【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法。
技术介绍
1、陶瓷或陶瓷基复合材料与金属钎焊连接过程中，由于两者物理及化学性质上的较大差异，在冷却过程中由于两者收缩程度的不同势必在接头处诱发残余热应力，这将会大大降低接头可靠性，是异种材料连接普遍存在且难以控制的问题。因此，解决陶瓷或陶瓷基复合材料与钎料/金属因热失配造成的残余应力难题，是获得金属/陶瓷或陶瓷基复合材料可靠钎焊接头的首要任务。
2、自然界中捕食者与被捕食者间存在“矛与盾”式的生存竞争，使得生物体演化出兼具轻质、高强度、高韧性和高抗冲击性的结构材料，如以贝壳为生物原型，研究其微观界面结构特征，揭示微观结构与力学性能间的关系。研究表明：贝壳珍珠母“砖-泥”层状结构是由硬矿物薄片和软有机质按照“砖-泥”结构形式排布而成，该结构可以通过裂纹偏转、纳米凸起、界面牺牲键和纳米晶体形变等策略实现有效增韧。因此，基于贝壳珍珠母“砖-泥”层状结构特征及增韧机理，设计并制备仿生层状中间层，其在纳米及微米尺度下对裂纹偏转，钝化的韧性机制，有效缓解了金属/陶瓷及陶瓷基复合材料间的残余应力，从而获得可靠的钎焊接头，并提高接头抗剪强度，对金属/陶瓷或陶瓷基复合材料好异种材料连接具有重要的指导意义。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决金属与陶瓷或陶瓷基复合材料钎焊接头的可靠性差的问题，提出一种利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法。
2、本专利技术利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法按
3、一、将待焊金属、仿生中间层、陶瓷或陶瓷基复合材料、agcuti钎料箔片分别用砂纸打磨去除表面氧化物，再用丙酮超声清洗10～20min；
4、所述agcuti钎料箔片由质量分数为69.48％的ag、27.02％的cu和3.5％的ti组成；
5、所述陶瓷为碳化物陶瓷、氧化物陶瓷或氮化物陶瓷；
6、所述陶瓷基复合材料为sio2f/sio2复合材料、sicf/sic复合材料或c/sic复合材料；
7、所述陶瓷或陶瓷基复合材料表面具有金属改性层；
8、所述金属改性层为厚度3～5μm的ti薄膜，采用高真空电阻蒸发镀膜机蒸镀制备；
9、步骤一所述待焊金属为钛合金、高温合金、因瓦合金或不锈钢；
10、所述仿生中间层由软质相和硬质相复合而成；
11、所述软质相为铜或镍，所述硬质相为二维石墨烯纳米片；所述仿生中间层的制备方法为：
12、①、采用球磨将球形金属粉制备为片状金属粉；所述球磨工艺为：采用高能球磨机，转速为300～600rpm，球磨时间为8～20h；
13、所述金属粉为铜粉或镍粉；
14、②、将步骤①中所得的片状金属粉置于真空管式炉中，并在h2和ar的混合气氛下退火处理2～5h，退火温度为300℃，升温和降温速率为5～20℃/min；
15、③、将步骤②中退火处理后的片状金属粉置于固体碳源溶液中，搅拌10～15h，使碳源均匀包覆于片状金属粉上，随后离心取出沉淀物；
16、所述固体碳源溶液中固体碳源的浓度为0.1wt％～1wt％；
17、所述固体碳源为聚甲基丙烯酸甲酯；
18、片状金属粉的质量与固体碳源溶液的体积的比为5g：(140-160)ml；
19、④、将步骤③中的沉淀物转移至真空干燥箱中干燥处理，获得碳源包覆的片状金属粉；
20、⑤、将步骤④中碳源包覆的片状金属粉放入真空管式炉中，并在真空管式炉内充入h2和ar的混合气体，将真空管式炉升温至820℃并保温10min，片状金属粉表面原位生长石墨烯，获得金属/石墨烯复合粉末；
21、⑥、将步骤⑤中得到的金属/石墨烯复合粉末装入石墨模具，然后置于热压炉内，在温度为760～920℃、压力为30～50mpa以及ar氛围下保温保压5～10min，获得层状块体；
22、⑦、对步骤⑥中得到的层状块体沿着热压方向做切片，得到厚度为50～300μm的仿生中间层；
23、二、将待焊金属、仿生中间层、agcuti箔片、陶瓷或陶瓷基复合材料按顺序依次自下而上叠放，获得待焊组件；
24、三、将步骤二中获得的待焊组件放入真空钎焊炉中，在上侧施加压力进行固定，进行钎焊连接；
25、所述钎焊连接的工艺为：
26、首先，保证真空度为1×10-3pa；
27、随后，以1～10℃/min的升温速率加热至840～900℃并保温10～30min；
28、最后，以5℃/min的降温速率冷却至350℃，随后随炉冷却至室温。
29、本专利技术原理及有益效果为：
30、(1)本专利技术基于贝壳珍珠层“砖-泥”结构优异的高强度与高韧性特性，利用机械合金化与原位生长等原理，通过调控硬质相与软质相间的配比，获得了结构可控的仿生中间层。
31、(2)本专利技术将基于贝壳珍珠层“砖-泥”结构的仿生中间层应用于钎焊连接金属与陶瓷的异种钎焊连接中以解决接头可靠性差的问题。本专利技术的仿生中间层为软质相和硬质相组合构成的层状结构，层状结构通过在纳米至毫米的不同尺度下对裂纹偏转、钝化等韧化机制的协调作用实现了韧化效果，韧性相比于软质相和硬质相提高了两个数量级，实现强度与韧性的同时实现。因而，本专利技术仿生中间层作为钎焊连接时的中间层时利用自身结构特点有效缓解了残余应力。提高了金属/陶瓷或陶瓷基复合材料接头的强度，实现了金属/陶瓷及陶瓷基复合材料的高质量连接。
32、(3)本专利技术在陶瓷或陶瓷基复合材料表面进行金属改性层处理，可保证钎料与陶瓷或陶瓷基复合材料充分反应。同时，陶瓷或陶瓷基复合材料表面金属改性层的加入可进一步调控接头热膨胀系数，保证热膨胀系数由陶瓷或陶瓷基复合材料侧到金属材料侧的梯度过渡，降低接头残余应力。
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1.一种利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法按照以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤一①所述片状金属粉的厚度为1～5μm，片径为20～80μm。
3.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤一②所述H2和Ar的混合气氛中，H2含量为5vol％。
4.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤一③所述固体碳源溶液中溶剂为苯甲醚。
5.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤一④所述干燥条件为：温度为50～70℃，时间为2～6h。
6.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤一⑤所述H2和Ar的混合气体中，H2含量为5vol％。
7.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶
8.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤三所述钎焊连接的工艺为：首先保证真空度为1×10-3Pa，随后以5℃/min的升温速率加热至860℃并保温10min，然后以5℃/min的降温速率冷却至350℃，随后随炉冷却至室温。
9.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤三所述钎焊连接的工艺为：首先保证真空度为1×10-3Pa，随后以1～10℃/min的升温速率加热至840～900℃并保温10min，然后以5℃/min的降温速率冷却至350℃，随后随炉冷却至室温。
10.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤三所述钎焊连接的工艺为：首先保证真空度为1×10-3Pa，随后以1～10℃/min的升温速率加热至860℃并保温10～30min，然后以5℃/min的降温速率冷却至350℃，随后随炉冷却至室温。
...【技术特征摘要】
1.一种利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法按照以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤一①所述片状金属粉的厚度为1～5μm，片径为20～80μm。
3.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤一②所述h2和ar的混合气氛中，h2含量为5vol％。
4.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤一③所述固体碳源溶液中溶剂为苯甲醚。
5.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤一④所述干燥条件为：温度为50～70℃，时间为2～6h。
6.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属与陶瓷或陶瓷基复合材料的方法，其特征在于：步骤一⑤所述h2和ar的混合气体中，h2含量为5vol％。
7.根据权利要求1所述的利用仿生中间层钎焊金属...
【专利技术属性】
技术研发人员：常青，赵淑珍，张丽霞，孙湛，张博，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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