一种高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件及其生产方法技术

本发明专利技术提供了一种全新的高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件及其生产方法，采用氧化锆复合陶瓷板，通过表面磨削的方法对陶瓷表面进行处理，然后通过真空离子镀的方法在陶瓷板表面形成金属锆涂层，再将紫铜通过金属锆涂层与氧化锆复合陶瓷板接触，再将整体放入热等静压包套中，进行脱气处理，最后通过热等静压扩散焊的方法将氧化锆复合陶瓷板与紫铜进行焊接，获得高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件，本发明专利技术具有焊接界面强度高的优点，本发明专利技术不仅工艺和设备简单，成本低，能耗低，生产效率高，适合工业化生产，而且能够获得质量稳定、结合强度高的氧化锆复合陶瓷与紫铜的焊接结构。

High purity zirconium oxide composite ceramic and red copper diffusion welding piece and production method thereof

The invention provides a production method and a new diffusion welding of high purity zirconia ceramic composite with copper, the zirconia ceramic composite plate, the ceramic surface treated by the method of surface grinding, and then through the method of vacuum ion plating on ceramic plate surface to form a metal zirconium coating, and then through the metal copper zirconium coating contact with zirconia ceramic composite plate, and then into hot isostatic pressing sleeves, degassing treatment method, finally by hot isostatic pressing diffusion welding of zirconia ceramic composite plate and copper welding, welding and diffusion of high purity zirconia ceramic composite with copper, the invention has the advantages of welding the interface strength is high, the invention has the advantages of simple process and equipment, not only low cost, low energy consumption, high production efficiency, suitable for industrialized production, and can obtain stable quality Welding structure of zirconium oxide composite ceramic and copper with high strength.

【技术实现步骤摘要】
一种高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件及其生产方法
本专利技术属于材料制备工艺
，具体涉及一种高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件及其生产方法。
技术介绍
扩散焊是指在一定的温度和压力下，待焊表面相互靠近、相互接触，通过使局部发生微观塑性变形，或通过被连接表面产生的瞬态液相而扩大被连接表面的物理接触，然后经较长时间的原子间相互扩散、相互渗透，而形成冶金结合的连接过程。扩散焊过程大致可分三个阶段，第一阶段为物理接触，被连接表面在压力和温度作用下，粗糙表面的微观凸起首先达到塑性变形，在持续压力的作用下，接触面积逐渐扩大，并紧密接触，最终达到整个面的可靠接触；第二阶段是接触界面原子间的相互扩散和再结晶，形成牢固的结合层；第三阶段是在接触部分形成的结合层中，原子扩散逐渐向纵深发展，形成可靠连接接头。这三个过程并不是截然分开的，而是相互交叉进行，最终在接头连接区域由于扩散、再结晶等过程形成固态冶金结合，它可以生成固溶体及共晶体，有时生成金属间化合物，形成可靠连接。焊接参数的选择就是要控制这些因素，最终得到综合性能良好的接头。现代技术的发展要求材料能在各种苛刻的环境下可靠地工作。在工程结构材料中，现有的金属材料虽然在室温强度、延展性、导电性和导热性等方面具有优良的特性，但其耐高温、耐腐蚀，耐磨损等性能已不能满足日趋提高的需求。陶瓷材料，特别是具有熔点高、高温强度高、硬度高、高温蠕变小、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、弹性模量高以及热膨胀系数小等优良性能和特点的先进结构陶瓷材料在工程结构领域具有广阔的应用前景。工程结构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三个固有的缺点，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，从而也限制了其应用范围。由此可见，陶瓷材料和金属材料之间明显有着一种性能互补关系，将陶瓷与金属连接起来制成复合构件，充分发挥两种材料的性能优点，弥补各自的不足，对于改善结构件内部应力分布状态、降低制造成本、拓宽陶瓷材料的应用范围具有特别重要的意义。因此，陶瓷金属的连接问题也一直是研究的热点问题。扩散焊连接技术适用于各种陶瓷与各种金属的连接。其显著特点是接头质量稳定，连接强度高，接头高温性能和耐蚀性能好。因此，对于高温或耐蚀条件下的应用来讲，扩散连接是陶瓷与金属连接最适宜的方法。由于这种方法能充分发挥陶瓷的优异性能，因而受到世界各国学者和工程界人士的重视，并在界面反应研究、残余应力分析和连接工艺研究等方面开展了大量的工作，取得了显著的成果。中国专利201110460946.2提供了一种钨钛合金靶材与铜合金背板扩散焊接方法。该专利技术钨钛合金靶材与铜合金背板之间设置一层铝扩散辅助层。采用钨钛合金靶材与铝扩散辅助层之间，以及铝扩散辅助层与铜合金背板之间高强度的原子扩散率，从而实现三者的扩散焊接，并最终提高钨钛合金靶材与铜合金背板间的焊接质量。该专利技术采用热等静压工艺将钨钛合金靶材和铜合金背板实施扩散焊接；由于所述扩散焊接是在真空包套中进行，隔绝了空气。因此能够有效防止焊接金属的接触面被氧化，提高钨钛合金靶材、铝扩散辅助层和铜合金背板之间的结合强度，避免溅射过程中靶材脱离背板，从而正常进行溅射镀膜。中国专利201410790299.5提供了一种扩散焊银层连接YBCO高温超导薄膜带材工艺，属于超导电工
该专利技术的特点是在连接夹具加压下，扩散带材外银保护层实现连接。连接温度为400℃，升温速率为1800℃/h，气氛为氧气，气流量为400ml/min，连接长度1cm。加热完成后，需关闭氧气保证管内氧气静止，自然冷却10个小时候打开夹具，取出样品。通过以上参数可使连接长度为1cm时接头电阻为10-7Ω。中国专利200510096313.2提供了一种碳/碳化硅复合材料瞬间液相扩散焊接方法，其目的是解决现有技术C/SiC复合材料本体的连接问题，包括下述步骤：C/SiC复合材料待焊面以及Ti箔和Ni箔，将Ti箔和Ni箔，组合成金属中间层Ti/Ni/Ti结构；将金属中间层Ti/Ni/Ti结构，置于两块C/SiC复合材料待焊面之间，并放置于真空扩散焊炉内上压头和下压头之间，在压头与C/SiC复合材料之间放置陶瓷阻焊层，施加预压力压实；施加焊接压力和温度，完成C/SiC复合材料本体的连接。由于采用瞬间液相扩散焊接方法，所使用的真空扩散焊炉的焊接温度为1000～1100℃，比现有技术所需温度1250～1350℃降低250℃；焊接压力为0.2～1MPa，是现有技术所需压力20MPa或30MPa的1/10，可降低C/SiC复合材料本体连接的成本。中国专利200810017375.3提供了一种金属基复合材料(MMC)的活性过渡液相扩散焊(A-TLP)工艺，首先，在待焊接的金属基复合材料间预置具有如下合金系组成特征的活性中间层，该活性中间层内既含有可与金属基体作用的降熔元素，又必须含有可与陶瓷增强相反应的活性元素；该活性元素并非指能够与金属基体或金属基体表面氧化膜反应的元素，而是指能够与复合材料内部的陶瓷增强相反应的元素；然后，依次向焊接面加压；加热，加热温度低于活性中间层的熔点，以确保利用共晶反应获得液相；再经适时保温；即可完成焊接。该工艺可改善复合材料焊接区“增强相/金属”弱界面间的润湿与结合。此外，还可广泛应用于陶瓷/金属、陶瓷/MMC、金属/MMC、金属/硬质合金等异种材料间的焊接。中国专利200910254462.5提供了一种铜合金与不锈钢的扩散焊方法，用于提高铜合金与不锈钢焊接接头的强度。其方法是将经过处理的锡青铜箔材置于待焊铜合金与不锈钢之间，而后整体置于真空扩散焊炉内，将温度由室温升至880～920℃，加压4～8MPa，保温30～60min，保温结束后随炉冷却。由于采用锡青铜为焊接中间层进行扩散焊，利用锡青铜中Sn元素向焊接界面的偏聚，形成Cu-Sn液相以及此液相对不锈钢晶界的熔蚀作用，形成曲折的焊接界面，提高有效焊接面积，使得接头抗拉强度由现有技术的铜合金母材强度的80～88％提高到93％以上。现有的技术主要是针对金属与金属间的扩散焊接方法，针对陶瓷材料与金属间的焊接技术研究较少，特别是氧化锆陶瓷与金属铜的焊接。
技术实现思路
为了解决现有技术没有针对氧化锆陶瓷与紫铜间的扩散焊接方法的问题，限制了氧化锆陶瓷焊接紫铜在特种应用领域的发展，本专利技术提供了一种全新的高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件及其生产方法，本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，并提供一种结构更为合理，性能优良的氧化锆陶瓷焊接紫铜的方法，提供高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接方法，采用氧化锆复合陶瓷板，通过表面磨削的方法对陶瓷表面进行处理，然后通过真空离子镀的方法在陶瓷板表面形成金属锆涂层，再将紫铜通过金属锆涂层与氧化锆复合陶瓷板接触，再将整体放入热等静压包套中，进行脱气处理，最后通过热等静压扩散焊的方法将氧化锆复合陶瓷板与紫铜进行焊接，本专利技术具有焊接界面强度高的优点，本专利技术不仅工艺和设备简单，成本低，能耗低，生产效率高，适合工业化生产，而且能够获得质量稳定、结合强度高的氧化锆复合陶瓷与紫铜的焊接结构，本专利技术过程无坏境污染，是一种新型的低成本、质量稳定的高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件的生产方法。本专利技术所述的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件及其生产方法，其特征在于具体步骤如下：（1）选取氧化锆掺杂氧化铪、氧化钇、氧化铈、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化钴、氧化铁、氧化钪、氧化钒、氧化锰、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化铌、氧化钼、氧化铟、氧化锡、氧化钡、氧化钽、氧化钨、氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化碲、氧化铽、氧化铕、氧化铒中的至少一种的复合氧化锆陶瓷，对陶瓷表面进行磨削处理后进行清洗烘干；（2）选取紫铜，并对紫铜进行喷砂处理后清洗烘干；（3）将步骤（1）中获得的复合氧化锆陶瓷焊接面进行真空离子镀金属锆涂层处理；（4）将步骤（2）和（3）中获得紫铜板及镀锆复合氧化锆陶瓷放入热等静压包套中，并焊接好，并进行热等静压包套脱气处理；（5）将步骤（4）中获得的热等静压包套放入热等静压机中进行热等静压扩散焊处理；（6）将步骤（5）中获得的焊接好的坯料去除包套并进行机械加工，获得氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件；（7）测量步骤（6）中获得的氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件的焊接界面抗剪强度、界面相结构及界面裂纹长度。

【技术特征摘要】
1.一种高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件及其生产方法，其特征在于具体步骤如下：（1）选取氧化锆掺杂氧化铪、氧化钇、氧化铈、氧化钙、氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化硅、氧化钴、氧化铁、氧化钪、氧化钒、氧化锰、氧化镍、氧化铜、氧化锌、氧化铌、氧化钼、氧化铟、氧化锡、氧化钡、氧化钽、氧化钨、氧化镧、氧化镨、氧化钕、氧化碲、氧化铽、氧化铕、氧化铒中的至少一种的复合氧化锆陶瓷，对陶瓷表面进行磨削处理后进行清洗烘干；（2）选取紫铜，并对紫铜进行喷砂处理后清洗烘干；（3）将步骤（1）中获得的复合氧化锆陶瓷焊接面进行真空离子镀金属锆涂层处理；（4）将步骤（2）和（3）中获得紫铜板及镀锆复合氧化锆陶瓷放入热等静压包套中，并焊接好，并进行热等静压包套脱气处理；（5）将步骤（4）中获得的热等静压包套放入热等静压机中进行热等静压扩散焊处理；（6）将步骤（5）中获得的焊接好的坯料去除包套并进行机械加工，获得氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件；（7）测量步骤（6）中获得的氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件的焊接界面抗剪强度、界面相结构及界面裂纹长度。2.根据权利要求1所述的高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件及其生产方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的复合氧化锆陶瓷的纯度为99.5%~99.999%。3.根据权利要求1所述的高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散焊接件及其生产方法，其特征在于：步骤（1）中，所述的复合氧化锆陶瓷的相对密度为90~99%。4.根据权利要求1所述的高纯氧化锆复合陶瓷与紫铜的扩散...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：南京云启金锐新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32