本发明涉及一种采用Ag-Cu-Ti钎料钎焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅复合陶瓷的方法。
背景技术：
当今，科技的进步越来越依赖于材料科学的发展。在众多材料中，金属材料以其在强度、延展性、导电性和导热性等方面的优异性能获得了广泛的应用，但其耐高温、耐腐蚀和耐磨损等性能已不能满足日趋提高的需求。陶瓷材料除了具有耐高温、高强度、高硬度、高耐磨性等优点，在电、磁、热、光、声等方面也具有很多特殊的功能，在某些方面远远超过金属材料和高分子材料。因此，先进陶瓷材料有着广阔的应用前景，不仅可以促进相关行业的技术进步，改善人民生活质量，创造良好的经济效益和社会效益，而且对增强国防力量、保证国家安全也极其重要。
六方氮化硼(h-BN)在室温条件下介电性能优异，介电常数为4.2，介电损耗为0.001，在Si3N4陶瓷中添加一定量的h-BN能够显著改善其介电性能，制备的BN-Si3N4多孔复合透波陶瓷具有优异的力学性能和介电性能，可用于制造导弹天线罩。尖晶石型氮氧化铝(γ-AlON)简称AlON，是AlN-Al2O3二元体系的一个重要的单相、稳定的固溶体。AlON陶瓷熔点2158℃，不仅具有优异的力学、热学和化学性能，而且其在0.2～5.0μm的波长(包括紫外区、可见光区和红外区)段具有良好的透光性，理论透过率高达85％。此外，它还具有良好的光学和机械各向同性。因此，AlON透明陶瓷是红外制导导弹天线罩红外窗口的理想材料。所以，实现AlON陶瓷和BN-Si3N4多孔陶瓷的可靠连接具有重要的实用价值。
技术实现要素：
本发明是为了解决现有AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷连接后接头剪切强度低的问题，而提供一种采用Ag-Cu-Ti钎料钎焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅复合陶瓷的方法。
本发明一种采用Ag-Cu-Ti钎料钎焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅复合陶瓷的方法按以下步骤进行：
一、依次采用1000#、2000#、3000#的金刚石磨盘将AlON陶瓷的待焊面打磨至光亮无划痕，然后采用0.5μm的金刚石抛光剂对打磨后的AlON陶瓷的待焊面进行抛光，得到待焊AlON陶瓷；
二、依次采用120#、400#、1000#砂纸打磨Ag-Cu-Ti箔片的表面去除氧化膜，然后将打磨后的Ag-Cu-Ti箔片剪切成与待焊AlON陶瓷待焊面相同尺寸，得到钎料箔片；
二、将待焊AlON陶瓷、BN-Si3N4陶瓷和钎料箔片分别置于丙酮中超声清洗5min后吹干，得到清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的钎料箔片；
三、采用有机胶按照三明治结构对清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的钎料箔片进行装配，得到待焊试样；所述清洗后的钎料箔片置于清洗后的待焊AlON陶瓷和清洗后的BN-Si3N4陶瓷中间；
四、将待焊试样置于石墨磨具中，垂直于待焊试样待焊面的方向上施加1×104Pa的压力，然后将待焊试样随石墨磨具放入真空钎焊炉中，当真空钎焊炉的真空度达到6×10-3Pa后，先以10℃/min的升温速率将温度从室温升温至300℃，保温30min；再以10℃/min的升温速率将温度从300℃升温至750℃，然后以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至800℃～900℃，保温5min～25min；最后以5℃/min的降温速率将温度从800℃～900℃降温至300℃，再随炉冷却至室温，完成AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷的连接。
本发明的有益效果：
本发明使用Ag-Cu-Ti钎料箔片成功实现了AlON陶瓷和BN-Si3N4多孔陶瓷的连接。当钎焊温度为850℃，保温时间为15min时，接头的剪切强度最高，达到了116MPa。
附图说明
图1为实施例一AlON陶瓷和氮化硼氮化硅复合陶瓷连接后接头的微观形貌图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种采用Ag-Cu-Ti钎料钎焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅复合陶瓷的方法按以下步骤进行：
一、依次采用1000#、2000#、3000#的金刚石磨盘将AlON陶瓷的待焊面打磨至光亮无划痕，然后采用0.5μm的金刚石抛光剂对打磨后的AlON陶瓷的待焊面进行抛光，得到待焊AlON陶瓷；
二、依次采用120#、400#、1000#砂纸打磨Ag-Cu-Ti箔片的表面去除氧化膜，然后将打磨后的Ag-Cu-Ti箔片剪切成与待焊AlON陶瓷待焊面相同尺寸，得到钎料箔片；
二、将待焊AlON陶瓷、BN-Si3N4陶瓷和钎料箔片分别置于丙酮中超声清洗5min后吹干，得到清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的钎料箔片；
三、采用有机胶按照三明治结构对清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的钎料箔片进行装配，得到待焊试样；所述清洗后的钎料箔片置于清洗后的待焊AlON陶瓷和清洗后的BN-Si3N4陶瓷中间；
四、将待焊试样置于石墨磨具中，垂直于待焊试样待焊面的方向上施加1×104Pa的压力，然后将待焊试样随石墨磨具放入真空钎焊炉中，当真空钎焊炉的真空度达到6×10-3Pa后，先以10℃/min的升温速率将温度从室温升温至300℃，保温30min；再以10℃/min的升温速率将温度从300℃升温至750℃，然后以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至800℃～900℃，保温5min～25min；最后以5℃/min的降温速率将温度从800℃～900℃降温至300℃，再随炉冷却至室温，完成AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷的连接。
本实施方式BN-Si3N4陶瓷不宜打磨，对表面不做处理。
本实施方式先先以10℃/min的升温速率将温度从室温升温至300℃，保温30min的目的是使有机胶充分挥发。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中所述Ag-Cu-Ti箔片中Al、Cu和Ti的质量百分比为69.5:27:3.5。其他步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中Ag和Cu是共晶成分配比，熔点为780℃，Ag-Cu共晶组织具有良好的塑形变形能力，钎焊完成后的降温过程中，Ag-Cu共晶组织可以通过发生塑性变形缓解接头中的热应力。Ti作为活性元素，可以通过与AlON陶瓷和BN-Si3N4多孔陶瓷的反应实现对其的润湿。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二得到的钎料箔片的厚度为100μm。其他步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至825℃，保温15min。其他步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至825℃，保温25min。其他步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至850℃，保温5min。其他步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至850℃，保温15min。其他步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至850℃，保温25min。其他步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至800℃，保温15min。其他步骤及参数与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至900℃，保温15min。其他步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。
用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种采用Ag-Cu-Ti钎料钎焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅复合陶瓷的方法按以下步骤进行：
一、依次采用1000#、2000#、3000#的金刚石磨盘将AlON陶瓷的待焊面打磨至光亮无划痕，然后采用0.5μm的金刚石抛光剂对打磨后的AlON陶瓷的待焊面进行抛光，得到待焊AlON陶瓷；
二、依次采用120#、400#、1000#砂纸打磨Ag-Cu-Ti箔片的表面去除氧化膜，然后将打磨后的Ag-Cu-Ti箔片剪切成与待焊AlON陶瓷待焊面相同尺寸，得到钎料箔片；
二、将待焊AlON陶瓷、BN-Si3N4陶瓷和钎料箔片分别置于丙酮中超声清洗5min后吹干，得到清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的钎料箔片；
三、采用有机胶按照三明治结构对清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的钎料箔片进行装配，得到待焊试样；所述清洗后的钎料箔片置于清洗后的待焊AlON陶瓷和清洗后的BN-Si3N4陶瓷中间；
四、将待焊试样置于石墨磨具中，垂直于待焊试样待焊面的方向上施加1×104Pa的压力，然后将待焊试样随石墨磨具放入真空钎焊炉中，当真空钎焊炉的真空度达到6×10-3Pa后，先以10℃/min的升温速率将温度从室温升温至300℃，保温30min；再以10℃/min的升温速率将温度从300℃升温至750℃，然后以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至850℃，保温15min；最后以5℃/min的降温速率将温度从850℃降温至300℃，再随炉冷却至室温，完成AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷的连接。
步骤二中所述Ag-Cu-Ti箔片中Al、Cu和Ti的质量百分比为69.5:27:3.5。
图1为实施例一AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷连接后接头的微观形貌图；从图中可以看出钎焊接头致密且无明显缺陷，说明Ag-Cu-Ti钎料箔片成功实现了AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷的连接。当钎焊温度为850℃，保温时间为15min时，接头的剪切强度最高，达到了116MPa。
实施例二：本实施例与实施例一的不同之处在于：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至800℃，保温15min。其他与实施例一相同。
本实施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷连接后的接头的剪切强度为43MPa。
实施例三：本实施例与实施例一的不同之处在于：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至825℃，保温15min。其他与实施例一相同。
本实施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷连接后的接头的剪切强度为68MPa。
实施例四：本实施例与实施例一的不同之处在于：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至875℃，保温15min。其他与实施例一相同。
本实施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷连接后的接头的剪切强度为96MPa。
实施例五：本实施例与实施例一的不同之处在于：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至900℃，保温15min。其他与实施例一相同。
本实施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷连接后的接头的剪切强度为62MPa。
实施例六：本实施例与实施例一的不同之处在于：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至850℃，保温5min。其他与实施例一相同。
本实施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷连接后的接头的剪切强度为47MPa。
实施例七：本实施例与实施例一的不同之处在于：步骤四中以5℃/min的升温速率将温度从750℃升温至850℃，保温25min。其他与实施例一相同。
本实施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷连接后的接头的剪切强度为89MPa。