一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法技术

一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法，它涉及多孔陶瓷钎焊的方法。本发明专利技术要解决现有陶瓷/陶瓷的焊接需要真空环境或需对陶瓷表面进行一定的金属化处理，且需要一定的保温时间，焊接效率低且接头性能不高的问题。制备方法：一、待焊件预处理；二、陶瓷的润湿；三、陶瓷的焊接。或制备方法：一、多孔陶瓷预处理；二、陶瓷的焊接。本发明专利技术用于超声辅助多孔陶瓷钎焊。

A Ultrasound-assisted Brazing Method for Porous Ceramics

A method of ultrasonic-assisted brazing of porous ceramics relates to a method of brazing porous ceramics. The invention aims to solve the problems that the welding of existing ceramics/ceramics requires vacuum environment or certain metallization treatment on the surface of ceramics, and requires a certain holding time, low welding efficiency and low joint performance. Preparation methods: 1. Pretreatment of welded parts; 2. Wetting of ceramics; 3. Welding of ceramics. Or the preparation method: 1. Pretreatment of porous ceramics; 2. Welding of ceramics. The invention is used for ultrasonic assisted brazing of porous ceramics.

【技术实现步骤摘要】
一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法
本专利技术涉及多孔陶瓷钎焊的方法。
技术介绍
陶瓷因在高温下具有良好的力学性能和化学稳定性而被广泛应用在航空航天、核工业等领域中。多孔陶瓷因强度高、硬度高、抗腐蚀性好和密度低等优点而备受青睐。多孔陶瓷的延伸性差、加工性差，且较难实现机械加工，这使得陶瓷复合体和大尺寸部件的制造变得非常困难。然而现在制造业中的诸多零部件都会涉及到多孔陶瓷之间、以及多孔陶瓷/金属之间的连接。因此，专利技术一种适合于多孔陶瓷连接的方法，对促进多孔陶瓷的广泛使用有很大的促进作用。目前常用的多孔陶瓷和陶瓷的焊接方法主要有扩散焊和钎焊等。广大学者们使用了多种方法对其进行焊接，期望得到缺陷少、强度高的接头。但由于陶瓷本身的热稳定性好，属于极难润湿的材料，其焊接过程一般需要真空环境或需对陶瓷表面进行一定的金属化处理，且需要一定的保温时间，焊接效率低且接头性能不高。因此，专利技术一种高效、低温、可在大气环境中进行的多孔陶瓷的焊接方法势在必行。
技术实现思路
本专利技术要解决现有陶瓷/陶瓷的焊接需要真空环境或需对陶瓷表面进行一定的金属化处理，且需要一定的保温时间，焊接效率低且接头性能不高的问题，而提供一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法。一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法是按以下步骤进行的：一、待焊件预处理：通过打磨、抛光和超声清洗清理2块～20块多孔陶瓷表面，得到预处理后的多孔陶瓷；所述的多孔陶瓷的孔隙率为10％～90％；二、陶瓷的润湿：将钎料置于钎料槽中加热至熔化，然后在超声波振动及钎料熔融温度下，将预处理后的多孔陶瓷浸入熔融钎料中进行润湿，得到超声辅助润湿的陶瓷；当所述的超声波振动为持续施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～1800s；当所述的超声波振动为间隙施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～100s，然后暂停超声波加载10s～100s，以超声波加载及暂停为一次循环，循环2次～10次；三、陶瓷的焊接：在夹紧力为0.1MPa～10MPa的条件下，将2块～20块超声辅助润湿的陶瓷叠放并装夹到一起，在钎料熔融温度下，将装夹后的陶瓷件浸入熔融钎料中施加超声波振动，最后将超声后的陶瓷件取出并冷却至室温，去除夹紧力，得到多孔陶瓷焊接件，即完成超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法；当所述的超声波振动为持续施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～1800s；当所述的超声波振动为间隙施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～100s，然后暂停超声波加载10s～100s，以超声波加载及暂停为一次循环，循环2次～10次。一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法是按以下步骤进行的：一、多孔陶瓷预处理：通过打磨、抛光和超声清洗清理2块～20块多孔陶瓷表面，得到预处理后的多孔陶瓷；所述的多孔陶瓷的孔隙率为10％～90％；二、陶瓷的焊接：将2块～20块预处理后的多孔陶瓷叠放，相邻预处理后的多孔陶瓷之间设置钎料箔片，并在压紧力为0.1MPa～10MPa的条件下压紧，将压紧后的陶瓷件加热至钎料箔片熔化，在钎料熔融温度下，对压紧后的陶瓷件施加超声波振动，最后将超声后的陶瓷件取出，并保持在压紧力为0.1MPa～10MPa的条件下压紧冷却至室温，得到多孔陶瓷焊接件，即完成超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法；所述的钎料箔片厚度为0.1mm～1mm；当所述的超声波振动为持续施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～1800s；当所述的超声波振动为间隙施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～100s，然后暂停超声波加载10s～100s，以超声波加载及暂停为一次循环，循环2次～10次。本专利技术机理：在经历超声波振动的液态水或熔融金属内部放置毛细管时，水或金属会沿导管内壁以很快的速度上升，该现象就是“声致毛细”作用。在此过程中，液体在毛细管内的上升不依赖液体对管内壁的润湿情况，在不润湿的情况下液体仍然可以渗入的毛细管内部。一般来讲，传统钎料对陶瓷的润湿性较差，即使将陶瓷热浸到钎料中很长一段时间，钎料也不会润湿并渗入陶瓷。利用声致毛细现象可以很好的解决液态钎料难以渗入多孔陶瓷的难题。除此之外，液态钎料在经历超声波振动时会产生空化，空化泡的溃灭会产生局部达到几千度的高温，也会产生速度很高的微射流，利用这两个现象可以解决陶瓷表面难润湿的问题，实现钎料对陶瓷的润湿。多孔陶瓷的空隙一般较小，而较窄间隙内可产生更强作用的声空化现象，利于液态钎料和陶瓷的连接。本专利技术的有益效果是：1、陶瓷的选择灵活。本专利技术可以焊接任意多孔陶瓷，不受陶瓷成分的限制。2、钎料的选择和成分配比灵活。本专利技术可使用任意钎料，高低温均可，且钎料成分配比灵活，可以是单一成分，也可以是复合钎料。3、焊接过程温度范围广。本专利技术可根据试件的使用情况选择合适的钎料，而后根据钎料成分选择焊接温度。如Sn-9Zn钎料的焊接温度可以为200℃或以上，Zn-5Al钎料的焊接温度可以为400℃或以上，Al-12Si的焊接温度可以为600℃或以上。4、超声的施加位置灵活。焊接过程中，超声波可以加载在陶瓷上，也可以施加在夹具上；超声可以持续施加，也可以间隙施加。5、接头的强度高。液态钎料通过超声波毛细及空化作用，渗入到母材一定的深度，形成了致密的复合材料层，该层焊接之后强度比多孔的母材强度高，即接头受力时从母材断裂，且液态钎料渗入到母材后，使得母材强度提高，提高32％以上。6、成本低，适应性强，焊接效率高。在大气环境下即可完成焊接，几乎不受周围施工环境的影响，且焊后不需保温。7、本专利技术的使用范围广，使用于各种厚度，各种复杂件，适用于同种或异种多孔陶瓷的焊接。本专利技术用于一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法。附图说明图1为实施例一超声辅助多孔陶瓷钎焊过程示意图，1为熔融钎料，2为装夹后的陶瓷件，3为超声工具头，4为钎料槽，5为加热装置；图2为实施例一制备的多孔陶瓷焊接件焊缝的横截面形貌扫描电镜图，1为多孔陶瓷，2为焊缝，3为扩散层；图3为实施例一制备的多孔陶瓷焊接件剪切实验后的裂纹扩展实物图，1为多孔陶瓷，2为焊缝，3为裂纹；图4为实施例二超声辅助多孔陶瓷钎焊过程示意图，1为钎料箔片，2为多孔陶瓷，3为超声工具头，4为固定装置，5为加热装置。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法是按以下步骤进行的：一、待焊件预处理：通过打磨、抛光和超声清洗清理2块～20块多孔陶瓷表面，得到预处理后的多孔陶瓷；所述的多孔陶瓷的孔隙率为10％～90％；二、陶瓷的润湿：将钎料置于钎料槽中加热至熔化，然后在超声波振动及钎料熔融温度下，将预处理后的多孔陶瓷浸入熔融钎料中进行润本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法，其特征在于一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法是按以下步骤进行的：一、待焊件预处理：通过打磨、抛光和超声清洗清理2块～20块多孔陶瓷表面，得到预处理后的多孔陶瓷；所述的多孔陶瓷的孔隙率为10％～90％；二、陶瓷的润湿：将钎料置于钎料槽中加热至熔化，然后在超声波振动及钎料熔融温度下，将预处理后的多孔陶瓷浸入熔融钎料中进行润湿，得到超声辅助润湿的陶瓷；当所述的超声波振动为持续施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～1800s；当所述的超声波振动为间隙施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～100s，然后暂停超声波加载10s～100s，以超声波加载及暂停为一次循环，循环2次～10次；三、陶瓷的焊接：在夹紧力为0.1MPa～10MPa的条件下，将2块～20块超声辅助润湿的陶瓷叠放并装夹到一起，在钎料熔融温度下，将装夹后的陶瓷件浸入熔融钎料中施加超声波振动，最后将超声后的陶瓷件取出并冷却至室温，去除夹紧力，得到多孔陶瓷焊接件，即完成超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法；当所述的超声波振动为持续施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～1800s；当所述的超声波振动为间隙施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～100s，然后暂停超声波加载10s～100s，以超声波加载及暂停为一次循环，循环2次～10次。...

【技术特征摘要】
1.一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法，其特征在于一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法是按以下步骤进行的：一、待焊件预处理：通过打磨、抛光和超声清洗清理2块～20块多孔陶瓷表面，得到预处理后的多孔陶瓷；所述的多孔陶瓷的孔隙率为10％～90％；二、陶瓷的润湿：将钎料置于钎料槽中加热至熔化，然后在超声波振动及钎料熔融温度下，将预处理后的多孔陶瓷浸入熔融钎料中进行润湿，得到超声辅助润湿的陶瓷；当所述的超声波振动为持续施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～1800s；当所述的超声波振动为间隙施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～100s，然后暂停超声波加载10s～100s，以超声波加载及暂停为一次循环，循环2次～10次；三、陶瓷的焊接：在夹紧力为0.1MPa～10MPa的条件下，将2块～20块超声辅助润湿的陶瓷叠放并装夹到一起，在钎料熔融温度下，将装夹后的陶瓷件浸入熔融钎料中施加超声波振动，最后将超声后的陶瓷件取出并冷却至室温，去除夹紧力，得到多孔陶瓷焊接件，即完成超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法；当所述的超声波振动为持续施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～1800s；当所述的超声波振动为间隙施加时，在超声波振幅为0.1μm～100μm、超声波频率为15kHz～50kHz及超声波功率为100W～2000W的条件下，超声波加载1s～100s，然后暂停超声波加载10s～100s，以超声波加载及暂停为一次循环，循环2次～10次。2.根据权利要求1所述的一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法，其特征在于步骤一所述的多孔陶瓷为Si3N4陶瓷、Si2N2O陶瓷、SiC陶瓷、SiBCN陶瓷、ZrO2陶瓷、Al2O3陶瓷、TiB2陶瓷、B4C陶瓷、ZrB2陶瓷、TaB2陶瓷、ZrC陶瓷、二元陶瓷、三元陶瓷和四元陶瓷中的一种或其中几种。3.根据权利要求1所述的一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法，其特征在于当步骤三所述的多孔陶瓷焊接件使用温度为190℃以下，则步骤二中所述的钎料为Sn基钎料；当步骤三所述的多孔陶瓷焊接件使用温度为380℃以下，则步骤二中所述的钎料为Zn基钎料；当步骤三所述的多孔陶瓷焊接件使用温度为600℃以下，则步骤二中所述的钎料为Al基钎料。4.根据权利要求3所述的一种超声辅助多孔陶瓷钎焊的方法，其特征在于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政玮，许志武，闫久春，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23