用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料及其焊接使用方法技术

本发明专利技术涉及的是用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料及其焊接使用方法，其中用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料由一层B部分低温钎料、一层A部分低温钎料、一层B部分低温钎料依次叠加构成，各层低温钎料体积均相等。用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料焊接使用方法：焊接时将SiC陶瓷的连接面上均匀铺上一层纳米银线，然后把A部分低温钎料与B部分低温钎料按照BAB的顺序依次放置在SiC陶瓷两个连接面中间，同时施加0.2~2MPa，加热到50~90℃，待钎料熔化后保温10min，冷却，完成SiC陶瓷的低温钎焊连接。本发明专利技术的钎料熔点低（≤40℃），实现了在50~90℃对SiC陶瓷的连接，能够有效地降低钎焊接头的残余内应力。

Active solder for low temperature brazing of SiC ceramics and its welding method

The present invention relates to the active filler is used for SiC ceramic soldering and welding method, which is used for active solder brazing of SiC ceramics at low temperature by a layer of B low temperature brazing filler metal, a layer of A low temperature brazing filler metal, a layer of B part of low-temperature solder superimposed structure, each layer of low temperature solder volume is equal. For active brazing of SiC ceramics at low temperature brazing welding method of welding connection: SiC ceramic surface is uniformly covered with a layer of nano silver, then A of low temperature solder and B part according to the sequence of BAB low temperature solder placed in SiC ceramic two connecting surfaces, while applying 0.2~2MPa, heating to 50~90 DEG C, insulation 10min, for melting after cooling, complete low temperature brazing SiC ceramic joint. The melting point of the solder of the invention is low (less than 40 DEG C), the realization of the 50~90 C connected to SiC ceramics, can effectively reduce the residual stress of brazed joints.

【技术实现步骤摘要】
用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料及其焊接使用方法
本专利技术涉及适用于SiC陶瓷的低温钎料，具体涉及用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料及其焊接使用方法。
技术介绍
SiC陶瓷由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、密度小、耐磨性能好、硬度大、机械强度高、耐化学腐蚀等特点，现已广泛应用于石油、化工、钢铁、原子能等领域。制备SiC陶瓷材料的烧结技术也已趋于成熟，但SiC陶瓷的复杂大构件成品率依然很低，因此工业上常常采用将小尺寸的SiC陶瓷进行焊接而组成大构件的方法。其中必然涉及到SiC陶瓷与SiC陶瓷及SiC陶瓷与金属材料的焊接，而SiC陶瓷焊接所面临的两大难题是液态金属钎料对SiC陶瓷的润湿结合问题与SiC陶瓷/金属界面的残余应力问题。影响SiC陶瓷与金属材料连接的本质问题是SiC陶瓷能否被液态金属所润湿，并形成冶金结合。从目前的焊接方法来看，钎焊是实现SiC陶瓷材料连接最具有潜力技术之一，并被广泛地研究。一般需要较高的温度条件才可实现液态钎料对SiC陶瓷良好的润湿结合，且都需要在真空或惰性保护气氛中完成。目前有三种思路可以解决该问题：一是在钎料中加入活性元素促进SiC与液态金属结合。对于SiC陶瓷来讲，Ti、Ta、Cr等都可作为活性元素。二是通过在钎料合金中加入某些元素（例如Si、Ni、Cu、Fe、Co、Ag等）可使得钎料合金对SiC的润湿角变小，能够对SiC产生良好的润湿结合。三是采用外加能量代替真空环境、焊接压力、高温加热和化学试剂等进行钎焊。上述几种方法可以很好的实现SiC陶瓷与金属材料的润湿结合，但是SiC陶瓷与金属界面的残余应力问题仍然不能解决。因为SiC陶瓷与金属材料的物理化学性能、晶格结构、线膨胀系数差异都很大，在焊接完成后会直接影响SiC陶瓷/金属异种焊接接头应力状态，并在接头界面附近形成残余应力。焊接温度越高残余应力越大，如在低温下焊接，残余应力也会相应减小。现在成熟的低温商业钎料以Sn基钎料为主，例如Sn-Bi共晶钎料、Sn-Bi近共晶钎料和Sn-In系列钎料熔点都低于180℃，但是这些Sn基钎料与SiC陶瓷润湿性又相对较差，很难形成冶金结合。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料，这种用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料用于解决SiC陶瓷连接时由于高温引起的残余应力问题；本专利技术的另一个目的是提供这种用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料焊接使用方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料由一层B部分低温钎料、一层A部分低温钎料、一层B部分低温钎料依次叠加构成，各层低温钎料体积均相等；A部分低温钎料制备方法按以下步骤完成：一、按质量百分比将粒度10~30μm的15%~30%纯银粉和粒度30~80μm的3%~8%纯钛粉混合，得到混合金属粉。二、将陶瓷球磨球和步骤一得到的混合金属粉装入球磨罐中，抽真空后冲入氩气，接着进行球磨，球磨时间为6~24h，转速为250~350r/min，球料比为6~15:1；三、按质量百分比将56%~83%液态纯金属镓加热至120~200℃，然后将步骤二得到的金属粉缓慢均匀的撒入，并搅拌使金属粉充分和液体混合，保温10~20min后，冷却到室温，液态合金凝固为固态合金；四、将步骤三得到的固态合金经过线切割方法将钎料合金块切成宽度为10~30mm、厚度为2~3mm的合金带，得A部分低温钎料；B部分低温钎料制备方法按以下步骤完成：（一）、按质量百分比将粒度20~50μm的10%~30%铜粉和粒度20~80μm的0.1%~10%镍粉以及1%~5%的纳米银线均匀混合，得到金属粉末；（二）、将陶瓷球磨球和步骤（一）得到的金属粉末装入球磨罐中，抽真空后冲入氩气，接着进行球磨，球磨时间为0.5~2h，转速为50~300r/min，球料比为5~10:1；（三）、按质量百分比将45%~78%液态纯金属铟加热至160~200℃，然后将步骤（二）得到的金属粉缓慢均匀的撒入，并搅拌使金属粉充分和液体混合，保温5~15min后，冷却到室温，液态合金凝固为固态合金；（四）、将步骤（三）得到的固态合金经过线切割方法将钎料合金块切成宽度为10~30mm、厚度为2~3mm的合金带，即得B部分低温钎料。上述用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料焊接使用方法：焊接时将SiC陶瓷的连接面上均匀铺上一层纳米银线，然后把A部分低温钎料与B部分低温钎料按照BAB的顺序依次放置在SiC陶瓷两个连接面中间，同时施加0.2~2MPa，加热到50~90℃，待钎料熔化后保温10min，然后随炉冷却，完成SiC陶瓷的低温钎焊连接。本专利技术具有以下有益效果：一、本专利技术的钎料熔点低（≤40℃），实现了在非常低的温度（50~90℃）下对SiC陶瓷的连接，因此能够有效的降低钎焊接头的残余内应力；本专利技术的低温钎料与SiC陶瓷润湿性好。采用本专利技术的低温钎料进行焊接SiC陶瓷，焊接温度可显著降低，SiC陶瓷与金属材料之间的残余应力会大幅度减小。二、本专利技术的钎料克服了SiC陶瓷焊接接头使用高温钎料进行高温焊接而带来的应力问题，形成了一种简单易行的连接方式。三、本专利技术钎料的制备方法解决了高温钎焊时SiC陶瓷焊接接头界面生成脆性金属间化合物造成的界面脆化问题。四、本专利技术钎料的制备方法所需工艺设备简单易操作，极易实现低温钎料大批量的制备。五、本专利技术A部分钎料与B部分钎料充分接触后会生成固态镓铟合金，其强度高，质量好，满足使用要求，单独使用一种钎料则不能实现此功能。六、本专利技术B部分钎料中含有纳米银线能有效提高SiC陶瓷与低温钎料的润湿结合能力。附图说明图1为采用本专利技术低温钎料进行钎焊SiC陶瓷的装配示意图。图中：1、A部分低温钎料2、B部分低温钎料3、SiC陶瓷4、纳米银线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明：这种用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料由一层B部分低温钎料2、一层A部分低温钎料1、一层B部分低温钎料2依次叠加构成，各层低温钎料体积均相等；A部分低温钎料制备方法按以下步骤完成：一、按质量百分比将粒度10~30μm的15%~30%纯银粉和粒度30~80μm的3%~8%纯钛粉混合，得到混合金属粉。二、将陶瓷球磨球和步骤一得到的混合金属粉装入球磨罐中，抽真空后冲入氩气，接着进行球磨，球磨时间为6~24h，转速为250~350r/min，球料比为6~15:1；三、按质量百分比将56%~83%液态纯金属镓加热至120~200℃，然后将步骤二得到的金属粉缓慢均匀的撒入，并搅拌使金属粉充分和液体混合，保温10~20min后，冷却到室温，液态合金凝固为固态合金；四、将步骤三得到的固态合金经过线切割方法将钎料合金块切成宽度为10~30mm、厚度为2~3mm的合金带，即得A部分低温钎料；B部分低温钎料制备方法按以下步骤完成：（一）、按质量百分比将粒度20~50μm的10%~30%铜粉和粒度20~80μm的0.1%~10%镍粉以及1%~5%的纳米银线均匀混合，得到金属粉末；（二）、将陶瓷球磨球和步骤（一）得到的金属粉末装入球磨罐中，抽真空后冲入氩气，接着进行球磨，球磨时间为0.5~2h，转速为50~300r/min，球料比为5~10:1；（三）、按质量百分比将45%~78%液态纯金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料，其特征在于：这种用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料由一层B部分低温钎料（2）、一层A部分低温钎料（1）、一层B部分低温钎料（2）依次叠加构成，各层低温钎料体积均相等；A部分低温钎料制备方法按以下步骤完成：一、按质量百分比将粒度10~30μm的15%~30%纯银粉和粒度30~80μm的3%~8%纯钛粉混合，得到混合金属粉。

【技术特征摘要】
1.一种用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料，其特征在于：这种用于SiC陶瓷低温钎焊的活性钎料由一层B部分低温钎料（2）、一层A部分低温钎料（1）、一层B部分低温钎料（2）依次叠加构成，各层低温钎料体积均相等；A部分低温钎料制备方法按以下步骤完成：一、按质量百分比将粒度10~30μm的15%~30%纯银粉和粒度30~80μm的3%~8%纯钛粉混合，得到混合金属粉。2.二、将陶瓷球磨球和步骤一得到的混合金属粉装入球磨罐中，抽真空后冲入氩气，接着进行球磨，球磨时间为6~24h，转速为250~350r/min，球料比为6~15:1；三、按质量百分比将56%~83%液态纯金属镓加热至120~200℃，然后将步骤二得到的金属粉缓慢均匀的撒入，并搅拌使金属粉充分和液体混合，保温10~20min后，冷却到室温，液态合金凝固为固态合金；四、将步骤三得到的固态合金经过线切割方法将钎料合金块切成宽度为10~30mm、厚度为2~3mm的合金带，得A部分低温钎料；B部分低温钎料制备方法按以下步骤完成：（一）、按质量百分比将粒度20~50μm的10%~30%铜粉和粒度20...

【专利技术属性】
技术研发人员：马志鹏，王宁，陈桂娟，于海洋，张誉喾，毕凤琴，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23