CN105174991B - 一种激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的新方法。该方法选用特定粒径范围的碳化硅粉末，通过粉末供给装置连续送粉，在哈氏合金待焊面上实施激光熔敷，令碳化硅陶瓷颗粒均匀分布于金属的待连接表面。再对激光熔敷后焊件进行热处理，以消除激光熔敷过程中产生的内应力。随后钎焊得到的接头具有残余应力低、力学性能均匀、接头内成分稳定等优点。
Description
技术领域
本发明属于陶瓷与金属连接技术领域，具体涉及一种低应力且力学性能均匀的激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的新方法。
背景技术
陶瓷材料在航空、航天、军工、核能、汽车等方面应用广泛。但这种材料塑性差，加工困难，不易制成大型或形状复杂的构件，因此其使用受到限制。一般的金属材料具有优良的成型能力，但与陶瓷材料相比，其高温性能、耐腐蚀性能及极端条件下的服役性能较差。为了发挥两种材料各自的优点，有必要实现对陶瓷和金属之间的连接。目前，连接陶瓷与金属最常见的方法是钎焊，采用该技术制成的陶瓷-金属接头不仅能发挥陶瓷和金属各自的优良性能，满足更多设计与加工需求，同时还有成本低、操作简单、连接强度高及性能稳定等诸多优点。
陶瓷-金属连接主要涉及到两个问题：（1）润湿性问题：由于金属钎料表面的物理和化学性质与陶瓷相比差异较大，一般的金属钎料难以对陶瓷表面形成润湿；（2）残余应力问题：一般的金属材料与陶瓷之间热膨胀系数差异较大，钎焊降温过程中，容易在接头的连接界面附近形成高的残余应力。
对于润湿性问题可以往钎料内添加活性元素，通过活性元素与陶瓷之间的反应来得到解决。对于残余应力问题，常见的缓解方法有：调整陶瓷和金属的CTE差；采用较低的温度或慢的冷却速度；接头中插入中间层或缓冲层；采用缓和结构等。由于陶瓷和金属之间的热膨胀系数相差很大，调整两种材料的CTE错配及降温慢冷的方法效果十分有限；而插入中间层或缓解层往往会使得钎料层内引入额外的反应相，损害接头的力学性能。为了获得低残余应力且稳定可靠的陶瓷-金属接头，需要找出一种缓解接头残余应力的新方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种低应力且力学性能均匀的激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的新方法。
所述的一种激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的新方法,其特征在于包括以下步骤：
1）选用特定粒径范围的碳化硅粉末，采用氢氟酸酸洗除去其中的杂质，随后烘干得碳化硅粉末；
2）将步骤１）得到的碳化硅粉末通过粉末供给装置连续送粉，在金属待焊面上实施激光熔敷，令碳化硅粉末均匀分布于金属的待连接表面；
３）对激光熔敷后的焊件进行热处理，消除激光熔敷过程中产生的内应力；
４）采用常规的钎焊方式实施钎焊，得到低残余应力且应力分布均匀的钎焊接头。
所述的一种激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的新方法,其特征在于步骤３）中所述热处理为在650-700℃条件下保温2-3h后，随炉缓冷。
所述的一种激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的新方法,其特征在于步骤３）中激光熔敷前对金属进行预热，预热温度为300-350℃。
所述的一种激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的新方法,其特征在于激光熔敷前对被处理物进行预热,预热温度为300-350℃。
所述的一种激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的新方法,其特征在于碳化硅粉末粒径为10-50μm。
本发明的优点是，较之传统的缓解残余应力方法，本方法得到的钎焊接头有残余应力低、力学性能均匀、接头内成分稳定等优点。
附图说明
图1是使用该方法形成钎焊接头的原理示意图
图中：1-陶瓷焊件，2-钎缝，3-碳化硅粉末，4-金属焊件。
具体实施方式
以下结合说明书附图及实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
如图1所示，本发明的激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的新方法,包括以下步骤：
1）选用特定粒径范围的碳化硅粉末3，采用氢氟酸酸洗除去其中的杂质，随后烘干得碳化硅粉末3；
2）将步骤１）得到的碳化硅粉末3通过粉末供给装置连续送粉，在金属待焊面上实施激光熔敷，令碳化硅粉末３均匀分布于金属焊件4的待连接表面；
３）对激光熔敷后的金属焊件4进行热处理，消除激光熔敷过程中产生的内应力；
４）采用常规的钎焊方式实施钎焊，碳化硅粉末３熔化进入钎缝2中，与陶瓷焊件1连接，得到低残余应力且应力分布均匀的钎焊接头。
实施例1：以钎焊连接碳化硅陶瓷与Ni基合金为例。
首先，选用粒径为10 的碳化硅粉末，采用氢氟酸酸洗的方式除去其中的杂质，随后烘干；
第二，在激光熔敷前对待处理的哈氏合金进行预热处理，在300-350℃下保温0.5h；
第三，在哈氏合金待焊面上实施激光熔敷，令碳化硅陶瓷颗粒均匀分布于Ni基合金的待连接截面；
第四，对激光熔敷后焊件进行热处理，在650-700℃条件下保温2-3h后，随炉缓冷，以消除激光熔敷过程中产生的内应力；
第五，采用常规的钎焊方式实施钎焊，得到低残余应力且应力分布均匀的钎焊接头。
本发明的优点是，较之传统的缓解残余应力方法，本方法得到的钎焊接头有残余应力低、力学性能均匀、接头内成分稳定等优点。
Claims (4)
1.一种激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的方法,其特征在于包括以下步骤：
1）选用特定粒径范围的碳化硅粉末，采用氢氟酸酸洗除去其中的杂质，随后烘干得碳化硅粉末，其中碳化硅粉末粒径为10-50μm；
2）将步骤1）得到的碳化硅粉末通过粉末供给装置连续送粉，在金属待焊面上实施激光熔敷，令碳化硅粉末均匀分布于金属的待连接表面；
3）对激光熔敷后的焊件进行热处理，消除激光熔敷过程中产生的内应力；
４）采用常规的钎焊方式实施钎焊，得到低残余应力且应力分布均匀的钎焊接头。
2.根据权利要求1所述的一种激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的方法,其特征在于步骤3）中所述热处理为在650-700℃条件下保温2-3h后，随炉缓冷。
3.根据权利要求1所述的一种激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的方法,其特征在于步骤3）中激光熔敷前对金属进行预热，预热温度为300-350℃。
4.根据权利要求1所述的一种激光熔敷技术用于连接陶瓷与金属的方法,其特征在于激光熔敷前对被处理物进行预热,预热温度为300-350℃。
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