铌-铌硅金属间化合物复合材料、其制备方法及扩散焊模具技术

本发明专利技术公开了铌

【技术实现步骤摘要】
铌-铌硅金属间化合物复合材料、其制备方法及扩散焊模具


[0001]本专利技术涉及材料
，且特别涉及铌-铌硅金属间化合物复合材料、其制备方法及扩散焊模具。

技术介绍

[0002]航空航天技术的不断发展，对高温结构材料的高温性能提出了更高的要求。铌-铌硅金属间化合物复合材料作为一种最具潜力应用在涡轮叶片制造中的高温结构材料，以其承温能力高、高温强度高、高温抗氧化性能优良等诸多优点而得到研究者的广泛关注。目前，针对铌-铌硅金属间化合物复合材料的制备，应用较多的为粉末烧结技术，其中包括真空热压烧结及放电等离子烧结。
[0003]真空热压烧结是将粉末烧结材料填入模具内，在真空或保护性气氛中，对其进行加热烧结，获得高密度和具有良好机械性能材料的烧结技术。而放电等离子烧结(SPS)是在粉末颗粒间直接通入脉冲电流进行加热烧结的，利用粉体自身加热和表面活化，实现材料的超快速致密化烧结，此种烧结技术是通过调节脉冲直流电的大小来控制升温速率及烧结温度的。
[0004]传统的热压烧结工艺存在着微观组织粗大、晶界形成杂质相的问题，真空热压烧结制备得到的复合材料虽致密度较高，但室温、高温强度及韧性均较低。而利用等离子烧结所制备的复合材料通常存在不容忽视的残余应力。
[0005]鉴于此，提出本申请。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种铌-铌硅金属间化合物复合材料，具有很高的断裂韧性。
[0007]本专利技术的另一目的在于提供一种铌-铌硅金属间化合物复合材料的制备方法，其利用扩散焊工艺制备多层结构的复合材料，具有较小的晶体粒径和较高的断裂韧性。
[0008]本专利技术的第三目的在于提供一种扩散焊模具，其能够用于制备多层结构的复合材料，具有安装定位方便的优点。
[0009]本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
[0010]本专利技术提出了一种铌-铌硅金属间化合物复合材料，包括多个铌层和位于相邻的两个铌层之间的铌硅复合层；
[0011]在铌硅复合层中，铌与硅的原子比为5:3；
[0012]优选地，铌-铌硅金属间化合物复合材料的断裂韧性为16-22MPa
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[0013]优选地，铌-铌硅金属间化合物复合材料是以Nb箔和Si粉为原料，经扩散焊工艺制备而得。
[0014]本专利技术还提出一种铌-铌硅金属间化合物复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0015]将Si粉分散于铌层材料上形成待焊基材，将多个待焊基材叠加后进行扩散焊。
[0016]本专利技术还提出一种扩散焊模具，包括用于放置待焊基材的模具底座、用于压盖待焊基材的顶部盖板和用于连接模具底座、待焊基材和顶部盖板的至少一个定位销。
[0017]本专利技术实施例提供一种铌-铌硅金属间化合物复合材料的有益效果是：其包括多个铌层，在相邻的两个铌层之间均具有一个铌硅复合层，利用铌层和铌硅复合层的相互交替形成多层结构，具有很高的断裂韧性。
[0018]本专利技术实施例还提供一种铌-铌硅金属间化合物复合材料的制备方法，其通过将Si粉分散于铌层材料上形成待焊基材，将多个待焊基材叠加后进行扩散焊，利用Si粉和铌层材料相互接触，并在扩散焊过程中原子发生不断扩散，相互渗透，形成铌层和铌硅复合层相互交替的多层材料，具有很好的断裂韧性。
[0019]本专利技术实施例还提供一种扩散焊模具，其利用模具底座和顶部盖板对中间的待焊基材进行夹持，便于施加压力使待焊基材充分接触，在扩散焊过程中原子发生不断扩散，相互渗透。该扩散焊模具能够很好地对待焊基材进行固定和定位，便于对待焊基材进行施压。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0021]图1为层状结构铌-铌硅金属间化合物复合材料的扩散焊制备工艺流程示意图；
[0022]图2为多层结构复合材料扩散焊焊接装配示意图；
[0023]图3为石墨模具中模具底座的结构示意图；
[0024]图4为石墨模具中顶部盖板的结构示意图；
[0025]图5为Nb箔裁剪示意图的结构示意图；
[0026]图6为Nb箔层间焊接形貌图。
[0027]图标：001-短定位销；002-长定位销；003-模具底座；004-顶部盖板；005-底部定位孔；006-顶部定位孔；007-安装孔；10-待焊材料；20-云母片；30-模具盖板；40-上压头；50-模具底座；60-下压头；70-真空室。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0029]下面对本专利技术实施例提供的铌-铌硅金属间化合物复合材料、其制备方法及扩散焊模具进行具体说明。
[0030]本专利技术实施例提供了一种铌-铌硅金属间化合物复合材料的制备方法，包括：将Si粉分散于铌层材料上形成待焊基材，将多个待焊基材叠加后进行扩散焊。
[0031]需要说明的是，专利技术人创造性地采用铌层材料(如Nb箔)和硅粉为原料，采用扩散焊工艺制备铌层和铌硅复合层交替的多层材料，专利技术人发现该材料不仅粒径较小还具有很
高的断裂韧性。究其原因可能是由于扩散焊工艺的操作温度可以更低，能够有效的抑制晶粒长大；制备的铌层和铌硅复合层交替的多层材料赋予了复合材料更好的断裂韧性。
[0032]需要补充的是，本专利技术实施例采用多个待焊基材叠加后进行扩散焊，最终材料最上层为韧性较高的铌层。
[0033]请参照图1，具体包括如下步骤：
[0034]S1、待焊基材的制备
[0035]待焊基材的制备包括：将Si粉、分散剂和有机溶剂混合后形成Si粉焊膏，将Si粉焊膏涂覆于铌层材料上，利用分散剂和有机溶剂将Si粉分散，能够使Si粉更好地涂覆于铌层材料上，Si粉的粒径为1-3μm，分散剂的加入能够有效防止Si粉的团聚。
[0036]优选地，分散剂选自十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种；有机溶剂为无水乙醇。专利技术人进一步优化分散剂和有机溶剂的选材，进一步提高Si粉分散的均匀性，防止Si粉团聚。
[0037]优选地，铌层材料为Nb箔，Nb箔的厚度为20-40μm；Si粉在Si粉焊膏中的浓度为1.3-1.5g/mL，Si粉与分散剂的质量比为100:2-4。专利技术人进一步调控铌层材料、Si粉和分散剂的具体参数，进一步提升复合材料的断裂韧性。
[0038]在一些优选地实施例中，在将Si粉焊膏涂覆于Nb箔之前，将Nb箔进行超声清洗3-8min，以去除本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铌-铌硅金属间化合物复合材料，其特征在于，包括多个铌层和位于相邻的两个所述铌层之间的铌硅复合层；在所述铌硅复合层中，铌与硅的原子比为5:3；优选地，所述铌-铌硅金属间化合物复合材料的断裂韧性16-22MPa
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；优选地，所述铌层的厚度为20-40μm；优选地，所述铌-铌硅金属间化合物复合材料是以Nb箔和Si粉为原料，经扩散焊工艺制备而得。2.权利要求1所述铌-铌硅金属间化合物复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将Si粉分散于铌层材料上形成待焊基材，将多个所述待焊基材叠加后进行扩散焊。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述待焊基材的制备包括：将Si粉、分散剂和有机溶剂混合后形成Si粉焊膏，将所述Si粉焊膏涂覆于铌层材料上；优选地，所述分散剂选自十二烷基苯磺酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚中的至少一种；优选地，所述有机溶剂为无水乙醇；优选地，所述Si粉的粒径为1-3μm；优选地，所述Si粉在所述Si粉焊膏中的浓度为1.3-1.5g/mL；优选地，所述Si粉与所述分散剂的质量比为100:2-4。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述铌层材料为Nb箔；优选地，所述Nb箔的厚度为20-40μm。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在进行扩散焊之前的焊料装配过程包括：将底层阻焊材料置于扩散焊模具中，再将多个所述待焊基材依次置于所述底层阻焊材料上，然后将顶层阻焊材料置于最顶端的所述待焊基材上；优选地，所述底层阻焊材料和所述顶层阻焊材料为云母片。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，扩散焊过程控制真空度为0.03-0.04...

【专利技术属性】
技术研发人员：石俊秒，彭萱，孙现军，李世伟，熊江涛，李京龙，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：