[发明专利]用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料及其焊接使用方法

说明书

本发明涉及的是用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料及其焊接使用方法，其中用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料由一层B部分低温钎料、一层A部分低温钎料、一层B部分低温钎料依次叠加构成，各层低温钎料体积均相等。用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料焊接使用方法：焊接时将SiC陶瓷的连接面上均匀铺上一层纳米银线，然后把A部分低温钎料与B部分低温钎料按照BAB的顺序依次放置在SiC陶瓷两个连接面中间，同时施加0.2~2MPa，加热到50~90℃，待钎料熔化后保温10min，冷却，完成SiC陶瓷的低温钎焊连接。本发明的钎料熔点低（≤40℃），实现了在50~90℃对SiC陶瓷的连接，能够有效地降低钎焊接头的残余内应力。

技术领域

本发明涉及适用于SiC陶瓷的低温钎料，具体涉及用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料及其焊接使用方法。

背景技术

SiC陶瓷由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、密度小、耐磨性能好、硬度大、机械强度高、耐化学腐蚀等特点，现已广泛应用于石油、化工、钢铁、原子能等领域。制备SiC陶瓷材料的烧结技术也已趋于成熟，但SiC陶瓷的复杂大构件成品率依然很低，因此工业上常常采用将小尺寸的SiC陶瓷进行焊接而组成大构件的方法。其中必然涉及到SiC陶瓷与SiC陶瓷及SiC陶瓷与金属材料的焊接，而SiC陶瓷焊接所面临的两大难题是液态金属钎料对SiC陶瓷的润湿结合问题与SiC陶瓷/金属界面的残余应力问题。

影响SiC陶瓷与金属材料连接的本质问题是SiC陶瓷能否被液态金属所润湿，并形成冶金结合。从目前的焊接方法来看，钎焊是实现SiC陶瓷材料连接最具有潜力技术之一，并被广泛地研究。一般需要较高的温度条件才可实现液态钎料对SiC陶瓷良好的润湿结合，且都需要在真空或惰性保护气氛中完成。目前有三种思路可以解决该问题：一是在钎料中加入活性元素促进SiC与液态金属结合。对于SiC陶瓷来讲，Ti、Ta、Cr等都可作为活性元素。二是通过在钎料合金中加入某些元素（例如Si、Ni、Cu、Fe、Co、Ag等）可使得钎料合金对SiC的润湿角变小，能够对SiC产生良好的润湿结合。三是采用外加能量代替真空环境、焊接压力、高温加热和化学试剂等进行钎焊。上述几种方法可以很好的实现SiC陶瓷与金属材料的润湿结合，但是SiC陶瓷与金属界面的残余应力问题仍然不能解决。

因为SiC陶瓷与金属材料的物理化学性能、晶格结构、线膨胀系数差异都很大，在焊接完成后会直接影响SiC陶瓷/金属异种焊接接头应力状态，并在接头界面附近形成残余应力。焊接温度越高残余应力越大，如在低温下焊接，残余应力也会相应减小。现在成熟的低温商业钎料以Sn基钎料为主，例如Sn-Bi共晶钎料、Sn-Bi近共晶钎料和Sn-In系列钎料熔点都低于180℃，但是这些Sn基钎料与SiC陶瓷润湿性又相对较差，很难形成冶金结合。

发明内容

本发明的一个目的是提供用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料，这种用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料用于解决SiC陶瓷连接时由于高温引起的残余应力问题；本发明的另一个目的是提供这种用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料焊接使用方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料由一层B部分低温钎料、一层A部分低温钎料、一层B部分低温钎料依次叠加构成，各层低温钎料体积均相等；

A部分低温钎料制备方法按以下步骤完成：

一、按质量百分比将粒度10~30μm的15%~30%纯银粉和粒度30~80μm的3%~8%纯钛粉混合，得到混合金属粉。

二、将陶瓷球磨球和步骤一得到的混合金属粉装入球磨罐中，抽真空后冲入氩气，接着进行球磨，球磨时间为6~24h，转速为250~350r/min，球料比为6~15:1；

三、按质量百分比将56%~83%液态纯金属镓加热至120~200℃，然后将步骤二得到的金属粉缓慢均匀的撒入，并搅拌使金属粉充分和液体混合，保温10~20min后，冷却到室温，液态合金凝固为固态合金；