[发明专利]一种具有负热膨胀性质的合金密封件

说明书

技术领域

本发明涉及金属与金属、金属与陶瓷直接密封的技术领域，具体涉及负热膨胀密封材料领域。

背景技术

金属与金属、金属与陶瓷直接的密封技术难点在于不同材料之间的热膨胀系数的匹配。由于热膨胀系数的差异，在温度变化的过程中，密封件和待密封部件产生应力，从而使密封界面的可靠性变差，甚至失效。负热膨胀材料，在一定温度范围内，其平均热膨胀系数为负值，具有特殊的“热缩冷胀”性质。可以根据需要做相应的热膨胀系数的调控，从而在光学、电子学、医学、机械、航空等诸多领域有着重要的潜在用途。

然而目前关于负热膨胀密封件还未见报道。而且负热膨胀材料大多数是非金属材料，有制造工艺复杂，成本高，机械强度低等缺点。从材料的实用角度出发，金属材料具有韧性好、可随意加工、耐冲击载荷等优势，因此，研究开发金属类的负热膨胀材料的密封件是非常有实用价值的。因此，需要提供一种具有负热膨胀性质的合金密封件。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题在于提供一种具有负热膨胀性质的合金密封件，该密封件具有热缩冷胀的性质。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种具有负热膨胀性质的合金密封件，该密封件的制备材料为负热膨胀合金；

其中所述负热负热膨胀合金的制备方法包括如下步骤：

1)按质量百分比钛60～73％、铌20～30％、锆1～10％和锡2～10％分别称取平均粒度为1～50μm的钛、铌、锆和锡金属粉末；

2)混合步骤1)中的金属粉末，在充入惰性气体的球磨罐内进行高能球磨5-100小时；

3)将球磨后的金属粉末装入模具中，然后置入放电等离子烧结炉中，对模具施加10～60Mpa的压力，将所述放电等离子烧结炉的真空度降至2～6Pa后进行烧结，烧结的条件为：升温速率为50～200k/min，烧结温度为1223～1373K，达到烧结温度后保温5～30min，然后随炉冷却至室温，即得到圆柱状钛合金材料；

4)将步骤3)得到的钛合金材料在1073～1223K热轧，将钛合金热轧成块状合金；

5)将步骤4)得到的块状合金封装在石英管里在1073～1223K的条件下进行24-36小时的热处理，在室温空气中冷却；

6)将冷却后的块状合金在室温下沿同一方向进行12～90％压下量的冷轧，即得到负热膨胀的钛合金。

优选地，所述模具为石墨模具。

在一个实施例中，对模具两头的冲头施加10～60Mpa的轴向压力，该压力为机械压力，将模具压住，使得到的钛合金材料更加致密。

在一个实施例中，对所述模具施加30～50Mpa的压力

所述压下量是指沿竖直方向的材料轧制变化量，优选地，沿同一方向进行20％-80％。

优选地，所述烧结的条件中升温速率为80～150k/min。

优选地，所述块状合金的热处理温度为1073～1173K。

优选地，所述惰性气体的纯度为99％以上，在一个实施方式中所述惰性气体的纯度为99.999％。

所述惰性气体选自氮气、氩气和氦气中的一种或多种。

通过对获得的合金块进行进一步的热处理和冷轧处理，使得所述合金的膨胀性能得到了改善。

所述负热膨胀性质的合金密封件适合与热胀冷缩的器件配合使用，一般情况下陶瓷与金属在剧烈温度变化下都会发生热胀冷缩，而负热膨胀性质的合金密封件发生热缩冷胀，从而使得待密封的器件和密封件直接的结合变得更加紧密，有利于提高界面的气密性，从而也可以实现金属与金属，金属与陶瓷之间的可靠密封。并且该类合金材料导热导电，机械性能优异，可用在航空航天，建筑材料，光学元件，微电子器件，光纤通讯等领域。

本发明的有益效果如下：

所述负热膨胀性质的合金密封件，易于制备，性能稳定，无磁性、对于航空航天类高精度仪器设备的开发具有重要意义。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出负热膨胀合金密封件长度相对变化量随温度变化曲线。

图2示出负热膨胀合金密封件长度相对变化量随温度变化曲线。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

实施例1：一种负热膨胀性质的合金密封件