[发明专利]一种陶瓷与金属或陶瓷与陶瓷的钎焊方法

说明书

一种陶瓷与金属或陶瓷与陶瓷的钎焊方法，涉及陶瓷与金属、陶瓷与陶瓷、陶瓷与陶瓷基复合材料以及陶瓷基复合材料与陶瓷基复合材料的钎焊方法。该方法在陶瓷或陶瓷基复合材料的待焊表面加工出周期性或非周期性的开口槽，其相邻开口槽之间的距离、开口槽宽度及开口槽深度为微米量级；然后在待焊表面之间放置活性钎料，并通过真空钎焊的方法，实现陶瓷与金属、陶瓷与陶瓷或陶瓷与陶瓷基复合材料之间的有效连接。本发明可有效增大活性钎料在其表面的润湿铺展面积，减小陶瓷表面的残余应力，进而可提高陶瓷与金属，陶瓷与陶瓷之间的连接强度。这种方法还适用于C/C复合材料、C_f/SiC复合材料和其它高硬度高脆性材料之间的连接。

技术领域

本发明是一种陶瓷/金属及陶瓷/陶瓷钎焊的方法，属于焊接技术领域。

背景技术

陶瓷是一种很有应用前途的高温结构材料，以Al₂O₃陶瓷为例，其具有耐高温、耐磨等优异性能。而金属材料一般具有较好的韧性。在一些军事、工业应用领域，需要材料同时具有较好的韧性以及较好的耐高温性能，因此常需要将陶瓷与金属材料或两种不同陶瓷材料连接，组成陶瓷-金属，陶瓷-陶瓷复合材料。这种复合材料有很好的应用前景。

陶瓷的连接一般可用钎焊或扩散焊的方法，但直接用这些方法连接陶瓷与金属材料或不同的陶瓷材料是十分困难的，这主要是由于两种被焊材料的热膨胀系数差异非常大(Al₂O₃陶瓷为6.7×10^-6K^-1，金属材料为12-41×10^-6K^-1，两者相差最大达到6倍以上)，这样的差别会导致在高温钎焊或扩散焊结构的冷却过程中，接头处产生很大的残余热应力，进而导致接头在受力时，在界面处出现裂纹，连接强度很低。为了提高陶瓷与金属，陶瓷与陶瓷连接接头的强度，就需要采取合适的措施降低接头处的残余热应力。发明专利(发明人：熊华平，毛唯，程耀永.一种用于SiO_2f/SiO₂复合陶瓷与金属材料钎焊的工艺方法，专利申请日：2010年08月31日，专利号：ZL 2010 1 0266686.0，授权公告日：2012年09月26日；发明人：熊华平，陈波，郭绍庆，毛唯.SiO_2f/SiO₂复合陶瓷与金属材料钎焊的方法，专利申请日：2012年10月24日，专利号：ZL 2012 1 0266686.0，授权公告日：2014年01月08日)提出先通过机械加工方法在SiO_2f/SiO₂复合陶瓷的待焊表面开沟槽，并加工出尺寸与数量相匹配的金属镶嵌块，装配后使用AgCu-Ti活性钎料置于SiO_2f/SiO₂复合陶瓷待焊表面的沟槽及金属镶嵌块之间处，并在被焊的SiO_2f/SiO₂复合陶瓷与被焊的金属材料之间的待焊界面上添加AgCu-Ti钎料，再通过真空钎焊加热方式，实现SiO_2f/SiO₂复合陶瓷与金属材料的有效连接。这种方法需包括加工及装配金属镶嵌块步骤，操作相对复杂，虽然可在一定程度上增大接头的连接强度，但在实际加工及应用领域，受到一定的限制。此外，这项专利提出的沟槽尺寸范围为毫米级，对应力释放作用有限，且毫米级沟槽对钎料的润湿性、填充性的作用有限。论文(J.X.Xiong,J.L.Li,F.S.Zhang,et al.Direct joining of 2D carbon/carboncomposites to Ti-6Al-4V alloy with a rectangular wave interface[J].MaterialsScience and Engineering A,488(2008)205-213.)报道了一种在碳/碳复合材料上加工周期性矩形沟槽，从而提高其与Ti-6Al-4V钎焊接头强度的研究。在论文中，科学家提出这种周期性沟槽缓解焊接热应力的机理。但是同样，这篇报道中的沟槽尺寸为毫米级，且矩形沟槽的边缘处易发生应力集中，促使裂纹产生。另一方面，对较大尺寸的陶瓷与金属材料的钎焊连接，目前缺乏有效的、易于操作的连接工艺方法。