[发明专利]一种用于真空中钎焊碳化硅陶瓷的复合钎料及其钎焊工艺

说明书

本发明公开了一种用于真空中钎焊碳化硅陶瓷的复合钎料及其钎焊工艺，所述复合钎料由银铜钛钎料及碳化铬构成；所述银铜钛钎料中含有银68.8wt.％、铜26.7wt.％以及钛4.5wt.％；碳化铬的体积为所述复合钎料总体积的5～20vol.％。本发明利用真空钎焊工艺(钎焊温度：787～867℃；保温时间：5～30min)制备了钎缝厚度为40～150μm的碳化硅钎焊接头。在焊接温度为807℃，保温时间为10min，碳化铬添加量为10vol.％时，获得了最佳的钎焊接头，接头的最大室温剪切强度达到212.83MPa，是未添加碳化铬的钎焊接头强度的3倍。

技术领域

本发明涉及一种用于真空中钎焊碳化硅陶瓷的复合钎料及其钎焊工艺，属于碳化硅陶瓷材料的连接材料及连接工艺领域。

背景技术

随着科技的进步和现代工业的发展，对所需的结构材料也要求越来越严苛，在一些极端的高温、高腐蚀、高磨损、强辐射等环境下，传统的金属材料已不能满足使用需求。在这种情况下，一些先进的陶瓷材料，凭借其高温稳定性、抗腐蚀性、耐磨损性、抗辐射性等优异的性能脱颖而出，对陶瓷及其复合材料结构件的需求日益增多。由于技术及设备的制约，陶瓷材料很难做到直接制备大尺寸或形状复杂的结构件，因而发展可靠的陶瓷连接技术便成为陶瓷的应用中亟待解决的关键问题。

碳化硅陶瓷作为结构陶瓷的重要一员，是目前应用最广泛的一类结构材料。目前碳化硅的连接手段有钎焊、扩散焊、机械连接等。扩散焊对设备要求高且工艺较为复杂，限制了其大规模应用。机械连接虽简单便捷，但密封性、可靠性较低，连接质量较差。钎焊因操作简单且连接质量高，具有非常大的发展潜力。

目前，得到广泛应用的银铜钛钎料，因其对碳化硅良好的润湿性使得其作为中间层可以得到可靠的接头。由于银铜钛钎料自身的强度不高，使接头不能承受较大的机械载荷。此外，银铜钛钎料的热膨胀系数与陶瓷母材的差异较大，在冷却过程中会导致较大的残余应力而降低接头强度。因而，提高银铜钛钎料的强度及降低其热膨胀系数对碳化硅陶瓷的发展及推广应用具有重要的应用意义。

发明内容

为了使碳化硅陶瓷得到连接强度良好的接头，改善银铜钛钎料的不足之处，本发明旨在提供一种用于真空中钎焊碳化硅陶瓷的复合钎料及其钎焊工艺。

本发明用于真空中钎焊碳化硅陶瓷的复合钎料，由银铜钛钎料及碳化铬构成；所述银铜钛钎料中含有银68.8wt.％、铜26.7wt.％以及钛4.5wt.％；碳化铬的体积为所述复合钎料总体积的5～20vol.％。

所述银铜钛钎料为粉末状，粒度为100～300目；所述碳化铬为粉末状，粒度为0.8～10μm。

银铜钛钎料及碳化铬的纯度均≥99％。

将上述原料按配比量在常温下混合均匀即得复合钎料。

本发明用于真空中钎焊碳化硅陶瓷的复合钎料的钎焊工艺，包括如下步骤：

步骤1：制备钎料悬浮液

将配比量的银铜钛钎料以及碳化铬混合并球磨1～5h(球磨参数：200转/分；正转30分，停5分，逆转30分为一周期，球磨1～3个周期)，获得混合均匀的钎料粉末；向所述钎料粉末中加入分析纯酒精并磁力搅拌，得到钎料悬浮液；

分析纯酒精的添加质量为钎料粉末质量的70～80wt％。

步骤2：焊前准备

用金刚石切片机将碳化硅切割成一定形状的待焊材料，然后用抛光液对碳化硅陶瓷的待焊接表面进行抛光，抛光后置于丙酮溶液中超声清洗，最后用酒精冲洗并吹干，得到待焊陶瓷母材；

所述抛光液为1～3.5μm的金刚石抛光悬浮液。