

本发明的目的在于提供一种用于陶瓷/陶瓷或陶瓷/金属钎焊的陶瓷颗粒增强复合钎料，所述复合钎料可以减少焊缝中气孔的产生，可以胜任工作温度在800℃左右的高温，并且增强焊缝在高温下氧化气氛和还原气氛中的寿命，从而得到具有高气密性能、高温性能、高强度的焊接。 

本发明的陶瓷颗粒增强复合钎料由90～99.8质量％的金属粉末A与0.2～10质量％的陶瓷颗粒B组成，金属粉末A由Ag粉和Cu粉混合而成，相对于金属粉末A，Ag粉摩尔比占80～99.5％，Cu粉摩尔比占0.5～20％。 

根据本发明的陶瓷颗粒增强复合钎料，陶瓷颗粒B选自钇稳定的氧化锆(YSZ)、ZrO₂以及Al₂O₃中的一种。 

根据本发明的陶瓷颗粒增强复合钎料，在金属粉末A中，Ag粉摩尔比优选占90～96％，并且更优选占92～94％；Cu粉摩尔比优选占4～10％，并且更优选占6～8％。 

根据本发明的陶瓷颗粒增强复合钎料，陶瓷颗粒B的直径为1nm～50μm，优选为0.1～5μm。 

根据本发明的陶瓷颗粒增强复合钎料，金属粉末A的含量优选为95～99质量％，更优选为98质量％；陶瓷颗粒的含量优选为1～5质量％，更优选为质量2％。 

根据本发明的陶瓷颗粒增强复合钎料，它处于粉末、合金带或合金丝、或膏的形式。可以利用混合的方法将本发明的陶瓷颗粒增强复合钎料制成粉末形式；可以通过加入75-90质量％的粘结剂，例如乙基纤维素的松油醇溶液，或三乙醇胺和正癸醇并且简单地混合，将本发明的陶瓷颗粒增强复合钎料制成膏状形式；还可以利用粉末冶金的方法，把本发明的陶瓷颗粒增强复合钎料制成合金带(或合金丝)。因而，本发明的复合钎料可以用于陶瓷/陶瓷或陶瓷/金属钎焊，特别适用于固体氧化物燃料电池的封装。本发明的复合钎料是在空气焊接过程中利用Cu形成CuO以及金属间化合物来增强焊接界面的性能和润湿性。当Cu的比例过高的时候，Cu很难完全氧化，从而导致形成Ag-Cu相，会导致溶解温度下降，不能在高温下使用。同时，增加陶瓷粉末可以抑制空隙的产生，但是过多的陶瓷粉末的加入会影响焊缝的机械性能，尤其是强度。 

使用本发明的复合钎料进行钎焊的方法为用毛笔沾着焊膏均匀涂敷到陶瓷焊接面上直至涂层厚度在0.3mm～1mm的范围内，再叠加陶瓷或金属到涂敷的钎焊料上，依靠焊膏较高的粘度定位装配，并施加一定压力，再将装配件加热到高于钎料液相线但低于母材固相线的温度，保温一定时间完成材料连接。