CN109836166B - 一种用于SiC陶瓷的电磁超声钎焊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于SiC陶瓷的电磁超声钎焊方法，包括：将钎料箔片宽度加工至与SiC陶瓷宽度尺寸大小完全一致；对钎料箔片与SiC陶瓷的表面打磨，并清洗；将处理后的钎料箔片填充到SiC陶瓷的两个待焊面之间，使两个SiC陶瓷水平并排放置，将另一块钎料箔片水平放置在两个待焊面的上边缘上，并置于马弗炉内，升温后，接着设置在垂直方向的静磁场中，永磁体和线圈位于水平放置的钎料箔片的正上方，静磁场由超导磁石产生，在钎料箔片两端通入电流，同时在SiC陶瓷两端施加压力，随炉冷至室温，完成SiC陶瓷钎焊。本发明采用了电磁超声方法，没有超声工具头，超声施加不直接接触SiC陶瓷，所以SiC陶瓷不会超声振动而导致开裂。
Description
技术领域：
本发明涉及的是SiC陶瓷焊接领域，具体涉及的是一种用于SiC陶瓷的电磁超声钎焊方法。
背景技术：
SiC陶瓷由于热膨胀系数小、耐磨性能好、化学性能稳定等特点，现已广泛应用于航空、航天、石油和化工等领域。制备SiC陶瓷材料的烧结技术也已趋于成熟，但制备SiC陶瓷的复杂大构件成品率依然很低，因此工业上常常采用将小尺寸的SiC陶瓷进行焊接而组成大构件的方法。
钎焊是实现小尺寸SiC陶瓷连接的一种有潜力的技术，在SiC陶瓷的钎焊连接过程中的主要问题之一是界面润湿结合问题。SiC陶瓷与金属钎料在物理和化学性质方面差别巨大，金属钎料对SiC陶瓷的润湿比较困难，目前常在钎料中加入一定比例的活性元素，通过活性元素与待焊SiC陶瓷材料之间的化学反应来实现钎焊连接。而对于SiC陶瓷来说，最常用活性元素为Ti元素，为了避免活性元素在大气中的损耗，活性金属钎料对SiC陶瓷的润湿结合一般都在真空或惰性气氛中完成，并且活性钎焊的温度相对较高，常用的AgCuTi活性钎料，钎焊温度一般在850~1050 ℃，而采用一些其他活性钎料钎焊温度甚至高达1300℃以上，例如Ni51Cr活性钎料。针对SiC陶瓷的非高温应用，降低钎焊温度显得尤为重要。
已有研究证明，将超声能引入钎焊过程，可取代钎剂实现绿色环保型焊接技术，同时可以实现普通钎焊难以完成的焊接过程，但是直接超声振动极易使SiC陶瓷出现开裂现象。
发明内容：
本发明的目的是提供一种用于SiC陶瓷的电磁超声钎焊方法，这种用于SiC陶瓷的电磁超声钎焊方法用于解决现有的SiC陶瓷钎焊接头，低温连接困难、接头残余应力大和母材开裂等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于SiC陶瓷的电磁超声钎焊方法包括如下步骤：
步骤一、将钎料箔片宽度加工至与SiC陶瓷宽度尺寸大小完全一致；
步骤二、使用砂纸对钎料箔片与SiC陶瓷的表面进行打磨加工，利用丙酮清洗10~30 min；
步骤三、将步骤二处理后的钎料箔片填充到SiC陶瓷的两个待焊面之间，使两个SiC陶瓷水平并排放置，将另一块钎料箔片水平放置在两个待焊面的上边缘上，并置于马弗炉内，以10~30 ℃/min的升温速率升到100~400 ℃后保温5~10 min，接着设置在垂直方向的静磁场中，永磁体和线圈位于水平放置的钎料箔片的正上方，静磁场由超导磁石产生，其磁感应强度为1~12 T，在钎料箔片两端通入频率为2~4 kHz的电流，同时在SiC陶瓷两端施加0.1~1 MPa的压力，在压力以及电磁超声振动的共同作用下钎料在SiC陶瓷的表面润湿充分，随炉冷至室温，完成SiC陶瓷钎焊。
上述方案步骤一中钎料箔片为Sn-Zn-Ti-Al箔片。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明为一种制备SiC陶瓷钎焊方法，利用电磁超声空化效应钎焊SiC陶瓷材料，得到的SiC陶瓷接头力学性能良好。
2.本发明在焊接前利用砂纸打磨SiC陶瓷表面，去除表面氧化膜，强化钎料的毛细作用，使钎料在焊缝的填充更加充分。同时利用在超声波下的空蚀操作进一步去除残留在SiC陶瓷表面的氧化膜。
3.本发明使用Sn-Zn系钎料，液相点温度为198～260 ℃之间，钎料中活性元素可以低温下与SiC陶瓷反应结合，提高接头强度。
4.本发明在钎焊过程中使用了电磁场，利用液态钎料中声空化效应去除SiC陶瓷表面氧化膜，实现液态钎料与SiC陶瓷的润湿。
5.本发明焊接时在SiC陶瓷两端施加压力，有利于焊缝处钎料的填充与成形，提高接头的综合力学性能，施加电磁超声振动可以防止氧化物的生成并破碎原有氧化膜。
6.本发明中SiC陶瓷与钎料之间为冶金结合，与胶粘粘结相比，不存在由时间等因素引起的老化问题。
7.本发明采用了电磁超声方法，没有超声工具头，超声施加不直接接触SiC陶瓷，所以SiC陶瓷不会超声振动而导致开裂。
8.本发明连接过程简单，生产成本低，生产率高。
四、附图说明：
图1是本发明制备泡沫铝夹芯板之泡沫铝与板复合时电磁超声焊接示意图。
图中，1.加热装置，2.钎料箔片，3.永磁体，4.线圈，5.交流电路，6. SiC陶瓷。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
实施例1：
这种用于SiC陶瓷的电磁超声钎焊方法包括如下步骤：
步骤一、将钎料箔片2宽度加工至与SiC陶瓷6宽度尺寸大小完全一致；钎料箔片2为Sn-Zn-Ti-Al箔片。
步骤二、使用砂纸对钎料箔片2与SiC陶瓷6的表面进行打磨加工，利用丙酮清洗10~30 min。
步骤三、将步骤二处理后的钎料箔片2填充到SiC陶瓷6的两个待焊面之间，使两个SiC陶瓷6水平并排放置，将另一块钎料箔片2水平放置在两个待焊面的上边缘上，并把它们置于马弗炉内，设置在加热装置1的正上方，以10 ℃/min的升温速率升到100 ℃后保温8min，接着设置在垂直方向的静磁场中，永磁体3和线圈4位于水平放置的钎料箔片2的正上方，静磁场由超导磁石产生，其磁感应强度为1 T，把水平放置的钎料箔片2连接到交流电路5中，在钎料箔片2两端通入频率为4 kHz的电流，同时在SiC陶瓷6两端施加0.1 MPa的压力，在压力以及电磁超声振动的共同作用下钎料在SiC陶瓷6的表面润湿充分，随炉冷至室温，完成SiC陶瓷钎焊。
实施例2：
这种用于SiC陶瓷的电磁超声钎焊方法包括如下步骤：
步骤一、将钎料箔片2宽度加工至与SiC陶瓷6宽度尺寸大小完全一致；钎料箔片2为Sn-Zn-Ti-Al箔片。
步骤二、使用砂纸对钎料箔片2与SiC陶瓷6的表面进行打磨加工，利用丙酮清洗10~30 min。
步骤三、将步骤二处理后的钎料箔片2填充到SiC陶瓷6的两个待焊面之间，使两个SiC陶瓷6水平并排放置，将另一块钎料箔片2水平放置在两个待焊面的上边缘上，并把它们置于马弗炉内，设置在加热装置1的正上方，以30 ℃/min的升温速率升到400 ℃后保温10min，接着设置在垂直方向的静磁场中，永磁体3和线圈4位于水平放置的钎料箔片2的正上方，静磁场由超导磁石产生，其磁感应强度为6 T，把水平放置的钎料箔片2连接到交流电路5中，在钎料箔片2两端通入频率为2 kHz的电流，同时在SiC陶瓷6两端施加1 MPa的压力，在压力以及电磁超声振动的共同作用下钎料在SiC陶瓷6的表面润湿充分，随炉冷至室温，完成SiC陶瓷钎焊。
实施例3：
这种用于SiC陶瓷的电磁超声钎焊方法包括如下步骤：
步骤一、将钎料箔片2宽度加工至与SiC陶瓷6宽度尺寸大小完全一致；钎料箔片2为Sn-Zn-Ti-Al箔片。
步骤二、使用砂纸对钎料箔片2与SiC陶瓷6的表面进行打磨加工，利用丙酮清洗10~30 min。
步骤三、将步骤二处理后的钎料箔片2填充到SiC陶瓷6的两个待焊面之间，使两个SiC陶瓷6水平并排放置，将另一块钎料箔片2水平放置在两个待焊面的上边缘上，并把它们置于马弗炉内，设置在加热装置1的正上方，以20 ℃/min的升温速率升到260 ℃后保温5min，接着设置在垂直方向的静磁场中，永磁体3和线圈4位于水平放置的钎料箔片2的正上方，静磁场由超导磁石产生，其磁感应强度为12 T，把水平放置的钎料箔片2连接到交流电路5中，在钎料箔片2两端通入频率为3 kHz的电流，同时在SiC陶瓷6两端施加0.5 MPa的压力，在压力以及电磁超声振动的共同作用下钎料在SiC陶瓷6的表面润湿充分，随炉冷至室温，完成SiC陶瓷钎焊。
本发明采用了电磁超声方法，电磁超声利用高强度电磁力在熔融金属内直接生成声波，这种声波不但具有传统声波的所有效果，而且可以在高温领域非接触使用，避免了SiC陶瓷开裂现象。
Claims (2)
1.一种用于SiC陶瓷的电磁超声钎焊方法，其特征是：利用电磁超声空化效应钎焊SiC陶瓷材料，超声施加不直接接触SiC陶瓷，电磁超声利用高强度电磁力在熔融金属内直接生成声波，具体包括如下步骤：
步骤一、将钎料箔片（2）宽度加工至与SiC陶瓷（6）宽度尺寸大小完全一致；
步骤二、使用砂纸对钎料箔片（2）与SiC陶瓷（6）的表面进行打磨加工，利用丙酮清洗10~30min；
步骤三、将步骤二处理后的钎料箔片（2）填充到SiC陶瓷（6）的两个待焊面之间，使两个SiC陶瓷（6）水平并排放置，将另一块钎料箔片（2）水平放置在两个待焊面的上边缘上，并置于马弗炉内，以10~30 ℃/min的升温速率升到100~400℃后保温5~10min，接着设置在垂直方向的静磁场中，永磁体（3）和线圈（4）位于水平放置的钎料箔片（2）的正上方，静磁场由超导磁石产生，其磁感应强度为1~12 T，在钎料箔片（2）两端通入频率为2~4 kHz的电流，同时在SiC陶瓷（6）两端施加0.1~1MPa的压力，在压力以及电磁超声振动的共同作用下钎料在SiC陶瓷（6）的表面润湿充分，随炉冷至室温，完成SiC陶瓷钎焊。
2.根据权利要求1所述的用于SiC陶瓷的电磁超声钎焊方法，其特征是：所述的步骤一中钎料箔片（2）为Sn-Zn-Ti-Al箔片。
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