[发明专利]三维结构石墨烯复合中间层辅助钎焊的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料焊接领域。

背景技术

材料钎焊过程中主要面临以下两大难题。首先，材料之间热膨胀系数差异大，钎焊的过程中接头极易产生较大的残余应力。残余应力会严重削弱接头的力学性能，甚至导致已经连接好的接头发生破坏。目前，可以通过优选钎料以及调整钎焊中间层结构来缓解接头残余应力，改善钎焊接头性能。其次，不同材料表面和钎料的润湿差异较大，进而产生界面反应不充分以及反应层不连续等问题均会对接头性能产生严重的影响。石墨烯，通常指单层石墨烯，是由sp²杂化的碳原子通过六边形链接得到的具有共轭结构的二维纳米碳材料，可以看作是石墨的一层。石墨烯许多独特的性能，由于密度低、强度高、弹性模量高等特点，是一种最为理想的材料增强体。

发明内容

本发明要解决现有钎焊的过程中接头极易产生较大的残余应力而导致钎焊接头力学性能差的问题，而提供三维结构石墨烯复合中间层辅助钎焊的方法。

三维结构石墨烯复合中间层辅助钎焊的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、将泡沫金属用丙酮超声预处理10min～20min，得到表面去除杂质的泡沫金属；

所述的泡沫金属为泡沫Ni或泡沫Cu；

二、将表面去除杂质的泡沫金属置于化学气相沉积装置中，抽真空至压强为20Pa以下，通入氩气，调节氩气气体流量为10sccm～50sccm，调节化学气相沉积装置中压强为50Pa～300Pa，并在压强为50Pa～300Pa和氩气气氛下，将温度升温至为800℃～1200℃；

三、通入甲烷，调节甲烷的气体流量为5sccm～40sccm，调节氩气的气体流量为60sccm～95sccm，调节化学气相沉积装置中压强为200Pa～800Pa，然后在压强为200Pa～800Pa和温度为800℃～1000℃的条件下进行沉积，沉积时间为5min～35min，沉积结束后，关闭加热电源，停止通入甲烷，在氩气气氛下，以冷却速度为5℃/min～30℃/min将温度冷却至室温，即得到三维结构石墨烯金属复合中间层；

所述的甲烷与氩气的气体流量的总和为100sccm；

四、将三维结构石墨烯金属复合中间层置于两个待焊接材料之间，然后将钎料置于三维结构石墨烯金属复合中间层和两个待焊接材料的待焊接面之间，并放置于真空钎焊炉中，对真空钎焊炉抽真空，然后在温度为500℃～1200℃下保温2min～30min，最后以降温速度为2℃/min～30℃/min将温度由500℃～1200℃冷却至室温，即完成三维结构石墨烯复合中间层辅助钎焊过程。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用化学气相沉积CVD方法，在泡沫Cu或泡沫Ni上制备三维结构石墨烯复合中间层，可以通过改变沉积时间等实验参数控制石墨烯的生长，操作简单且重复性强。

2、本发明利用三维结构石墨烯，可以改善石墨烯在钎料中的分散性，降低钎料热膨胀系数，缓解接头内的应力，有利于提高钎焊接头性能。

3、本发明使利用三维结构石墨烯，可以避免传统方法制备的石墨烯在钎缝中团聚，利用三维结构基底可以明显地改善石墨烯的分散情况，进而充分发挥石墨烯的优异性能，提高钎焊接头的整体性能。

4、本发明采用的CVD方法简单，高效，便于大批量制备复合中间层。

本发明用于三维结构石墨烯复合中间层辅助钎焊的方法。

附图说明

图1为实施例步骤三制备的三维结构石墨烯金属复合中间层的扫描电镜图片。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式所述的三维结构石墨烯复合中间层辅助钎焊的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、将泡沫金属用丙酮超声预处理10min～20min，得到表面去除杂质的泡沫金属；

所述的泡沫金属为泡沫Ni或泡沫Cu；

二、将表面去除杂质的泡沫金属置于化学气相沉积装置中，抽真空至压强为20Pa以下，通入氩气，调节氩气气体流量为10sccm～50sccm，调节化学气相沉积装置中压强为50Pa～300Pa，并在压强为50Pa～300Pa和氩气气氛下，将温度升温至为800℃～1200℃；