一种钎焊陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的高温钎料及其制备方法和使用方法
【专利说明】一种钎焊陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的高温钎料及其制备方法和使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种高温钎料及其制备方法和使用方法。
【背景技术】
[0002]陶瓷及陶瓷基复合材料具有高熔点、高强度、高硬度等优异的性能，在航空航天和能源等领域具有广泛的应用前景。由于陶瓷及陶瓷基复合材料的脆性以及制备技术的限制，难以获得大尺寸、形状复杂的陶瓷构件，在航空航天领域通常实现其自身及与金属材料钎焊才能获得广泛应用。
[0003]通过现有的文献检索来看，使用常用的Ag-Cu-Ti钎料连接陶瓷及陶瓷基复合材料与金属时，焊后接头只能在450°C以下使用，无法满足高温使用要求；申请号为201310325160.9和CN201310325159.6的中国专利发明了一种使用真空电弧熔炼制备的Co-T1-Nb钎料，该钎料以原子比为1:1的T1-Co成分为设计基础，钎焊C/SiC与Nb时，钎缝组织主要为TiCo化合物和(Nb，Ti)的固溶体相。由于TiCo化合物需在1325°C生成，因此该钎料的钎焊温度为1300°C -1340°C，该钎焊温度不仅使得焊后接头残余应力大，且如此高的钎焊温度对待焊金属的性能影响很大。因此，开发一种钎焊温度低于1200°C，同时焊后接头具有良好高温力学性能的钎料，对于推广陶瓷及陶瓷基复合材料的应用具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明要解决传统钎料钎焊陶瓷/陶瓷或陶瓷/金属在高温条件下接头强度低和钎焊温度高的问题，而提供一种钎焊陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的高温钎料及其制备方法和使用方法。
[0005]本发明的一种钎焊陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的高温钎料，按质量百分比是由70%?80%的Ti和20%?30%的Co组成。
[0006]本发明的一种钎焊陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的高温钎料的制备方法，是按照以下步骤进行的:
[0007]一、称量:按质量百分比称取70?80%的Ti或TiH2粉和20?30%的Co粉，混合均匀，得混料；
[0008]二、向步骤一的混料加压6?10t，得到箔片，然后将箔片超声清洗lOmin，再室温干燥I?2h，即得高温钎料。
[0009]本发明的使用一种钎焊陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的高温钎料钎焊陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的方法，它是按照以下步骤进行的:
[0010]一、将待焊接的陶瓷及陶瓷基复合材料和金属待焊表面的油污、氧化物用机械清理方法进行清理；
[0011]二、将权利要求1的钎料压片并加工成与被焊表面面积相等的钎料片，然后将步骤一清理后的将陶瓷及陶瓷基复合材料和金属放入丙酮中，进行超声清洗lOmin，再将清洗后的材料自然风干后，按照从上到下依次为陶瓷及陶瓷基复合材料/钎料片/金属的形式进行装配，并在陶瓷及陶瓷基复合材料表面施加2MPa的压力进行固定，将装配好的工件放入真空加热炉中；
[0012]三、对步骤二的真空炉进行抽真空，在真空度为IX 10_3Pa时，开始以15°C /min的速度加热到500°C，保温5min，然后以10°C /min的速度加热到1000°C后，再以5°C /min的速度加热到1060?1190°C，保温5min，然后以10°C /min的速度降温到400°C，其后随炉冷却至室温，即完成陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的钎焊。
[0013]本发明的包含以下有益效果:
[0014]本发明的T1-Co钎料，在钎焊过程中通过T1、Co 二元共晶反应形成共晶液相，因此钎焊温度为1060?1190°C，远低于其它高温Ti基钎料(T1-Fe、T1-Si)的钎焊温度(1350?1450°C)o特别是，这种钎料在陶瓷及陶瓷基复合材料表面润湿性好，焊后钎缝组织主要为0Ti+Ti2Co共晶产物，不仅保证接头在800°C下具有良好的高温性能，而且β??固溶体的生成大大缓解了焊后接头残余应力。
[0015]利用本发明的T1-Co钎料在1060?1190°C，保温I?120min条件下钎焊Si3N4、SiC,ZrO2,C/SiC等陶瓷及陶瓷基复合材料与金属(铌及铌合金、Invar合金、TC4和钼及钼合金等)，获得的接头室温抗剪强度为40?230MPa，800°C高温抗剪强度达到了室温抗剪强度的40%?60%。该钎料不仅适用于陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的连接，同时也适用于这些陶瓷或陶瓷基复合材料自身及相互之间的连接。
【附图说明】
[0016]图1为实施例1得到的钎焊C/SiC复合材料与铌的高温钎料电镜图片。
【具体实施方式】
[0017]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0018]【具体实施方式】一:本实施方式的一种钎焊陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的高温钎料，按质量百分比是由70%?80%的Ti和20%?30%的Co组成。
[0019]本实施方式的钎料在钎焊过程中通过T1、Co 二元共晶反应形成共晶液相，因此钎焊温度为1060?1190°C，远低于其它高温Ti基钎料(T1-Fe、T1-Si)的钎焊温度(1350?1450°C)o特别是，这种钎料在陶瓷及陶瓷基复合材料表面润湿性好，焊后钎缝组织主要为0Ti+Ti2Co共晶产物，不仅保证接头在800°C下具有良好的高温性能，而且β??固溶体的生成大大缓解了焊后接头残余应力。
[0020]本实施方式的钎料在1060?1190°C，保温I?120min条件下钎焊Si3N4、SiC、ZrO2, C/SiC等陶瓷及陶瓷基复合材料与金属(铌及铌合金、Invar合金、TC4和钼及钼合金等)，获得的接头室温抗剪强度为40?230MPa，800°C高温抗剪强度达到了 40%?60%。本实施方式钎料不仅适用于陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的连接，同时也适用于这些陶瓷或陶瓷基复合材料自身及相互之间的连接。
[0021]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的高温钎料按质量百分比是由71%?79%的Ti和21%?29%的Co组成。其它与【具体实施方式】一相同。
[0022]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的高温钎料按质量百分比是由72%?78%的Ti和22%?28%的Co组成。其它与【具体实施方式】一相同。
[0023]【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的高温钎料按质量百分比是由73%?77%的Ti和23%?27%的Co组成。其它与【具体实施方式】一相同。
[0024]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的高温钎料按质量百分比是由73%?76%的Ti和24%?27%的Co组成。其它与【具体实施方式】一相同。
[0025]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的高温钎料按质量百分比是由73%?75%的Ti和25%?27%的Co组成。其它与【具体实施方式】一相同。
[0026]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的高温钎料按质量百分比是由73%?74%的Ti和26%?27%的Co组成。其它与【具体实施方式】一相同。
[0027]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的高温钎料按质量百分比是由73.3%的Ti和26.7%的Co组成。其它与【具体实施方式】一相同。
[0028]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的Ti的纯度为99.0 %?99.9 %，Co的纯度为99.0 %?99.9 %。其它与【具体实施方式】一相同。
[0029]【具体实施方式】十:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:所述的Ti和Co均为300目的金属粉末。其它与【具体实施方式】一相同。
[0030]【具体实施方式】^^一:本实施方式的一种钎焊陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的高温钎料的制备方法，是按照以下步骤进行的:
[0031]一、称量:按质量百分比称取70?80%的Ti或TiH2粉和20?30%的Co粉，混合均匀，得混料；
[0032]二、向步骤一的混料加压6?10t，得到箔片，然后将箔片超声清洗lOmin，再室温干燥I?2h，即得高温钎料。
[0033]本实施方式的钎料在钎焊过程中通过T1、Co 二元共晶反应形成共晶液相，因此钎焊温度为1060?1190°C，远低于其它高温Ti基钎料(T1-Fe、T1-Si)的钎焊温度(1350?1450°C)o特别是，这种钎料在陶瓷及陶瓷基复合材料表面润湿性好，焊后钎缝组织主要为0Ti+Ti2Co共晶产物，不仅保证接头在800°C下具有良好的高温性能，而且β??固溶体的生成大大缓解了焊后接头残余应力。
[0034]本实施方式的