一種高溫焊料及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高溫焊料及其應(yīng)用，屬于陶瓷材料焊接技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅陶瓷具有低密度、高強(qiáng)度、高模量、高硬度、高熱導(dǎo)、低熱膨脹系數(shù)、良好的高溫力學(xué)和抗氧化性能以及優(yōu)異的耐腐蝕和抗化學(xué)侵蝕能力等，從而廣泛地應(yīng)用在冶金、機(jī)械、化工、電子等國(guó)民生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域。
[0003]在實(shí)際應(yīng)用中，受制備工藝和裝備條件的限制，難以直接制造大尺寸、復(fù)雜形狀的陶瓷部件；同時(shí)對(duì)于一些結(jié)構(gòu)特殊的陶瓷部件通過(guò)后期機(jī)械加工不僅耗時(shí)、昂貴，而且工藝上也面臨巨大挑戰(zhàn)。通過(guò)陶瓷連接則容易解決這個(gè)問(wèn)題。
[0004]目前，碳化硅陶瓷材料連接的主要方法有活性金屬釬焊法、反應(yīng)連接法、擴(kuò)散焊連接法以及氧化物玻璃連接法等。上述方法主要存在以下問(wèn)題:(1)活性焊料通常具有較低的熔點(diǎn)，焊接溫度一般< 1000°c，焊接陶瓷接頭的耐高溫性能較差；(2)焊接產(chǎn)物(或其部分成分)具有較差的耐腐蝕侵蝕性能。這些問(wèn)題限制了碳化硅陶瓷材料在高溫、腐蝕等極端環(huán)境中的應(yīng)用，從而阻礙了該材料的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高溫焊料及其應(yīng)用，以解決現(xiàn)有焊料所存在的焊接溫度較低和耐腐蝕性能較差、以致限制了碳化硅陶瓷焊接材料在高溫腐蝕等極端環(huán)境中使用的問(wèn)題，促進(jìn)碳化硅陶瓷材料的廣泛應(yīng)用。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]一種高溫焊料，是由鎳(Ni)與鑰(Mo)、鉻(Cr)中的至少一種組分形成的鎳基合金。
[0008]作為一種優(yōu)選方案，所述高溫焊料中同時(shí)還含有鎢(W)、鈷(Co)和鐵(Fe)中的至少一種組分。
[0009]作為一種優(yōu)選方案，所述高溫焊料中的鎳含量為40?75wt.%。
[0010]作為進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述高溫焊料的組成配方如下:8?30wt.%Mo、l?30wt.%Cr、0 ?5wt.%W、0 ?5wt.%Co、0 ?5wt.%Fe,余下為 Ni。
[0011 ] 本發(fā)明所述的高溫焊料可用于碳化硅陶瓷材料間的焊接。
[0012]所述焊接方法，包括如下步驟:
[0013]a)將焊料均勻鋪放在經(jīng)表面清潔預(yù)處理后的碳化硅陶瓷基體的待焊面上，使形成陶瓷-焊料-陶瓷三層結(jié)構(gòu)；
[0014]b)放入高溫爐中進(jìn)行高溫焊接。
[0015]作為一種優(yōu)選方案，鋪放的焊料層厚度為10?1000 μ m。
[0016]作為一種優(yōu)選方案，所述的碳化硅陶瓷基體選用致密碳化硅陶瓷。
[0017]作為一種優(yōu)選方案，所述的高溫爐選用石墨碳管爐。
[0018]作為一種優(yōu)選方案，高溫焊接的工藝如下:在真空或惰性氣氛下，先以5?20°C /分鐘的速率升溫至1200°C?1600°C，保溫0.5?2小時(shí)；然后以10°C /分鐘的速率降溫到5000C ;最后隨爐降溫至室溫。
[0019]實(shí)驗(yàn)證明:本發(fā)明所提供的高溫焊料不僅具有良好的潤(rùn)濕性，而且與碳化硅陶瓷基體具有相似的熱物理性能(良好的高溫?zé)崃W(xué)、抗氧化性能及耐腐蝕性能)，從而降低了焊接接頭對(duì)碳化硅陶瓷部件整體性能的影響；同時(shí)降低了焊接接頭中的殘余熱應(yīng)力，提高了焊接的碳化硅陶瓷連接體的耐高溫和抗腐蝕性能，有利于推廣碳化硅陶瓷材料的應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為純Ni和Ni基合金在SiC陶瓷基體上的潤(rùn)濕角對(duì)比；
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的碳化硅焊接接頭界面微觀結(jié)構(gòu)照片；
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例2得到的碳化硅焊接接頭界面微觀結(jié)構(gòu)照片。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0024]實(shí)施例1
[0025]一、將納米級(jí)的 N1、Mo、Cr、Fe 各粉體，按照 67N1-30Mo-lCr_2Fe (即 N1、Mo、Cr、Fe的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為67%、30%、1%、2%)的化學(xué)計(jì)量比混合，加入聚乙烯醇縮丁醛(PVB)，在行星式球磨機(jī)中球磨混料24小時(shí)，得到成分分布均勻的膏狀焊料，備用；
[0026]二、將碳化硅陶瓷基體的待焊面先用600號(hào)的水砂紙打磨，然后依次放入到丙酮和酒精中超聲清洗15?30分鐘，烘干備用；
[0027]三、將焊料均勻涂覆在經(jīng)表面清潔預(yù)處理后的碳化硅陶瓷基體的待焊表面上，使形成陶瓷-焊料-陶瓷三層結(jié)構(gòu)，用夾具固定，中間焊料層的厚度控制在10?1000微米之間；
[0028]四、將上述夾具固定的三層結(jié)構(gòu)樣品放入石墨碳管爐中，在氬氣氣氛下，爐內(nèi)壓力維持在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓左右，先以5°C /分鐘的速率升溫至1450°C，保溫I小時(shí)，保溫結(jié)束后再以10°C /分鐘的速率降溫到500°C，然后隨爐降溫至室溫即可完成碳化硅陶瓷接頭的焊接。
[0029]形成的焊接接頭的界面微觀結(jié)構(gòu)照片如圖2所示，由圖2可以看出:接頭界面結(jié)合效果良好，無(wú)缺焊現(xiàn)象。
[0030]實(shí)施例2
[0031]一、將納米級(jí)的 N1、Mo、Cr、W、Co、Fe 各粉體，按照 57N1-16Mo-16Cr-4W-2Co_5Fe(即N1、Mo、Cr、W、Co、Fe的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為57%、16%、16%、4%、2%、5%)的化學(xué)計(jì)量比混合，加入聚乙烯醇縮丁醛(PVB)，在行星式球磨機(jī)中球磨混料24小時(shí)，得到成分分布均勻的膏狀焊料，備用；
[0032]二、將碳化硅陶瓷基體的待焊面先用600號(hào)的水砂紙打磨，然后依次放入到丙酮和酒精中超聲清洗15?30分鐘，烘干備用；
[0033]三、將焊料均勻涂覆在經(jīng)表面清潔預(yù)處理后的碳化硅陶瓷基體的待焊表面上，使形成陶瓷-焊料-陶瓷三層結(jié)構(gòu)，用夾具固定，中間焊料層的厚度控制在10?1000微米之間；
[0034]四、將上述夾具固定的三層結(jié)構(gòu)樣品放入石墨碳管爐中，在氬氣氣氛下，爐內(nèi)壓力維持在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓左右，先以10°C /分鐘的速率升溫至1400°C，保溫0.5小時(shí)，保溫結(jié)束后再以10°C /分鐘的速率降溫到500°C，然后隨爐降溫至室溫即可完成碳化硅陶瓷接頭的焊接。
[0035]形成的焊接接頭的界面微觀結(jié)構(gòu)照片如圖3所示，由圖3可見(jiàn):接頭界面發(fā)生明顯的元素?cái)U(kuò)散，鍵合良好。
[0036]實(shí)施例3
[0037]一、將納米級(jí)的 N1、Mo、Cr、W、Co、Fe 各粉體，按照 40N1-15Mo-30Cr-5W-5Co_5Fe(即N1、Mo、Cr、W、Co、Fe的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)分別為40%、15%、30%、5%、5%、5%)的化學(xué)計(jì)量比混合，加入聚乙烯醇縮丁醛(PVB)，在行星式球磨機(jī)中球磨混料24小時(shí)，得到成分分布均勻的膏狀焊料，備用；
[0038]二、將碳化硅陶瓷基體的待焊面先用600號(hào)的水砂紙打磨，然后依次放入到丙酮和酒精中超聲清洗15?30分鐘，烘干備用；
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