CN114956849A - 一种陶瓷共烧连接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种陶瓷共烧连接方法，将待烧结连接的两个母材零件的对接面分别进行开槽处理，得到啮合槽结构，在待烧结连接的两个零件的对接面的啮合槽上或槽缝隙中通过涂抹、压实或灌注的方法将低温烧结材料压入连接预设连接槽中，进行填充，将待烧结连接的两个零件的对接面按照啮合槽结构进行装配，在啮合槽装配处采用低温烧结材料进行填充后低温烧结完成零件的共烧连接，通过固液烧结方式实现相较于烧结温度较需连接陶瓷零件的连接工艺，通过相较于低于原始基体零件熔化温度的低温烧结材料实现两材料的烧结连接，解决不同材料陶瓷连接、细小结构特征陶瓷零件连接工艺需求，保证连接工艺可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种相较原始材料烧结温度低的一种陶瓷连接工艺，具体涉及一种陶瓷共烧连接方法。
背景技术
氧化铝、氧化硅、氮化硅材料零件常需要进行连接装配，现有连接方法通常采用机械连接或胶接，对于在一定温度下工作的零件，传统连接方法无法保证有效连接强度、密封性，降低连接可靠性；传统连接工艺也不能满足细小结构零件连接可靠性要求。
由于低温烧结材料在再烧结工艺连接中，选取低于零件本身熔点的材料，当温度达到低温烧结材料的熔点时，零件本身仍处于固态，使得烧结状态保持在固液烧结的状态。液相烧结速度较快，收缩显著，烧结后密度可以接近理论密度。液相烧结时必须保证生成适当数量的液相(15～35％)，液相对固相必须有良好的浸润性，且固相必须在液相中有一定的溶解度。有液相参与的烧结方法。烧结温度较纯固相烧结的低。烧结物一般含多种成分，在最低共熔点附近进行烧结，烧结物中发生粘滞流动传质、溶解沉析传质，加快了烧结速度，从而可降低烧结温度。但是目前共烧连接技术在陶瓷材料上尚未公开，无法满足不同材料陶瓷连接的工艺需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷共烧连接方法，以克服现有技术的不足，本发明能够在解决不同材料陶瓷连接、细小结构特征陶瓷零件连接工艺需求，提高连接工艺可靠性。
一种陶瓷共烧连接方法，包括以下步骤：
S1，将待烧结连接的两个母材零件的对接面分别进行开槽处理，得到啮合槽结构；
S2，在待烧结连接的两个零件的对接面的啮合槽上或槽缝隙中通过涂抹、压实或灌注的方法将低温烧结材料压入连接预设连接槽中，进行填充，将待烧结连接的两个零件的对接面按照啮合槽结构进行装配，在啮合槽装配处采用低温烧结材料进行填充后低温烧结完成零件的共烧连接。
优选的，开槽结构的截面为凹凸槽、燕尾槽、T型槽、齿啮合槽、星型槽其中的一种或几种。
优选的，两个母材零件的对界面选择面积最大的平面。
优选的，当两个母材零件的受热热胀冷缩参数相近，则开槽结构的截面采用凹凸槽。
优选的，当两个母材零件为长条类零件，在长条类零件端头面不做要求时，或两个零件的受热热胀冷缩参数相近，则开槽结构的截面采用凹凸槽。
优选的，两个母材零件连接端头要求对齐或两个零件的热胀冷缩变化较大时，则开槽结构的截面采用有卡位效果的燕尾槽。
优选的，将两个母材零件结合的槽口通过间隙配合、过盈配合或过渡配合进行装配。
优选的，填充材料与母材零件能形成离子键和共价键的材料占比为10％～30％。
优选的，母材零件为铝材时，采用12％～35％氧化锂、75％～90％的氮化铝作为填充材料；母材零件为硅材时，采用10％～15％氧化锂，2％～10％氧化铱、75％～95％的氮化硅作为填充材料。
优选的，烧结过程中，母材零件的成型烧结最高温度减去300℃，升温速率根据母材零件最高段升温速率的0.5～1倍，其他段烧结温度保持与母材零件保持一致。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种陶瓷共烧连接方法，将待烧结连接的两个母材零件的对接面分别进行开槽处理，得到啮合槽结构，在待烧结连接的两个零件的对接面的啮合槽上或槽缝隙中通过涂抹、压实或灌注的方法将低温烧结材料压入连接预设连接槽中，进行填充，将待烧结连接的两个零件的对接面按照啮合槽结构进行装配，在啮合槽装配处采用低温烧结材料进行填充后低温烧结完成零件的共烧连接，通过固液烧结方式实现相较于烧结温度较需连接陶瓷零件的连接工艺，通过相较于低于原始基体零件熔化温度的低温烧结材料实现两材料的烧结连接，解决不同材料陶瓷连接、细小结构特征陶瓷零件连接工艺需求，保证连接工艺可靠性。
本发明在对零件本身影响较小的情况下，使不同材料的部分可有效连接，并对连接处的强度得到了有效提升，本发明能够使零件的性能达到最佳，可大大降低连接困难的问题。解决了氧化铝、氧化硅、氮化硅材料难以连接的问题，也提高了连接处的性能。
附图说明
图1为本发明实施例中组合式陶瓷涡流器单件剖面示意图。
图2为本发明实施例中组合式陶瓷涡流器连接装配剖面局部放大示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
一种陶瓷共烧连接方法，包括以下步骤：
S1、将待烧结连接的两个母材零件的对接面分别进行开槽处理，得到啮合槽结构；
具体的，针对待烧结连接的两个母材零件的对界面进行开槽处理，两个母材零件的材料不同，开槽结构的截面为凹凸槽、燕尾槽、T型槽、齿啮合槽、星型槽其中的一种或几种；能够使两个母材零件的对界面部分进行啮合；
开槽时根据零件的复杂程度及外形特征，选择更方便填充咬合的接触面；两个母材零件的对界面选择面积最大的平面。当两个母材零件的受热热胀冷缩参数相近(相差不超过百分之十)，则开槽结构的截面采用凹凸槽；当两个母材零件为长条类零件，在长条类零件端头面不做要求时，或两个零件的受热热胀冷缩参数相近，则开槽结构的截面采用凹凸槽；两个母材零件连接端头要求对齐或两个零件的热胀冷缩变化较大时(相差大于百分之十)，则开槽结构的截面采用有卡位效果的燕尾槽。
S2、在待烧结连接的两个零件的对接面的啮合槽上或槽缝隙中通过涂抹、压实或灌注的方法将低温烧结材料压入连接预设连接槽中，进行填充，将待烧结连接的两个零件的对接面按照啮合槽结构进行装配，在啮合槽装配处采用低温烧结材料进行填充后低温烧结完成零件的共烧连接。
将两个母材零件结合的槽口通过间隙配合、过盈配合或过渡配合进行装配，为保证填充效果和粘接性能良好，对填充材料的区域进行工艺设计，预留间隙填充槽，可以使填充效果更好，连接效果更佳。
从母材零件的外观、结构、用途等多个方面进行分析，根据母材零件的材料，确定连接处填充材料的成分和配比；具体的，填充材料与母材零件能形成离子键和共价键的材料占比为10％～30％。
母材零件为铝材时，采用12％～35％氧化锂、75％～90％的氮化铝作为填充材料；母材零件为硅材时，采用10％～15％氧化锂，2％～10％氧化铱、75％～95％的氮化硅作为填充材料。
生产过程的单个零件使用材料为多孔的氧化铝、氧化硅、氮化硅等一种或几种的混合体，连接结构处表面存在2％～30％开孔率或表面粗糙度大于或等于Ra3.2；根据填充材料设定烧结程序，烧结程序设定为母材零件的成型烧结最高温度减去300℃，升温速率根据母材零件最高段升温速率的0.5～1倍，其他段烧结温度保持与母材零件保持一致。
具体的，零件成型烧结最高温度为1600℃，母材零件最高段升温速率为5℃/min，最高段即从上一段升温至1600℃之间段；低温共烧连接最高温度为1300℃，低温共烧连接时最高最高段升温速率应在2.5℃/min～1℃/min之间。可有效的保持母材零件的尺寸变形最小，且可以在低温共烧连接时保持低温材料有效的熔融填充连接槽口。
低温烧结材料为12％～30％氧化锂、2％～10％氧化铱、75％～95％的氮化硅中上述两种或三种材料混合体构成的低温烧结材料，经过1500～1650℃氮气炉中进行烧结，连接氮化硅材料。低温共烧材料粒径均为连接处缝隙0.02～0.5倍。
本发明采用低温烧结材料，在低温烧结过程中，液相烧结速度较快，收缩显著，烧结后密度可以接近理论密度，液相对固相有良好的浸润性，且固相在液相中有一定的溶解度。有液相参与的烧结方法，烧结温度较纯固相烧结的低，在最低共熔点附近进行烧结，烧结物中发生粘滞流动传质、溶解沉析传质，加快了烧结速度，从而可降低烧结温度。最终完成共烧连接。
如图1所示，针对陶瓷涡流器进行共烧连接，在待烧结连接的上下两个母材零件的对接面分别进行开槽处理，得到啮合槽结构1，连接处空隙作为低温烧结材料填充区域，填充完成后，通过5℃/min升温至1350℃，保温2h，完成低温共烧连接装配工艺；如图2所示，零件低温共烧连接后的区域分布图，完成低温共烧连接装配的组合式陶瓷涡流器可耐850℃高温，抗弯性能可达到180MPa～200MPa。
本发明通过对氧化铝、氧化硅、氮化硅材料的部件，进行工艺处理，采用定位槽和烧结物填充槽，采用低温烧结，使得不同材料的部件很好的连接在一起。氧化铝、氧化硅、氮化硅材料的连接问题有效的解决，并对不同材料的陶瓷件连接处的性能有了很大的提升，有效的解决的当下对不同材料连接的困难，也对需连接的零件整体性能做了很好的提升。
Claims (10)
1.一种陶瓷共烧连接方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将待烧结连接的两个母材零件的对接面分别进行开槽处理，得到啮合槽结构；
S2，在待烧结连接的两个零件的对接面的啮合槽上或槽缝隙中通过涂抹、压实或灌注的方法将低温烧结材料压入连接预设连接槽中，进行填充，将待烧结连接的两个零件的对接面按照啮合槽结构进行装配，在啮合槽装配处采用低温烧结材料进行填充后低温烧结完成零件的共烧连接。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷共烧连接方法，其特征在于，开槽结构的截面为凹凸槽、燕尾槽、T型槽、齿啮合槽、星型槽其中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷共烧连接方法，其特征在于，两个母材零件的对界面选择面积最大的平面。
4.根据权利要求2所述的一种陶瓷共烧连接方法，其特征在于，当两个母材零件的受热热胀冷缩参数相近，则开槽结构的截面采用凹凸槽。
5.根据权利要求2所述的一种陶瓷共烧连接方法，其特征在于，当两个母材零件为长条类零件，在长条类零件端头面不做要求时，或两个零件的受热热胀冷缩参数相近，则开槽结构的截面采用凹凸槽。
6.根据权利要求2所述的一种陶瓷共烧连接方法，其特征在于，两个母材零件连接端头要求对齐或两个零件的热胀冷缩变化较大时，则开槽结构的截面采用有卡位效果的燕尾槽。
7.根据权利要求1所述的一种陶瓷共烧连接方法，其特征在于，将两个母材零件结合的槽口通过间隙配合、过盈配合或过渡配合进行装配。
8.根据权利要求1所述的一种陶瓷共烧连接方法，其特征在于，填充材料与母材零件能形成离子键和共价键的材料占比为10％～30％。
9.根据权利要求8所述的一种陶瓷共烧连接方法，其特征在于，母材零件为铝材时，采用12％～35％氧化锂、75％～90％的氮化铝作为填充材料；母材零件为硅材时，采用10％～15％氧化锂，2％～10％氧化铱、75％～95％的氮化硅作为填充材料。
10.根据权利要求1所述的一种陶瓷共烧连接方法，其特征在于，烧结过程中，母材零件的成型烧结最高温度减去300℃，升温速率根据母材零件最高段升温速率的0.5～1倍，其他段烧结温度保持与母材零件保持一致。
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