本发明涉及钎焊焊接技术领域，具体的说，涉及了一种钎焊陶瓷的方法。
背景技术：
陶瓷基复合材料凭借其优异的抗热冲击性、高承载性能、高韧性及高可靠性，在武器装备、航空航天和石化等领域有着巨大的应用前景。但是陶瓷基复合材料加工成型和焊接成型较难，目前常用的陶瓷基复合材料的连接方法主要有固相扩散焊、液相法、先驱体法等，其中钎焊方法相比其工艺较为简单，但存在钎焊材料与陶瓷基复合材料的表面润湿性较差，难以实现钎焊接头的牢固连接。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
技术实现要素：
由鉴于此，本发明确有必要提供一种钎焊陶瓷的方法。
本发明所采用的技术方案是：一种钎焊陶瓷的方法，它包括以下步骤：
（1）制作箔状钛基钎料，所述箔状钛基钎料的组织成分包括金属相和si3n4颗粒，所述金属相由以下质量百分数的元素组成：zr10%～20%、ti40%～55%、ni3.0%～7.8%，其余为cu；
（2）将陶瓷基复合材料置于丙酮溶液中超声清洗后放置于等离子体增强化学气相沉积真空装置中，抽真空后通入氮气，调节所述等离子体增强化学气相沉积真空装置的压强为200pa～400pa、温度为100℃～400℃、射频功率为100w～200w对置于其中的所述陶瓷基复合材料进行氮气处理，得到氮气处理后的陶瓷基复合材料；其中，所述陶瓷基复合材料为二氧化硅陶瓷基复合材料、二氧化硅玻璃陶瓷或石英纤维编织陶瓷基复合材料；
（3）将所述箔状钛基钎料置于至少两块所述氮气处理后的陶瓷基复合材料之间，得到待焊材料，将所述待焊材料置于真空钎焊炉中，抽真空处理并升温至600℃～1400℃，在600℃～1400℃温度下保温5min～30min，然后以8℃/min～10℃/min的降温速度将真空钎焊炉冷却至室温，完成陶瓷基复合材料的钎焊。
基于上述，所述步骤（1）具体包括以下分步骤：
称取原料：称取原材料cu粉、zr粉以及中间合金cu-ti和cu-ni，并称取平均颗粒尺寸为7nm～85nm的si3n4颗粒；所述si3n4颗粒占所述箔状钛基钎料总质量的1.0%～17%；
熔化：将称取的cu粉、zr粉置于中频真空冶炼炉坩埚中在氩气保护下进行熔化，当完全溶化后加入中间合金cu-ti和cu-ni进行混合熔炼铜液，当铜液的元素成分以质量百分数计为zr10%～20%、ti40%～55%、ni3.0%～7.8%，其余为cu时，得到熔融体；
制粉：采用气雾水冷雾化制粉工艺将所述熔融体进行雾化制粉，得到合金微粉，然后向所述合金微粉中加入称取的所述si3n4颗粒并在真空条件下进行球磨混合10min～35min，制得纳米颗粒掺杂合金微粉；其中，所述气雾水冷雾化制粉工艺中的雾化压力为0.7mpa～1.2mpa，雾化喷嘴直径为10mm～27mm；
成型：采用熔体旋淬法将所述纳米颗粒掺杂合金微粉制作成箔状钛基钎料。
基于上述，所述成型步骤包括：首先将所述纳米颗粒掺杂合金微粉置于扁口石英管中，并将石英管置于液体急冷凝固装置的感应线圈中；然后抽真空处理使所述液体急冷凝固装置的真空室真空度为8×10-2pa～2×10-1pa，通入氩气并调节所述液体急冷凝固装置的铜轮转速及喷射压力为0.02mpa～0.05mpa，采用感应加热的方式加热所述纳米颗粒掺杂合金微粉，待所述纳米颗粒掺杂合金微粉中的合金相完全熔化后，利用氩气的压力将其喷射到旋转的铜轮上，得到厚度为50µm～95µm厚的箔状钛基钎料。
需要说明的是，采用气雾水冷雾化制粉工艺将所述熔融体进行雾化制粉得到合金微粉的过程中，所用到的制粉装置为该制粉通用的设备，包括盛料桶、冷取塔、喷嘴模具、浇口杯、中间包、高压管道和氩气瓶；所述盛料桶与所述冷取塔连通并且内部均盛有水，所述氩气瓶通过所述高压管道与所述喷嘴模具相连接，所述喷嘴模具包括上模具和下模具，所述上模具和所述下模具中部均开设有直径为10mm～27mm的雾化喷嘴，所述浇口杯与位于所述上模具表面的雾化喷嘴相连接，所述下模具上还设置有高压气体流通槽，该高压气体流通槽与位于所述下模具表面的雾化喷嘴相连接。
采用熔体旋淬法将所述纳米颗粒掺杂合金微粉制作成箔状钛基钎料过程中，所用到的制粉装置为熔体旋淬法通用的高真空单辊旋淬设备，包括高真空系统、水冷旋转辊轮系统、及感应系统及控制和运动系统组成，主要部件包括用于熔炼的感应线圈、扁口石英管；用于提供高真空的真空室；用于旋转拉带的铜轮和氩气喷嘴等。
本发明提供的钎焊陶瓷的方法，通过采用氮气等离子轰击陶瓷基复合材料的表面，使得其表面部分难润湿的二氧化硅转化为容易润湿的氮化硅成分，改善了陶瓷基复合材料与钎焊接头之间的润湿性，同时，本发明提供的箔状钛基钎料中的cu是可以与ti具有强烈合金化作用的元素；而钎焊过程中纳米si3n4颗粒与液相钎料中的活性ti元素反应生成亚微米级别的tin和ti5si3两种化合物，从而增加了形核率，提高了钎焊接头的强度。更重要的是，该箔状钛基钎料的是采用气雾水冷雾化制粉工艺和熔体旋淬法得到的，避免了通过浇铸方法中生成脆性金属间化合物或共晶物现象，且由高压气流产生的动能是熔融体雾化并急速水冷，改善了铸态组织的形貌，使得晶粒组织较为均匀，进而改善了钎焊接头的结合强度。试验证明，利用本发明提供的方法得到的同种陶瓷基复合材料之间钎焊接头的抗剪切强度为50mpa～85mpa。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种钎焊陶瓷的方法，它包括以下步骤：
（1）制作箔状钛基钎料，
（2）将二氧化硅陶瓷基复合材料置于丙酮溶液中超声清洗后放置于等离子体增强化学气相沉积真空装置中，抽真空后通入氮气，调节所述等离子体增强化学气相沉积真空装置的压强为400pa、温度为400℃、射频功率为200w对置于其中的所述二氧化硅陶瓷基复合材料进行氮气处理，得到氮气处理后的二氧化硅陶瓷基复合材料：
（3）将所述箔状钛基钎料置于两块所述氮气处理后的二氧化硅陶瓷基复合材料之间，得到待焊材料，将所述待焊材料置于真空钎焊炉中，抽真空处理并升温至1400℃，在1400℃温度下保温30min，然后以8℃/min的降温速度将真空钎焊炉冷却至室温，完成陶瓷基复合材料的钎焊。
具体地，本实施例中箔状钛基钎料是通过以下步骤制得的：
称取原料：称取原材料cu粉、zr粉以及中间合金cu-ti和cu-ni，并称取平均颗粒尺寸为85nm的si3n4颗粒；所述si3n4颗粒占所述箔状钛基钎料总质量的17%；
熔化：将称取的cu粉、zr粉置于中频真空冶炼炉坩埚中在氩气保护下进行熔化，当完全溶化后加入中间合金cu-ti和cu-ni进行混合熔炼铜液，当铜液的元素成分以质量百分数计为zr10%、ti40%、ni37.8%，其余为cu时，得到熔融体；
制粉：采用气雾水冷雾化制粉工艺对所述熔融体进行雾化制粉，得到合金微粉，然后向所述合金微粉中加入称取的所述si3n4颗粒并在真空条件下进行球磨混合35min，制得纳米颗粒掺杂合金微粉；其中，所述气雾水冷雾化制粉工艺中的雾化压力为1.2mpa，雾化喷嘴直径为27mm；
成型：首先将所述纳米颗粒掺杂合金微粉置于扁口石英管中，并将石英管置于液体急冷凝固装置的感应线圈中；然后抽真空处理使所述液体急冷凝固装置的真空室真空度为2×10-1pa，通入氩气并调节所述液体急冷凝固装置的铜轮转速及喷射压力为0.02mpa，采用感应加热的方式加热所述纳米颗粒掺杂合金微粉，待所述纳米颗粒掺杂合金微粉中的合金相完全熔化后，利用氩气的压力将其喷射到旋转的铜轮上，得到厚度为95µm厚的箔状钛基钎料。
钎焊接头性能测试：经测试，利用本实施例提供的方法钎焊得到的二氧化硅陶瓷基复合材料之间钎焊接头的抗剪切强度为55mpa。
实施例2
本实施例提供了一种钎焊陶瓷的方法，具体步骤与实施例1中的步骤大致相同，不同之处在于：
本实施例中，所述步骤（1）包括：
称取原料：称取原材料cu粉、zr粉以及中间合金cu-ti和cu-ni，并称取平均颗粒尺寸为50nm的si3n4颗粒；所述si3n4颗粒占所述箔状钛基钎料总质量的10%；
熔化：将称取的cu粉、zr粉置于中频真空冶炼炉坩埚中在氩气保护下进行熔化，当完全溶化后加入中间合金cu-ti和cu-ni进行混合熔炼铜液，当铜液的元素成分以质量百分数计为zr14%、ti55%、ni7.8%，其余为cu时，得到熔融体；
制粉：采用气雾水冷雾化制粉工艺对所述熔融体进行雾化制粉，得到合金微粉，然后向所述合金微粉中加入称取的所述si3n4颗粒并在真空条件下进行球磨混合20min，制得纳米颗粒掺杂合金微粉；其中，所述气雾水冷雾化制粉工艺中的雾化压力为1.2mpa，雾化喷嘴直径为20mm；
成型：首先将所述纳米颗粒掺杂合金微粉置于扁口石英管中，并将石英管置于液体急冷凝固装置的感应线圈中；然后抽真空处理使所述液体急冷凝固装置的真空室真空度为2×10-1pa，通入氩气并调节所述液体急冷凝固装置的铜轮转速及喷射压力为0.03mpa，采用感应加热的方式加热所述纳米颗粒掺杂合金微粉，待所述纳米颗粒掺杂合金微粉中的合金相完全熔化后，利用氩气的压力将其喷射到旋转的铜轮上，得到厚度为80µm厚的箔状钛基钎料。
本实施例中，所述陶瓷基复合材料为二氧化硅玻璃陶瓷。
钎焊接头性能测试：经测试，利用本实施例提供的方法钎焊得到的二氧化硅玻璃陶瓷之间钎焊接头的抗剪切强度为59mpa。
实施例3
本实施例提供了一种钎焊陶瓷的方法，具体步骤与实施例1中的步骤大致相同，不同之处在于：
本实施例中，所述步骤（2）包括：将石英纤维编织陶瓷基复合材料置于丙酮溶液中超声清洗后放置于等离子体增强化学气相沉积真空装置中，抽真空后通入氮气，调节所述等离子体增强化学气相沉积真空装置的压强为250pa、温度为300℃、射频功率为150w对置于其中的所述石英纤维编织陶瓷基复合材料进行氮气处理，得到氮气处理后的石英纤维编织陶瓷基复合材料。
本实施例中，所述陶瓷基复合材料为石英纤维编织陶瓷基复合材料。
钎焊接头性能测试：经测试，利用本实施例提供的方法钎焊得到的石英纤维编织陶瓷基复合材料之间钎焊接头的抗剪切强度为60mpa。
实施例4
本实施例提供了一种钎焊陶瓷的方法，具体步骤与实施例1中的步骤大致相同，不同之处在于：
本实施例中，所述步骤（1）包括：
称取原料：称取原材料cu粉、zr粉以及中间合金cu-ti和cu-ni，并称取平均颗粒尺寸为55nm的si3n4颗粒；所述si3n4颗粒占所述箔状钛基钎料总质量的8%；
熔化：将称取的cu粉、zr粉置于中频真空冶炼炉坩埚中在氩气保护下进行熔化，当完全溶化后加入中间合金cu-ti和cu-ni进行混合熔炼铜液，当铜液的元素成分以质量百分数计为zr19.3%、ti42.3%、ni3.5%，其余为cu时，得到熔融体；
制粉：采用气雾水冷雾化制粉工艺对所述熔融体进行雾化制粉，得到合金微粉，然后向所述合金微粉中加入称取的所述si3n4颗粒并在真空条件下进行球磨混合22min，制得纳米颗粒掺杂合金微粉；其中，所述气雾水冷雾化制粉工艺中的雾化压力为1.2mpa，雾化喷嘴直径为27mm；
成型：首先将所述纳米颗粒掺杂合金微粉置于扁口石英管中，并将石英管置于液体急冷凝固装置的感应线圈中；然后抽真空处理使所述液体急冷凝固装置的真空室真空度为2×10-1pa，通入氩气并调节所述液体急冷凝固装置的铜轮转速及喷射压力为0.02mpa，采用感应加热的方式加热所述纳米颗粒掺杂合金微粉，待所述纳米颗粒掺杂合金微粉中的合金相完全熔化后，利用氩气的压力将其喷射到旋转的铜轮上，得到厚度为50µm厚的箔状钛基钎料。
钎焊接头性能测试：经测试，利用本实施例提供的方法钎焊得到的二氧化硅陶瓷基复合材料之间钎焊接头的抗剪切强度为85mpa。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。