[发明专利]一种CuO纳米结构增强的泡沫铜中间层辅助钎焊的方法

说明书

一种CuO纳米结构增强的泡沫铜中间层辅助钎焊的方法，本发明涉及钎焊陶瓷或陶瓷基复合材料与金属的方法，它要解决现有的陶瓷或陶瓷基复合材料与金属钎焊连接中，残余应力较大的问题。钎焊方法：一、泡沫金属浸渍在NaOH和K₂S₂O₈的混合溶液中，通过化学氧化法制备CuO纳米结构增强的泡沫铜中间层；二、打磨待焊金属、AgCuTi箔片、AgCu箔片和陶瓷或陶瓷基复合材料；三、将待焊金属、AgCuTi钎料箔片、CuO纳米结构增强的泡沫铜中间层、AgCu钎料箔片及陶瓷或陶瓷基复合材料依次叠放；四、待焊件真空钎焊。本发明通过CuO纳米结构与Ti原位反应，生成增强相，细化并增强钎缝基体组织，提高接头的力学性能。

技术领域

本发明涉及钎焊陶瓷或陶瓷基复合材料与金属的方法。

背景技术

陶瓷或陶瓷基复合材料具有熔点高、硬度高、高温稳定性良好、线膨胀系数较低等特点，在航空航天领域、电子工业和核能工业等领域具有广阔的应用前景。但由于自身脆性高、韧性差的特征造成陶瓷或陶瓷基复合材料加工性能较差，因此在实际应用过程中需要通过连接的方法制成陶瓷/金属的复合构件。

目前为止，实现陶瓷或陶瓷基复合材料与金属连接最常用的工艺是钎焊连接。然而，由于陶瓷或陶瓷基复合材料和金属在物理性质和化学性质方面存在较大差异，两者的连接主要面临润湿性难和接头残余应力大的两大难题。通过向常规钎料中添加活性元素可以改善钎焊过程中钎料在陶瓷或陶瓷基复合材料上的润湿性，但由于两者在热膨胀系数和弹性模量差异而产生的接头残余应力，以及由此导致的陶瓷/金属接头强度低、高温性能差等问题常常限制其在实际过程中的广泛应用。

在缓解陶瓷或陶瓷基复合材料和金属接头残余应力的方法中，复合钎料法和添加软性中间层是最常用的方法。发明专利(专利号CN 102699558 A)提出采用复合钎料法利用原位反应在钎缝中形成低膨胀系数的TiB晶须，降低钎缝的线膨胀系数，缓解接头的残余应力进而提升接头的力学性能，但此方法无法保证晶须在钎缝中的均匀分布，同时降低钎料对陶瓷或陶瓷基复合材料的润湿性。发明专利(专利号CN 102699558 A)提出采用软性铜箔作中间层，依靠铜箔良好的塑性变形能力来缓解钎焊接头中较大的残余应力。发明专利(专利号CN 106270889 A)报道添加泡沫铜中间层改善TC4合金和陶瓷钎焊性能的方法，泡沫铜具有由金属骨架及孔洞所组成的三维结构，相较铜箔而言在应力-应变曲线上有较宽的塑性应变平台，具有更好的变形能力和吸能特点，但此方法对接头整体微观组织的优化效果并不显著，因此需要开发一种新型的中间层解决以上的问题。

发明内容

本发明要解决现有的陶瓷或陶瓷基复合材料与金属钎焊连接中，残余应力较大以及连接可靠性较低的问题，而提供一种新型CuO纳米结构增强的泡沫铜中间层辅助钎焊的方法。

本发明CuO纳米结构增强的泡沫铜中间层辅助钎焊的方法按照以下步骤实现：

一、将泡沫铜金属依次用稀盐酸溶液、无水乙醇、去离子水超声清洗5～10min，随后自然晾干，得到预处理后的泡沫铜金属，将预处理后的泡沫金属浸渍在浓度为1～3mol/L的NaOH和0.05～0.2mol/L的K₂S₂O₈的混合溶液中，静置0.5～3h，然后取出用去离子水进行清洗，得到CuO纳米结构增强的泡沫铜金属中间层；

二、将待焊金属与AgCuTi和AgCu钎料箔片依次用200#、600#、1000#的砂纸打磨，将待焊陶瓷或陶瓷基复合材料使用金刚石砂轮打磨，待焊陶瓷或陶瓷基复合材料、待焊金属、AgCuTi钎料箔片和AgCu钎料箔片分别用无水乙醇超声预处理5～10min，得到去除表面杂质的待焊金属、陶瓷或陶瓷基复合材料、AgCuTi钎料箔片和AgCu钎料箔片；

三、将去除表面杂质的待焊金属、AgCuTi钎料箔片、CuO纳米结构增强的泡沫铜中间层、AgCu钎料箔片及去除表面杂质的陶瓷或陶瓷基复合材料依次叠放，用石墨块固定后得到待焊件；