[发明专利]一种SiO2陶瓷基复合材料表面活化辅助钎焊的方法

说明书

本发明提供一种SiO₂陶瓷基复合材料表面活化辅助钎焊的方法：在SiO₂陶瓷基复合材料表面附着均匀葡萄糖小分子颗粒；经过等离子处理在SiO₂陶瓷基复合材料表面覆盖薄碳层；将处理后的材料按照SiO₂陶瓷基复合材料与金属材料的次序依次叠，然后将钎料置于待焊接面之间，置于真空钎焊炉中，加热。本发明提供的方法，可以使接头强度显著提高，且可以有效地降低SiO₂陶瓷基复合材料与金属材料间由热膨胀系数不同引起的残余应力，最终实现了陶瓷与金属的高质量连接。

技术领域

本发明涉及SiO₂陶瓷基复合材料与金属材料的钎焊方法。

背景技术

由于材料在航空航天领域中的服役条件越发苛刻，所以对该领域中应用的先进材料提出越来越高的要求。SiO₂陶瓷基复合材料凭借其质量轻、耐高温性能好、机械性能优良得到越来越多的关注。作为一种关键的保护和电气部件，SiO₂陶瓷基复合材料已广泛应用于航天飞行器的天线罩上。SiO₂陶瓷基复合材料加工成型性差，难以制成大尺寸或者复杂构件，因此在其作为天线罩材料的装配及使用中，需要在其端部与金属材料实现有效连接，从而获得成品构件。

目前，陶瓷-金属连接常用的方法有：过渡液相结合、烧结金属粉末、扩散焊和真空钎焊。其中，真空钎焊的方法应用最为广泛，因为这种方法操作简单，成本相对较低，并对焊件的形状没有严格要求。真空钎焊是指在真空条件下，采用熔点比母材低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，再通过液态钎料润湿母材并与两侧母材发生冶金反应，从而实现连接的一种方式。然而，由于SiO₂陶瓷基复合材料表面对活性钎料的润湿性极差，难以实现复合构件的高质量连接甚至于有效地连接。此外，采用真空钎焊方法连接SiO₂陶瓷基复合材料-金属构件时，由于SiO₂陶瓷基复合材料和金属材料的热膨胀系数不匹配，因此，接头在钎焊过程中会形成较大的残余应力，严重影响接头的力学性能。因此，亟需开发一种简单高效的方法来解决上述问题。

发明内容

本发明主要通过在SiO₂陶瓷基复合材料表面形成薄碳层的方法来改善其润湿性，焊接后在SiO₂陶瓷基复合材料侧形成弥散的碳化钛颗粒，可以有效地解决由SiO₂陶瓷基复合材料和金属件的热膨胀系数不同带来的较大的接头残余应力的问题，提高接头的连接质量。本方法简单、高效、成本低，便于工业化生产。

本发明的目的在于寻找一种简单高效的方法来实现SiO₂陶瓷基复合材料与金属材料的高质量的钎焊接头。

本发明提供的方法，具体按以下步骤进行：

1)将葡萄糖水溶液附着在SiO₂陶瓷基复合材料表面，随后将表面附有葡萄糖水溶液的SiO₂陶瓷基复合材料加热，得到表面附有均匀葡萄糖小分子颗粒的 SiO₂陶瓷基复合材料；

2)将表面附有均匀葡萄糖小分子颗粒的SiO₂陶瓷基复合材料置于等离子体增强化学气相沉积真空装置中，在氩气气氛下加热后冷却至室温，即在SiO₂陶瓷基复合材料表面覆盖了碳颗粒；

3)将步骤2)处理后的材料按照SiO₂陶瓷基复合材料与金属材料的次序交替叠放(即相同材料之间不相邻、不同材料之间相邻)，然后将钎料置于SiO₂陶瓷基复合材料与金属材料相邻的待焊接面之间，得到待焊件，将待焊件置于真空钎焊炉中，抽真空，升温加热后冷却至室温。