CN1189429C - 陶瓷与金属场致自蔓延燃烧连接法 - Google Patents

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Abstract

一种陶瓷与金属材料场致自蔓延燃烧连接方法属于陶瓷与金属连接的技术领域，特别是涉及到金属部件高温磨损表面敷置陶瓷防护层的技术，其特征在于是，陶瓷采用自蔓延燃烧法与金属实现永久连接，陶瓷及金属的结合是依靠自身的燃烧热能在瞬间结合界面形成局部高温并在外加压力的作用下形成界面烧结合成；外加静电场利于结合界面离子的迁移和扩散；陶瓷连接表面的镍浸润和填补了陶瓷与填料层的界面间隙；填料燃烧后所形成的金属与非金属化合物的混合物的热物理性能介于被连接金属和陶瓷热物理性能之间，提高了陶瓷与金属的结合强度，简化了连接工艺，降低了连接成本。

Description

陶瓷与金属场致自蔓延燃烧连接法
技术领域
本发明提出的陶瓷与金属材料场致自蔓延燃烧连接方法属于陶瓷与金属连接的技术领域，特别是涉及到金属部件高温磨损表面敷置陶瓷防护层的技术。
发明背景
近年发展起来的陶瓷与金属的连接方法是采用热喷涂的方法在金属表面涂敷陶瓷材料，或采用SHS法燃烧结合、或将陶瓷表面金属化后再与金属材料进行真空钎接，这类方法的主要缺点是工艺过程复杂、连接强度较低或生成的陶瓷层致密度低。
发明内容
为了克服上述技术背景中存在的不足，本发明专利提出一种新的高效、经济的陶瓷与金属的连接方法。
本发明陶瓷与金属场致自蔓延燃烧连接法，其特征在于，采用陶瓷与金属场致自蔓延燃烧合成连接的方法，其具体步骤为：首先在陶瓷1表面镀镍后与金属2之间夹置混合填料3，之间，压力P保持为1～5MPa，型模7内的气氛为空气或Ar气保护；采用脉冲引燃器5点燃填料3，燃烧反应结束后陶瓷与金属即形成永久连接；连接件随型模7冷却至50℃以下即可取消外加电场取出被连接工件。
在上述方法中，上压模4和下压模8均由金属导电材料制成，且上压模4接直流电源负极，下压模8接正极。型模7由石英砂材料制成。
在上述方法中，混合填料3的材料是铝粉、金属氧化物、硼酸钠、氧化硅、氟化钙的机械混合物：铝粉或钛粉20～40％，金属氧化物20～50％，硼酸钠0～5％，氧化硅3～10％，氟化钙3～8％。
在上述方法中，混合填料3的材料也可以是铝粉或钛粉、石墨粉、金属氧化物、硼酸钠、氧化硅、氟化钙的机械混合物。
在上述方法中，所述的陶瓷1的材料是结构陶瓷和功能陶瓷，即Al2O3、ZrO2、TiC、SiN、MgO。所述的被连接表面镀镍是用化学法镀镍，镀层厚度3～5μm。
在上述方法中，金属2的材料是碳素钢、合金钢、铝及铝合金、镍及镍合金、钛及钛合金。
在上述方法中，混合填料3是经搅拌均匀后再经模压成形为片状的层间填料板，厚度1～3mm。
本发明提出的陶瓷与金属场致自蔓延燃烧连接法与一般的陶瓷与金属连接方法相比的积极效果在于：
混合填料分别与陶瓷及金属的结合是依靠自身的燃烧热能在瞬间使结合界面形成局部高温并在外加压力的作用下形成界面烧结合成；外加静电场利于结合界面离子的迁移和扩散；陶瓷连接表面的镍浸润和填补了陶瓷与填料层的界面间隙；填料燃烧后所形成的金属与非金属化合物的混合物的热物理性能介于被连接金属和陶瓷热物理性能之间，提高了陶瓷与金属的结合强度，简化了连接工艺，降低了连接成本。
本方法主要用于金属材料部件表面高温磨损和腐蚀的防护和修复工程。
附图说明：
图1表示本发明专利提出的陶瓷与金属场致自蔓延燃烧连接装置图。1--陶瓷；2-金属；3-混合填料；4-上压板；5-脉冲引燃器；6-直流电源；7-型模；8-下压板；9-气孔；10-镍层。
如图1所示，被连接表面镀镍后的陶瓷1与金属2间夹置混合填料3后置于上压模4、下压模8和型模7之间，上压模4接直流电源负极，下压模8接正极；脉冲引燃器5的触点与混合填料边缘连接；这样被连接材料陶瓷1、金属2和混合填料3均置于300～500V的直流电场之中，并受到1～5MPa压力P的作用；型模7内的气氛为空气或Ar气保护；采用脉冲引燃器5使混合填料3燃烧反应，并保持压力P不变；燃烧反应结束后连接件随型模7冷却至50℃以下，取消外加直流电压后取出连接工件。
具体实施方式
实施方式1：
陶瓷材料Al2O3板，厚度1.5mm；金属材料20钢，厚度12mm；混合填料组分：铝粉35％，氧化铁红45％，氧化硅10％，其余为硼酸钠及氟化钙；陶瓷镀镍层厚度5μm。按照说明书所述方法进行连接，电压300V，压力5Mpa。陶瓷与金属连接抗剪强度29.5Mpa。
实施方式2：
陶瓷材料ZrO2板，厚度2.0mm；金属材料13CrMo44钢，厚度8mm；混合填料组分：铝粉40％，氧化铁红35％，氧化铬10％，其余为氧化硅及氟化钙；陶瓷镀镍层厚度3μm。按照说明书所述方法进行连接，电压500V，压力3Mpa。陶瓷与金属连接抗剪强度32Mpa。
实施方式3：
陶瓷材料TiC板，厚度1.0mm；金属材料不锈钢，厚度6mm；混合填料组分：钛粉40％，氧化铁红25％，氧化铬10％，石墨粉25％，陶瓷镀镍层厚度3μm。按照说明书所述方法进行连接电压300V，压力5Mpa，陶瓷与金属连接抗剪强度28Mpa。

Claims (4)

1.陶瓷与金属场致自蔓延燃烧连接法，其特征在于，陶瓷采用自蔓延燃烧法与金属实现永久连接，该方法包括：被连接表面镀镍后的陶瓷1与金属2间夹置混合填料3后置于上压模4、下压模8和型模7之间，上压模4接直流电源负极，下压模8接正极；脉冲引燃器5的触点与混合填料边缘连接；这样被连接材料陶瓷1、金属2和混合填料3均置于300～500V的直流电场之中，并受到1～5MPa压力P的作用；型模7内的气氛为空气或Ar气保护；采用脉冲引燃器5使混合填料3燃烧反应，并保持压力P不变；燃烧反应结束后连接件随型模7冷却至50℃以下，取消外加直流电压后取出连接工件。混合填料3的材料为铝粉或钛粉、金属氧化物为氧化铁红或氧化铬、硼酸钠、氧化硅和氟化钙的机械混合物，其组分为铝粉或钛粉20～40％，金属氧化物20～50％，硼酸钠0～5％，氧化硅3～10％，氟化钙3～8％。
2.根据权利要求1所述陶瓷与金属场致自蔓延燃烧连接方法，其特征在于，陶瓷1表面镀镍层厚度为3～5μm，混合填料厚度1-3mm。
3.根据权利要求1所述陶瓷与金属场致自蔓延燃烧连接方法，其特征在于混合填料3的材料是铝粉或钛粉和石墨粉、金属氧化物为氧化铁红或氧化铬、硼酸钠、氧化硅和氟化钙的机械混合物。
4.根据权利要求1所述陶瓷与金属场致自蔓延燃烧连接方法，被连接陶瓷1的材料是结构陶瓷和功能陶瓷Al2O3、ZrO2、TiC、SiN、MgO中的任何一种；被连接金属2的材料是碳素钢、合金钢、铝及铝合金、镍及镍合金、钛及钛合金中的任何一种。被连接陶瓷及金属材料同时置于直流电场中，金属接正极，陶瓷接负极。
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