一种碳化硅陶瓷连接用焊剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅陶瓷连接用焊剂及其制备方法，该焊剂由以下成分制成：Si粉30

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅陶瓷连接用焊剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及航空材料领域，特别涉及一种碳化硅陶瓷连接用焊剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]碳化硅陶瓷因其密度低、强度高、弹性模量高、热导率高等优点,已经是结构材料领域非常有发展前景的材料,但目前碳化硅材料的制备工艺包括常压烧结、反应烧结还有对设备要求更高的热压烧结工艺都很难制备大尺寸和复杂形状的器件,这限制了它的进一步应用。因此，实现陶瓷与陶瓷的连接可以很好的弥补这种技术难题,目前,碳化硅陶瓷的连接工艺主要有钎焊、扩散焊、玻璃焊料法、反应连接法、胶结法等,相比于其它工艺,钎焊在工艺实用性和连接性能上更具有优势,已经广泛的应用在工业生产中。陶瓷的钎焊需要解决焊料对陶瓷的润湿性问题和连接界面因异种材料热膨胀系数不同而产生的热应力问题。
[0003]但是现有的钎焊的焊剂连接陶瓷
‑
陶瓷或陶瓷
‑
金属的连接性能较差。

技术实现思路

[0004]基于上述问题，本专利技术提供一种碳化硅陶瓷连接用焊剂，该碳化硅陶瓷连接用焊剂一方面有效实现了对氧化物、碳化物和氮化物陶瓷的润湿，另一方面影响了焊缝的组织结构、强度和断口形貌。
[0005]一种碳化硅陶瓷连接用焊剂，由以下成分制成：
[0006]Si粉30
‑
40重量份；
[0007]Ti粉1
‑
3重量份；
[0008]Zr粉1
‑
4重量份；
[0009]B粉10
‑r/>15重量份；
[0010]Fe粉1
‑
2重量份；
[0011]Cu粉5
‑
10重量份；以及
[0012]Hf粉1
‑
5重量份。
[0013]在本申请的一个或多个具体地实施方式中，所述Si粉32.55重量份、Ti粉2.45重量份、Zr粉2重量份、B粉12.3重量份、Fe粉1.1重量份、Cu粉6.5重量份、Hf粉2.5重量份。
[0014]在本申请的一个或多个具体地实施方式中，所述Si粉36.55重量份、Ti粉2.5重量份、Zr粉2.5重量份、B粉12.5重量份、Fe粉1.5重量份、Cu粉8.5重量份、Hf粉1.5重量份。
[0015]在本申请的一个或多个具体地实施方式中，所述Si粉40重量份、Ti粉2.7重量份、Zr粉3.5重量份、B粉14.2重量份、Fe粉1.5重量份、Cu粉9.5重量份、Hf粉1.7重量份。
[0016]本专利技术还提供碳化硅陶瓷连接用焊剂的制备方法。
[0017]一种上述的碳化硅陶瓷连接用焊剂的制备方法，包括以下步骤：
[0018]将上述粉混合在研钵内研磨均匀；
[0019]在石墨坩埚内进行烧结；
[0020]烧结完成后在球磨机内进行细磨、筛分。
[0021]在本申请的一个或多个具体地实施方式中，所述烧结条件为1400℃/2h。
[0022]本专利技术的原理及有益效果在于：
[0023]本专利技术通过Ti、Si、Zr、Hf和B有效添加入Fe和Cu中，形成的焊剂一方面有效实现了对氧化物、碳化物和氮化物陶瓷的润湿，另一方面影响了焊缝的组织结构、强度和断口形貌，在钎焊温度1250～1450℃、保温时间5～30min、钎料厚度50～200μm(丝印台工装上过刷1～2层)条件下,能实现SiC陶瓷良好连接,在1400℃、保温时间10min和钎料厚度2层的条件下,SiC/焊剂/SiC接头剪切强度最大值150MPa。
附图说明
[0024]图1为钎焊样件在丙酮溶液中超声波清洗20min的效果图；
[0025]图2为钎焊焊缝放大的照片。
具体实施方式
[0026]下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0027]实施例1
[0028]将32.55kg Si粉、2.45kg Ti粉、2kg Zr粉、12.3kgB粉、1.1kg Fe粉、6.5kg Cu粉、2.5kg Hf粉混合在玛瑙研钵内研磨均匀，然后放置在石墨坩埚内进行烧结，烧结条件为1400℃/2h，烧结完成后将其放置在行星球磨机内进行细磨、筛分，即可制得焊剂产品。
[0029]实施例2
[0030]将36.55kg Si粉、2.5kg Ti粉、2.5kg Zr粉、12.5kgB粉、1.5kgFe粉、8.5kgCu粉、1.5kgHf粉混合在玛瑙研钵内研磨均匀，然后放置在石墨坩埚内进行烧结，烧结条件为1400℃/2h，烧结完成后将其放置在行星球磨机内进行细磨、筛分，即可制得焊剂产品。
[0031]实施例3
[0032]将40kg Si粉、2.7kg Ti粉、3.5kg Zr粉、14.2kgB粉、1.5kg Fe粉、9.5kg Cu粉、1.7kg Hf粉混合在玛瑙研钵内研磨均匀，然后放置在石墨坩埚内进行烧结，烧结条件为1400℃/2h，烧结完成后将其放置在行星球磨机内进行细磨、筛分，即可制得焊剂产品。
[0033]实施例1
‑
3制成的焊剂分别用于陶瓷与陶瓷之间的焊接，焊接方式为钎焊，焊接方法包括以下步骤：
[0034]①
预处理:陶瓷
‑
10*10*3mm剪切样件,20*10*3mm拉伸样件,经棕毛刷打磨(依次米用粗糙度为300～2000目的水性砂纸逐级进行打磨,每种粗糙度的砂纸打磨30min)
→
碳化硅涂层(即在陶瓷剪切样件的表面涂覆碳化硅涂层，涂覆碳化硅涂层一方面增强了陶瓷样件的抗氧化能力，另一方面能使陶瓷样件表面有一定的粗糙度，便于焊接时焊剂有交错性的粘附力)
→
丙酮溶液超声清洗30分钟
→
自然干燥20分钟
→
酒精超声清洗20min
→
自然干燥20分钟
→
去离子水清洗30分钟
→
鼓风干燥机120℃干燥40分钟。通过砂纸打磨和二次超声清洗及一次去离子水清洗，一方面提高了钎焊时焊剂在物体表面的附着力，提高焊剂的润湿性，另一方面降低焊剂的氧化。图1为钎焊样件在丙酮溶液中超声波清洗20min的效果图。
[0035]②
焊剂制膏:焊剂:PVA溶液＝4:1(质量比)混合制膏。
[0036]③
涂膏:制成膏的焊剂通过手动丝印台过刷到陶瓷样件的焊接面,厚度100μm。
[0037]④
焊接:陶瓷样件涂膏完成后放入夹持工装内,经过热处理炉1400℃/15分钟,氩气气氛下进行钎焊,升温速率和降温速率≤5℃/min。
[0038]检测钎焊后的陶瓷样件的连接效果，接头处的工艺性能如下表1，力学性能如下表2。
[0039]表1
[0040] 实施例1实施例2实施例3焊道外观√√√焊道形状√√√钎着率√
○△
脱渣性
○△
√
[0041]备注：表1中，√－极好，
○...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅陶瓷连接用焊剂，由以下成分制成：Si粉30
‑
40重量份；Ti粉1
‑
3重量份；Zr粉1
‑
4重量份；B粉10
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15重量份；Fe粉1
‑
2重量份；Cu粉5
‑
10重量份；以及Hf粉1
‑
5重量份。2.根据权1所述的碳化硅陶瓷连接用焊剂，其特征在于，所述Si粉32.55重量份、Ti粉2.45重量份、Zr粉2重量份、B粉12.3重量份、Fe粉1.1重量份、Cu粉6.5重量份、Hf粉2.5重量份。3.根据权1所述的碳化硅陶瓷连接用焊剂，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，
申请(专利权)人：成都成维精密机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：