一种使用复合中间层连接陶瓷和Nb方法技术

本发明专利技术涉及真空钎焊领域，尤其涉及一种使用复合中间层连接陶瓷和Nb方法。该方法包括：将一定比例的Sn和Zr粉末倒入结净的球磨罐中，加入玛瑙球球磨；制备纳米碳/Ni复合材料；将S4中所述的纳米碳/Ni复合材料置于氯化铁溶液中腐蚀一段时间；将腐蚀后的纳米碳/Ni复合材料在风干之后切割为待焊处所需形状；将Ti箔切割为待焊处所需形状；将待焊陶瓷置于镍坩埚中，进行热腐蚀；清理热腐蚀后的待焊陶瓷和待焊接的Nb；将Sn

【技术实现步骤摘要】
一种使用复合中间层连接陶瓷和Nb方法


[0001]本专利技术涉及真空钎焊领域，尤其涉及一种使用复合中间层连接陶瓷和Nb方法。

技术介绍

[0002]陶瓷材料因为高强度、高硬度、耐高温等特性被广泛地应用于高温结构材料，陶瓷材料和Nb的连接目前采用真空钎焊的方法进行连接。存在两个问题：一是由于零件需要在高温下使用，因此常规的低熔点钎料的瞬时液相连接方法无法使用；二是陶瓷和Nb的膨胀系数相差较大，使用常规方法焊接时，焊接后接头中存在较大的残余应力，导致在陶瓷一侧出现焊接裂纹。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是：本专利技术提供一种使用复合中间层连接陶瓷和Nb方法，保证焊接接头界面致密，同时保证零件的高温使用性能和力学性能。
[0004]本专利技术的技术方案是：
[0005]为了实现上述目的，提供一种使用复合中间层连接陶瓷和Nb方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0006]将一定比例的Sn和Zr粉末倒入结净的球磨罐中，加入玛瑙球球磨，球料比为10：1，结束后对Sn
‑
Zr粉末进行干燥；
[0007]制备纳米碳/Ni复合材料；
[0008]配制一定质量分数的氯化铁溶液，将S4中所述的纳米碳/Ni复合材料置于氯化铁溶液中腐蚀一段时间；
[0009]将腐蚀后的纳米碳/Ni复合材料在风干之后切割为待焊处所需形状，并用砂纸进行打磨至一定厚度；
[0010]将Ti箔切割为待焊处所需形状，并用砂纸进行打磨至一定厚度；
[0011]使用金刚石研磨剂对待焊陶瓷表面进行打磨，将待焊陶瓷置于镍坩埚中，进行热腐蚀；
[0012]清理热腐蚀后的待焊陶瓷和待焊接的Nb；
[0013]将Sn
‑
Zr粉末使用粘结剂混合为膏状，均匀地涂在待焊陶瓷的被打磨表面；
[0014]按照Nb
‑
Ti箔
‑
纳米碳/Ni复合材料
‑
Ti箔
‑
待焊陶瓷的顺序进行装配，得到装配好的零件，将零件装入石墨模具中，进行真空钎焊。
[0015]在一个可能的实施例中，制备纳米碳/Ni复合材料，包括：
[0016]使用电子天平精确称量一定比例的Ni粉和蔗糖，称量过程中保证试验环境干净、无污染；
[0017]将称量的Ni粉和蔗糖置入烧杯，加入40ml去离子水和20ml酒精，使蔗糖完全溶解，使用磁力搅拌器，在一定温度下加热搅拌至水和酒精完全蒸发，使两种原料充分混合形成粉末；
[0018]将粉末置于石墨模具中，将模具整体置于热压炉中，按照规定的加热方式进行加热，得到纳米碳/Ni复合材料。
[0019]在一个可能的实施例中，Sn和Zr粉末的质量比为92：8；
[0020]在一个可能的实施例中，使用的Ni粉为5um，Ni粉和蔗糖的质量比为95:5；
[0021]在一个可能的实施例中，加热搅拌的温度为60℃；
[0022]在一个可能的实施例中，规定的加热方式为施加压力50MPa，在Ar气的保护下，以60℃升温速率升至820℃，并保温30min，后随炉冷却至室温；
[0023]在一个可能的实施例中，氯化铁溶液的质量分数为10％，腐蚀时间为8min～10min；
[0024]在一个可能的实施例中，纳米碳/Ni复合材料的厚度为500um；
[0025]在一个可能的实施例中，Ti箔的厚度为50um；
[0026]在一个可能的实施例中，规定的加热方式为以60℃升温速率升至450℃，并保温30min，后随炉冷却至室温；
[0027]在一个可能的实施例中，NaOH水溶液的浓度为5mol/L，NaOH水溶液浸泡时间为30min；
[0028]在一个可能的实施例中，HF水溶液的浓度为6mol/L，采用HF水溶液和去离子水清洗至少2次；
[0029]在一个可能的实施例中，所采用的超声波清洗溶剂为丙酮，清洗的频率为20KHZ
‑
30KHZ,时间为15min
‑
20min；
[0030]在一个可能的实施例中，Sn
‑
Zr膏状钎料涂抹的厚度为50um；
[0031]在一个可能的实施例中，装配顺序需要按照Nb
‑
Ti箔
‑
纳米碳/Ni复合材料
‑
Ti箔
‑
待焊陶瓷的顺序；
[0032]在一个可能的实施例中，零件上放置石墨压块为1.5kg；
[0033]在一个可能的实施例中，在真空钎焊炉内，规定的加热方式的具体过程如下：
[0034]以15℃/min的加热速率加热至300℃，到达400℃后保持5min；
[0035]按12℃/min加热速率加热至650℃，到达650℃后保持10min；
[0036]按5℃/min加热速率加热至990℃，到达990℃后保持10min。
[0037]将零件随真空钎焊炉冷却至300℃后，空冷却至80℃。
[0038]在一个可能的实施例中，待焊接的陶瓷可以为C
f
/SiC、TiSiC和SiC陶瓷。
[0039]本专利技术的优点是：
[0040]本专利技术的技术关键是采用Sn
‑
Zr的钎料和热腐蚀相结合的方法对陶瓷表面进行改性和金属化，便于后续的钎焊润湿铺展。
[0041]并且为了更好的提高焊接接头的性能，未直接在Sn
‑
Zr体系中增加Ni和Ti，而是采用制备纳米碳/Ni复合材料与Ti箔的工艺方法。添加该中间层不仅可以作为低膨胀过渡层来降低因Nb和陶瓷之间膨胀系数相差较大而造成的焊接过程中参与应力过大的问题。还能形成纳米级的TiC颗粒增强焊接接头的力学性能，并且热腐蚀后的陶瓷表面更能增加TiC颗粒的强化作用。
附图说明
[0042]图1是本专利技术的方法流程图。
具体实施方式
[0043]为了进一步对本
技术实现思路
进行详细说明，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步进行说明。
[0044]本专利技术提供一种使用复合中间层连接陶瓷和Nb方法，如图1所示，包括：
[0045]S1：将的Sn和Zr粉末按照92：8的质量比倒入结净的球磨罐中，加入Zr元素可以提高钎料对陶瓷的润湿性，但是Zr的含量过大时会改变金属间化合物的含量，改变了熔体的粘度，影响了熔体的表面张力，Sn和Zr粉末按照92：8的质量比时效果最好。加入玛瑙球，球料比为10：1，倒入适量丙酮将球磨罐封好置于球磨机中以150r/min的速率球磨10小时，结束后对粉末进行干燥；
[0046]S2:使用电子天平精确称量质量比例为95:5的Ni粉和蔗糖，蔗糖质量分数为5％时，所制备的纳米碳可形成三维网状纳米碳，能更好提高钎料层的流动性。称量过程中保证试验环境干净、无污染；
[0047]S3：将S2中所述称量的Ni粉和蔗糖置入烧杯，加入40ml去离子水和20ml酒精，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用复合中间层连接陶瓷和Nb方法，其特征在于，包括：将一定比例的Sn和Zr粉末倒入结净的球磨罐中，加入玛瑙球球磨，球料比为10：1，结束后对Sn
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Zr粉末进行干燥；制备纳米碳/Ni复合材料；配制一定质量分数的氯化铁溶液，将S4中所述的纳米碳/Ni复合材料置于氯化铁溶液中腐蚀一段时间；将腐蚀后的纳米碳/Ni复合材料在风干之后切割为待焊处所需形状，并用砂纸进行打磨至一定厚度；将Ti箔切割为待焊处所需形状，并用砂纸进行打磨至一定厚度；使用金刚石研磨剂对待焊陶瓷表面进行打磨，将待焊陶瓷置于镍坩埚中，进行热腐蚀；清理热腐蚀后的待焊陶瓷和待焊接的Nb；将Sn
‑
Zr粉末使用粘结剂混合为膏状，均匀地涂在待焊陶瓷的被打磨表面；按照Nb
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Ti箔
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纳米碳/Ni复合材料
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Ti箔
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待焊陶瓷的顺序进行装配，得到装配好的零件，将零件装入石墨模具中，进行真空钎焊。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制备纳米碳/Ni复合材料，包括：使用电子天平精确称量一定比例的Ni粉和蔗糖，称量过程中保证试验环境干净、无污染；将称量的Ni粉和蔗糖置入烧杯，加入40ml去离子水和20ml酒精，使蔗糖完全溶解，使用磁力搅拌器，在一定温度下加热搅拌至水和酒精完全蒸发，使两种原料充分混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟杰，高亮，李殿锋，高明，李梓豪，
申请(专利权)人：中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：