CN105458551B - 一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法 - Google Patents

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Abstract

一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法，本发明涉及高温钎料及其辅助钎焊的方法。本发明要解决解决现有活性钎焊高温性能差，使得陶瓷优异的高温性能难以发挥的问题。钎料：名义化学式为xTi‑yNi‑zNb‑mB‑(100‑x‑y‑z‑m)Ta(at％)；方法：一、制备高温钎料箔片；二、钎焊。本发明用于一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料及其辅助钎焊的方法。

Description

一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法
技术领域
本发明涉及高温钎料及其辅助钎焊的方法。
背景技术
陶瓷具备优异的高温强度、较低的热膨胀系数、接近金属的热传导率、耐氧化等优异性能，但由于陶瓷的加工性能差、延性和冲击韧度低、耐热冲击能力低以及制造尺寸大而形状复杂的零件较为困难等缺点，通常需要与金属材料组成复合结构来应用，而实现其自身或与其它材料的连接是保证其在航空航天领域得到广泛应用的关键。
目前报道的关于陶瓷及陶瓷基复合材料的连接方法有：扩散焊和活性钎焊。扩散焊由于需要施加较大的压力，其可焊接的结构形式非常有限。而活性钎焊由于具有接头不存在较重消极质量、气密性良好、相对成本低、焊接中不需施加较大压力，接头形式不受限制等优点而成为金属/陶瓷连接的首选技术。但活性钎焊的最大缺点是高温性能差，使得陶瓷优异的高温性能难以发挥。因此，采用开发实用高温活性钎料对于陶瓷/陶瓷、陶瓷/金属钎焊领域具有及其重要的理论和应用价值。
发明内容
本发明要解决现有活性钎焊高温性能差，使得陶瓷优异的高温性能难以发挥的问题，而提供一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料及其辅助钎焊的方法。
一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料，一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料由Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉制备成的名义化学式为xTi-yNi-zNb-mB-(100-x-y-z-m)Ta(at％)的钎料，其中xTi-yNi-zNb-mB-(100-x-y-z-m)Ta(at％)中x＝35～40，y＝35～40，z＝1～10，m＝1～2。
一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、制备高温钎料箔片：首先按名义化学式为xTi-yNi-zNb-mB-(100-x-y-z-m)Ta(at％)称取Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉，然后将称取的Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉混合，得到钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料，将钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料加压5t～10t，得到箔片，将箔片超声清洗10min～15min，然后室温干燥1h～2h，即得高温钎料箔片；
其中xTi-yNi-zNb-mB-(100-x-y-z-m)Ta(at％)中x＝35～40，y＝35～40，z＝1～10，m＝1～2；
二、钎焊：将待焊金属与陶瓷分别置于丙酮中超声清洗10min～15min，然后自然风干，再将高温钎料箔片置于待焊金属与陶瓷的待焊面之间，得到待焊件，在待焊件的陶瓷表面施加0.1MPa～1MPa的压力进行固定，并置于真空加热炉中，以升温速度为5℃/min～15℃/min将真空加热炉加热到1130℃～1200℃，然后在温度为1130℃～1200℃的条件下保温5min～30min，最后冷却至室温，即完成一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法。
本发明的有益效果是：本发明主要通过在钎料中添加Ta而解决现有钎焊陶瓷及陶瓷基复合材料与金属钎焊时，接头在800℃以上高温钎料性能较差的问题，从而得到陶瓷及陶瓷基复合材料与金属钎焊接头整体优良的高温性能，实现了陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的高质量连接，使得陶瓷优良的高温性能得以发挥，运用于航空航天领域。
综上本发明具有以下优点：
1、本发明的钎料成分中不含Ag、Pd等贵金属，成本低廉。
2、本发明简单、高效，且成本较低，非常利于工业化生产。
3、钎料中添加Ta可以提高接头的耐热性，加入的微量B可以进一步提高钎料的润湿性和高温性能，解决了接头在800℃以上高温钎料性能不可靠的问题，使得陶瓷优良的高温性能得以发挥，更好地运用于航空航天领域。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式所述的一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料，一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料由Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉制备成的名义化学式为xTi-yNi-zNb-mB-(100-x-y-z-m)Ta(at％)的钎料，其中xTi-yNi-zNb-mB-(100-x-y-z-m)Ta(at％)中x＝35～40，y＝35～40，z＝1～10，m＝1～2。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料由Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉制备成的名义化学式为40Ti-40Ni-10Nb-8B-2Ta(at％)的钎料。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式所述的一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、制备高温钎料箔片：首先按名义化学式为xTi-yNi-zNb-mB-(100-x-y-z-m)Ta(at％)称取Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉，然后将称取的Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉混合，得到钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料，将钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料加压5t～10t，得到箔片，将箔片超声清洗10min～15min，然后室温干燥1h～2h，即得高温钎料箔片；
其中xTi-yNi-zNb-mB-(100-x-y-z-m)Ta(at％)中x＝35～40，y＝35～40，z＝1～10，m＝1～2；
二、钎焊：将待焊金属与陶瓷分别置于丙酮中超声清洗10min～15min，然后自然风干，再将高温钎料箔片置于待焊金属与陶瓷的待焊面之间，得到待焊件，在待焊件的陶瓷表面施加0.1MPa～1MPa的压力进行固定，并置于真空加热炉中，以升温速度为5℃/min～15℃/min将真空加热炉加热到1130℃～1200℃，然后在温度为1130℃～1200℃的条件下保温5min～30min，最后冷却至室温，即完成一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法。
本实施方式的有益效果是：1、本实施方式的钎料成分中不含Ag、Pd等贵金属，成本低廉。
2、本实施方式简单、高效，且成本较低，非常利于工业化生产。
3、钎料中添加Ta可以提高接头的耐热性，加入的微量B可以进一步提高钎料的润湿性和高温性能，解决了接头在800℃以上高温钎料性能不可靠的问题，使得陶瓷优良的高温性能得以发挥，更好地运用于航空航天领域。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤二中所述的陶瓷为SiO2f/SiO2陶瓷、Si3N4陶瓷或SiO2-BN陶瓷。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四之一不同的是：步骤二中所述的待焊金属为TiAl基合金或金属Nb。其它与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是：步骤二中以升温速度为5℃/min～15℃/min将真空加热炉加热到1130℃～1165℃，然后在温度为1130℃～1165℃的条件下保温5min～30min。其它与具体实施方式三至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是：步骤二中以升温速度为5℃/min～15℃/min将真空加热炉加热到1165℃～1200℃，然后在温度为1165℃～1200℃的条件下保温5min～30min。其它与具体实施方式三至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是：步骤二中然后在温度为1130℃～1200℃的条件下保温5min～15min。其它与具体实施方式三至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八之一不同的是：步骤二中然后在温度为1130℃～1200℃的条件下保温15min～30min。其它与具体实施方式三至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是：步骤一中首先按名义化学式为40Ti-40Ni-10Nb-8B-2Ta(at％)称取Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉。其它与具体实施方式三至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例：
本实施例所述的一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料由Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉制备成的名义化学式为40Ti-40Ni-10Nb-8B-2Ta(at％)的钎料。
上述一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法，它是按以下步骤完成的：
一、制备高温钎料箔片：首先按名义化学式为40Ti-40Ni-10Nb-8B-2Ta(at％)称取Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉，然后将称取的Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉混合，得到钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料，将钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料加压10t，得到箔片，将箔片超声清洗10min，然后室温干燥1h，即得高温钎料箔片；
二、钎焊：将待焊金属与陶瓷分别置于丙酮中超声清洗10min，然后自然风干，再将高温钎料箔片置于待焊金属与陶瓷的待焊面之间，得到待焊件，在待焊件的陶瓷表面施加1MPa的压力进行固定，并置于真空加热炉中，以升温速度为15℃/min将真空加热炉加热到1200℃，然后在温度为1200℃的条件下保温10min，最后冷却至室温，即完成一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法；
步骤二中所述的陶瓷为SiO2-BN陶瓷；
步骤二中所述的待焊金属为Nb金属。
经测试Nb与SiO2-BN接头室温抗剪强度为64MPa，800℃抗剪强度为21MPa。

Claims (5)

1.一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法，其特征在于一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料由Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉制备成的名义化学式为40Ti-40Ni-10Nb-8B-2Ta(at％)；
上述一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法是按以下步骤完成的：
一、制备高温钎料箔片：首先按名义化学式为40Ti-40Ni-10Nb-8B-2Ta(at％)称取Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉，然后将称取的Ti粉、Ni粉、Nb粉、Ta粉和B粉混合，得到钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料，将钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料加压5t～10t，得到箔片，将箔片超声清洗10min～15min，然后室温干燥1h～2h，即得高温钎料箔片；
二、钎焊：将待焊金属与陶瓷分别置于丙酮中超声清洗10min～15min，然后自然风干，再将高温钎料箔片置于待焊金属与陶瓷的待焊面之间，得到待焊件，在待焊件的陶瓷表面施加0.1MPa～1MPa的压力进行固定，并置于真空加热炉中，以升温速度为5℃/min～15℃/min将真空加热炉加热到1130℃～1200℃，然后在温度为1130℃～1200℃的条件下保温5min～30min，最后冷却至室温，即完成一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法；
步骤二中所述的陶瓷为SiO2f/SiO2陶瓷、Si3N4陶瓷或SiO2-BN陶瓷；
步骤二中所述的待焊金属为TiAl基合金或金属Nb。
2.根据权利要求1所述的一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法，其特征在于步骤二中以升温速度为5℃/min～15℃/min将真空加热炉加热到1130℃～1165℃，然后在温度为1130℃～1165℃的条件下保温5min～30min。
3.根据权利要求1所述的一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法，其特征在于步骤二中以升温速度为5℃/min～15℃/min将真空加热炉加热到1165℃～1200℃，然后在温度为1165℃～1200℃的条件下保温5min～30min。
4.根据权利要求1所述的一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法，其特征在于步骤二中然后在温度为1130℃～1200℃的条件下保温5min～15min。
5.根据权利要求1所述的一种钎焊陶瓷与金属的含钽高温钎料辅助钎焊的方法，其特征在于步骤二中然后在温度为1130℃～1200℃的条件下保温15min～30min。
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