[发明专利]碳化硅陶瓷连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳化硅陶瓷的连接方法，更确切地说涉及一种碳化硅陶瓷管材的原位固化和高温共烧连接方法。属于工程陶瓷材料技术领域。

背景技术

碳化硅是一种重要的非氧化物陶瓷材料，具有良好的硬度、耐高温、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损等性能，广泛应用于机械工程的结构件和化工领域的密封件，耐磨件等，特别常压固相烧结体系的碳化硅陶瓷是在强酸、强碱、高磨损、高温等苛刻条件下发挥不可替代的作用。

碳化硅陶瓷优异的耐高温和耐腐蚀性能，高的热导率和力学强度，在高温和强腐蚀条件下的防热、加热、换热领域具有重要的应用前景。用碳化硅陶瓷制备的热电偶保护管，使用温度可达1600°C，抗热震性能良好，可以用耐腐蚀等苛刻条件下的测温保护。用碳化硅热交换管制备的换热器使用温度可达1300°C以上，能够承受更苛刻的环境，使用寿命比传统金属换热器高3倍以上，换热效率也大大提高。同时，碳化硅陶瓷在电加热领域也具有重要的应用前景，能够用于更高的加热功率，在强酸强碱的内加热领域也已经初步呈现优势。

在这些应用中，碳化硅陶瓷管材的封装和连接是一个关键技术。陶瓷管材一般通过等静压成型、注浆成型和挤出成型工艺制备，其中挤出成型的生产效率、成品率、连续化和自动化程度较高。在实际使用过程中，通常需要对其一端或两端与另一陶瓷部件连接。连接材料的性能与陶瓷部件的整体性能密切相关，特别是在一些苛刻环境中的应用，连接处的耐高温性能和耐压性能对陶瓷连接方式和材料提出了更高的要求，直接关系到整体部件的使用寿命。

焊接是一个重要的工艺，但焊料的性能，与陶瓷基体的热失配等大大限制了陶瓷部件在苛刻条件下的应用。扩散焊是一种比较有效的陶瓷连接方式，通过接近陶瓷熔点的高温加热陶瓷接缝表面时的两界面相互粘合，但这种工艺成本较高，而且需要外部加压。同时，在高温状态下热膨胀系数的不同对接缝处产生压力，容易产生裂纹等缺陷。近来采用陶瓷前驱体焊料是一个新型的连接方法，通过在特定陶瓷加工温度下使用陶瓷生产聚合物，实现陶瓷部件的连接，并且不产生热匹配不一致和污染的问题。

中国发明专利CN100393509C提供了一种碳化硅陶瓷部件的连接方法，通过双分子碳化硅的粉末与陶瓷生成聚合物进行混合，以浆料的形式施加压力，而后加热聚合物裂解转换为陶瓷对部件进行连接。这种连接工艺能连接各种形状复杂的陶瓷部件，但由于没有外部施加压力，但结合强度不高，在苛刻环境下的使用性能受到限制。

在陶瓷管材的连接中，通过坯体连接而后共烧的工艺是一种比较有效的连接方法。美国发明专利US4923655，US5112544，US5043116等，给出了一种陶瓷挤出成型坯体的连接工艺，采用有机泡沫堵塞，浆料浸渍的方法封口，这种工艺以挤出成型后的通孔坯体管材为基体对管材坯体进行端头封口，需要浆料性能和坯体完全一致，存在着干燥收缩不均匀、烧结易开裂的问题。

通过以上的分析可以看出，直接的浆料连接陶瓷坯体由于浆料性能和干燥后坯体的性能差别，导致连接后陶瓷各个部分密度不均一，内部产生较大的应力集中而导致材料性能下降。而扩散焊的方法需要外部施加压力，需要高温高压，设备和工艺复杂。

综上所述，目前，在陶瓷管材坯体的无压连接方面没有比较成熟的工艺。

因此，本领域迫切需要一种实现碳化硅陶瓷管材的高强度连接，提高整体陶瓷部件的性能的碳化硅陶瓷管材连接方法。

发明内容

本发明的第一目的在于获得一种实现碳化硅陶瓷管材的高强度连接，提高整体陶瓷部件的性能的碳化硅陶瓷管材连接方法。

本发明的第二目的在于获得一种实现碳化硅陶瓷管材的高强度连接，提高整体陶瓷部件的性能的碳化硅陶瓷管材连接的陶瓷浆料。

本发明的第三目的在于获得一种实现碳化硅陶瓷管材的高强度连接，提高整体陶瓷部件的性能的碳化硅陶瓷管材连接的陶瓷浆料的用途。

在本发明的第一方面，提供了一种碳化硅陶瓷的连接方法，所述方法包括如下步骤：

(a)提供含有碳化硅陶瓷粉体的陶瓷浆料；

提供待连接的碳化硅陶瓷坯体，所述坯体的待连接表面之间预留装配公差；

(b)所述坯体的待连接表面通过所述陶瓷浆料进行原位固化连接，得到连接的坯体；

(c)所述连接的坯体进行高温烧结，得到连接的碳化硅陶瓷部件。

在一个具体实施方式中，将固化连接后的陶瓷坯体干燥、脱粘和高温烧结得到连接后的陶瓷部件。

在一个具体实施方式中该方法包括浆料制备，坯体加工，原位固化，高温热处理等步骤(见附图2)：更具体的，包括如下步骤：