[发明专利]一种TiH2-Ni-Cu+TiC复合焊料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种TiH₂‑Ni‑Cu+TiC新型复合焊料及其制备方法和应用。所述新型复合焊料按下述重量百分比球磨制备而成：Cu粉：13％～17％，TiH₂粉：58％～62％，Ni粉：23％～27％，TiC粉：1％～5％。所得复合焊料主要用于核聚变以及汽车工业中石墨与铜合金连接件的制备。所述连接件的制备方法包括下述步骤：将TiH₂‑Ni‑Cu+TiC新型复合焊料与丙三醇混合调制成膏状，涂抹在处理后的石墨与Cu合金的待连接面上，合上待连接面并施加载荷，进行钎焊。所述钎焊的条件为：890℃～940℃下保温8～13min，施加压力为10kPa。本发明提供的复合焊料制备方法简单，原料成本低，由其制得的石墨与铜合金接头，具有接头界面层结合良好、无裂纹及孔隙等优点，接头平均剪切强度可达15.2MPa，为石墨母材强度的81.7％。

技术领域

本发明属于碳基材料技术领域，具体涉及一种TiH₂-Ni-Cu+TiC新型复合焊料及其制备方法和应用。

背景技术

碳材料化学性能稳定，很难与其他物质反应，是目前制备直流电机中的电刷或换向器铜工作面的首选材料之一，但是这种新型碳换向器的制备涉及到碳/铜的连接。此外，面向等离子体材料是核聚变堆中非常重要的材料，而碳材料与等离子体有很好的兼容性，与铜合金连接可以将辐照产生的大量热传导出去，所以面向等离子体偏滤器部件也需要将碳材料和Cu 合金进行连接。

铜在石墨表面难以润湿，石墨与铜之间还存在较大的热错配。这些难点使得采用一般焊料连接的石墨和Cu合金时，连接件失败或者连接强度较低。目前研究的焊料主要包括 AgCuTi、NiCrP、NiCrPCu、CuSiAlTi以及非晶态TiZrCuNi焊料等。但是现有焊料存在一些问题。例如，AgCuTi焊料在高真空钎焊石墨与铜连接时效果较好，但价格昂贵；TiZrCuNi焊料为非晶态，制备较为麻烦；此外，焊料中含有的P元素添加会降低接头的导电性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种TiH₂-Ni-Cu+TiC新型复合焊料及其制备方法和应用。所述TiH₂-Ni-Cu+TiC新型复合焊料可用于连接石墨与Cu合金，其制备方法简单，使用方便，安全可靠。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种TiH₂-Ni-Cu+TiC新型复合焊料，其特征在于，按重量百分比由以下原料制备而成：

Cu粉：13％～17％；

TiH₂粉：58％～62％；

Ni粉：23％～27％；

TiC粉：1％～5％。

本发明还提供制备上述TiH₂-Ni-Cu+TiC新型复合焊料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：将Cu粉、TiH₂粉、Ni粉的以及TiC粉放入球磨机中球磨而成。

按上述方案，优选地，所述Cu粉、TiH₂粉、Ni粉的粒径为45～55μm，所述TiC粉的粒径为1～5μm。

按上述方案，优选地，所述球磨机的球磨速率为250～350rpm，球磨时间为2～3h。

本发明还提供了上述TiH₂-Ni-Cu+TiC新型复合焊料的应用，其特征在于，将其作为焊料用于连接石墨与Cu合金，以制备石墨/Cu合金钎焊接头。

所述TiH₂-Ni-Cu+TiC新型复合焊料连接石墨和Cu合金的示意图见图1。