[发明专利]一种NiTi形状记忆合金与氧化铝陶瓷的连接方法

说明书

本发明涉及金属与氧化铝陶瓷的异种材料连接领域，具体为一种NiTi形状记忆合金与氧化铝陶瓷的连接方法。本发明通过压力扩散焊来实现NiTi合金与陶瓷之间的连接，采用的NiTi形状记忆合金与氧化铝陶瓷的热膨胀系数相近，可有效抑制连接时热应力的产生，同时通过Ti元素与Ni元素在高温时与氧化铝陶瓷表面发生的界面扩散行为，最大程度的保证两种材料的冶金结合。采用压力扩散焊的方法实现NiTi形状记忆合金与氧化铝陶瓷的焊接，该方法能实现两者的紧密结合，并且操作简易，泛用性强且不需要添加中间材料。

技术领域

本发明涉及金属与氧化铝陶瓷的异种材料连接领域，具体为一种NiTi形状记忆合金与氧化铝陶瓷的连接方法，实现NiTi形状记忆合金与氧化铝陶瓷的稳定连接。

背景技术

NiTi合金是目前应用最广泛的一种形状记忆合金，它有着优良的形状记忆效应、超弹性、生物相容性和高阻尼性。目前在航空航天、原子能、机械电子、海洋开发、仪器仪表以及医疗领域等具有着广阔的应用前景，尤其是作为生物医用材料已经在骨科、牙科、介入治疗等领域取得丰厚的成果。经过数十年的发展，如今对于NiTi形状记忆合金的成分设计、制备工艺、各相的晶体结构、热弹性马氏体相变等方面的研究工作已经日趋成熟。氧化铝陶瓷作为一种新型的结构材料，具有高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、呈生物惰性等特点。它在航空航天发动机、核电站、导弹壳体等领域发挥着重要作用，同时由于氧化铝在植入人体后表面生成极细的纤维膜，界面无化学反应，磨损率比其他材料至少少1～2个数量级，作为生物材料得到广泛临床应用，例如：用于制作双杯式人工髋关节、人工骨、人工牙根和关节。

然而，氧化铝陶瓷材料由于其化学键的特点，具有脆性大、强度分散和加工困难的缺点，这些缺点导致其抗冷热冲击能力差，难以制成尺寸大、形状复杂的构件，从而也限制其应用范围。由此可见，如能将NiTi形状记忆合金与氧化铝陶瓷连接起来制成复合构件，将会充分发挥两种材料性能的优点，得到综合性能优异的复合材料，对于拓宽两种材料的应用范围有着非常重要意义。

一般金属与陶瓷焊接的难点在于：两种材料熔点相差大、陶瓷晶体内元素扩散困难、热膨胀系数相差悬殊产生的热应力以及结合面容易产生脆性相等。因此，寻找到一种能将NiTi形状记忆合金与陶瓷稳定结合连接工艺是当前研究的热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种NiTi形状记忆合金与氧化铝陶瓷的连接方法，采用压力扩散焊的方法实现NiTi形状记忆合金与氧化铝陶瓷的焊接，该方法能实现两者的紧密结合，并且操作简易，泛用性强且不需要添加中间材料。

本发明的技术方案是：

一种NiTi记忆合金与氧化铝陶瓷的连接方法，该方法按照以下步骤实现：

[A]将NiTi形状记忆合金和氧化铝陶瓷表面打磨光洁，接触面的粗糙度Ra不大于1.6μm，并保证连接面平整；

[B]经过步骤[A]处理后，NiTi形状记忆合金和氧化铝陶瓷分别用丙酮和酒精溶剂进行超声波清洗去除油污，烘干待用；

[C]将经过步骤[B]处理过的NiTi形状记忆合金和氧化铝陶瓷端面紧密贴合在一起，并在NiTi形状记忆合金和氧化铝陶瓷的两端施加应力；

[D]将经过步骤[C]后的构件放入真空高温炉中，抽真空至10^-1～10^-2Pa后，以5℃/min～15℃/min的速率升温至1150℃～1250℃，保温2h～20h后，随炉冷却至室温；

[E]待步骤[D]完成后，去除真空，取出构件，完成NiTi形状记忆合金与氧化铝陶瓷的连接。

所述的NiTi形状记忆合金与氧化铝陶瓷的连接方法，NiTi形状记忆合金中，因具有B2～B19′马氏体相变而获得形状记忆效应和超弹性，氧化铝陶瓷的纯度在99wt％以上。