一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，步驟一、將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5~3wt.%的納米氮化硅顆粒、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2~4wt.%的Ti粉與AgCu粉末進(jìn)行機(jī)械球磨4~6h，提到復(fù)合釬料；步驟二、將球磨后的復(fù)合釬料與預(yù)處理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材進(jìn)行裝配，保持釬料粉厚度在50~200μm之間；步驟三、將裝配好的釬焊接頭放入真空爐中，在真空環(huán)境下加熱至840℃~900℃，保溫5min~30min，即實現(xiàn)多孔陶瓷與合金基體之間高強(qiáng)度的有效連接，本發(fā)明技術(shù)方案能夠有效解決多孔陶瓷與TiAl基合金的連接問題，獲得力學(xué)性能優(yōu)良的釬焊接頭。
【專利說明】
一種多孔氮化硅陶瓷與T i Al基合金的真空釬焊方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及雷達(dá)天線罩制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我們知道，多孔氮化硅陶瓷因其良好的透波性，室溫和高溫環(huán)境中都具備優(yōu)秀的機(jī)械性能，以及較低的介電常數(shù)而被應(yīng)用于制造雷達(dá)天線罩的罩體材料，而雷達(dá)天線罩體在應(yīng)用過程中需要與具有高的比強(qiáng)度、比剛度，良好的抗氧化性及優(yōu)異的高溫力學(xué)性能的TiAl基合金支架進(jìn)行有效的連接。然而陶瓷與金屬之間的熱膨脹系數(shù)和楊氏模量等存在較大的差異，在連接過程中母材之間易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力而影響連接接頭的性能。為了解決這一問題，研究人員在陶瓷與金屬的連接中引入了復(fù)合釬料的概念，即在普通金屬基釬料中引入第二相顆粒或纖維等，使其在連接過程中產(chǎn)生了類似與金屬基復(fù)合釬料的界面組織以緩解異種材料母材之間的熱膨脹系數(shù)、楊氏模量的差異。這種復(fù)合釬料的思路被引入并應(yīng)用到本發(fā)明之中，以得到多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的有效釬焊連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)多孔陶瓷與合金基體之間高強(qiáng)度的有效連接，釬焊接頭力學(xué)性能優(yōu)良的多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法。
[0004]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，包括如下步驟:
步驟一、將納米氮化娃顆粒、Ti粉和AgCu粉末機(jī)械球磨4?6h，得到復(fù)合釬料，所述的復(fù)合釬料中含有重量分?jǐn)?shù)為I.5~3wt.%的納米氮化硅顆粒，重量分?jǐn)?shù)為2?4wt.%的Ti粉、余量為AgCu粉末；
步驟二、將球磨后的復(fù)合釬料與預(yù)處理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材進(jìn)行裝配，保持釬料粉厚度在50?200μπι之間，
步驟三、將裝配好的釬焊接頭放入真空爐中，在真空環(huán)境下加熱至840°C~900°C，保溫5min?30mino
[0005]本發(fā)明中步驟一中所述的納米氮化娃顆粒的尺寸為20nm?50nm，Ti粉和AgCu共晶粉末的尺寸為I Ομπι?50μηι。
[0006]本發(fā)明步驟二中多孔氮化硅母材的孔隙率為45%?60%。
[0007]本發(fā)明步驟二中預(yù)處理后的TiAl基合金是指化學(xué)組分為T1-46Al-2Nb-2Cr的TiAl
I=IO
[0008]本發(fā)明步驟二中預(yù)處理后的多孔氮化硅母材是指組分為92%Si3N4 +6% Y2 O3 +2%AI2 O3的多孔陶瓷。
[0009]本發(fā)明步驟二中TiAl基合金和多孔氮化硅母材的待焊面用200#、400#、800#SiC砂紙進(jìn)行打磨，并在丙酮溶液中超聲清洗15min?20min。
[0010]本發(fā)明步驟三中，為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加0.5MPa?2MPa的軸向壓力，更優(yōu)先I.5MPa的軸向壓力，以提高接頭質(zhì)量。
[0011]進(jìn)一步，本發(fā)明的釬焊方法在釬焊過程中保證爐內(nèi)真空度為10—2?10—4Pa,釬焊升溫速率為5°C/min?10°C/min，冷卻速率為l°C/min?5°C/min。
[0012]本發(fā)明步驟三中，為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加1.5MPa的軸向壓力，釬焊過程中保證爐內(nèi)真空度為I O—4Pa，釬焊升溫速率為1 °C /min，冷卻速率為I0C/min0
[0013]本發(fā)明實現(xiàn)多孔陶瓷與合金基體之間高強(qiáng)度的有效連接，釬焊接頭的力學(xué)性能優(yōu)良，提高了多孔陶瓷與金屬釬焊接頭的擴(kuò)廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的一種連接接頭的背散射照片。
【具體實施方式】
[0015]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0016]一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，包括如下步驟:
步驟一、將納米氮化娃顆粒、Ti粉和AgCu粉末機(jī)械球磨4?6h，得到復(fù)合釬料，所述的復(fù)合釬料中含有重量分?jǐn)?shù)為I.5~3wt.%的納米氮化硅顆粒，重量分?jǐn)?shù)為2?4wt.%的Ti粉、余量為AgCu粉末；
步驟二、將球磨后的復(fù)合釬料與預(yù)處理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材進(jìn)行裝配，保持釬料粉厚度在50?200μπι之間，
步驟三、將裝配好的釬焊接頭放入真空爐中，在真空環(huán)境下加熱至840°0900°(:，保溫5min?30min;所述的納米氮化娃顆粒的尺寸為20nm?50nm，Ti粉和AgCu共晶粉末的尺寸為10μπι~50μπι;驟二中多孔氮化硅母材的孔隙率為45%?60%;步驟二中預(yù)處理后的TiAl基合金是指化學(xué)組分為T1-46Al-2Nb-2Cr的TiAl合金;步驟二中預(yù)處理后的多孔氮化硅母材是指組分為92%Si3N4 +6% Y2 O3 +2%A12 O3的多孔陶瓷;步驟二中TiAl基合金和多孔氮化硅母材的待焊面用200#、400#、800#SiC砂紙進(jìn)行打磨，并在丙酮溶液中超聲清洗15min?20min;步驟三中，為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加0.5MPa?2MPa的軸向壓力，以提高接頭質(zhì)量;釬焊過程中保證爐內(nèi)真空度為10—2?10—4Pa，釬焊升溫速率為5 °C/min?10 °C/min，冷卻速率為l°C/min?5°C/min，另外，本發(fā)明步驟三中，為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加1.5MPa的軸向壓力，釬焊過程中保證爐內(nèi)真空度為10—4Pa,釬焊升溫速率為10°C/min，冷卻速率為l°C/min。
[0017]實施例1:
步驟一、多孔氮化硅的孔隙率為45%?60%，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5?3wt.%尺寸為20nm?50nm的納米氮化娃顆粒、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2?4wt.%尺寸為ΙΟμπι?50μηι的Ti粉與AgCu粉末進(jìn)行機(jī)械球磨4?6h0
[0018]步驟二、TiAl基合金和多孔氮化硅母材的待焊面用200#、400#、800#SiC砂紙進(jìn)行打磨，并在丙酮溶液中超聲清洗15min?20min。將球磨后的復(fù)合釬料與預(yù)處理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材進(jìn)行裝配，保持釬料粉厚度在50?200μπι之間。
[0019]步驟三、為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加0.5MPa?2MPa的軸向壓力，將裝配好的釬焊接頭放入真空爐中，在真空度10—2?10—4Pa環(huán)境下以升溫速率為5°C/min?10°C/min加熱至840°C?900°C，保溫5min?30min，再以I°C/min?5°C/min的冷卻速率冷卻至室溫。
[0020]實施例2:
本實施例與實施例1的不同點(diǎn)在于步驟一中多孔氮化硅的孔隙率為50%。其它步驟與具體實施例1相同。
[0021]實施例3:
本實施例與實施例2的不同點(diǎn)在于步驟一中納米氮化硅顆粒的質(zhì)量百分比為2wt.%，Ti粉的質(zhì)量百分比為2wt.%。其它步驟與具體實施例2相同。
[0022]實施例4:
本實施例與實施例3的不同點(diǎn)在于步驟三中釬焊工藝參數(shù)為升溫速率10°C/min，釬焊溫度為860°C，保溫時間為lOmin，后以TC/min冷卻至室溫。其它步驟與具體實施例3相同。
[0023]實施例5:
本實施例與實施例3的不同點(diǎn)在于步驟三中釬焊工藝參數(shù)為升溫速率10°C/min，釬焊溫度為880°C，保溫時間為20min，后以3°C/min冷卻至室溫。其它步驟與具體實施例3相同。
[0024]實施例6:
本實施例與實施例3的不同點(diǎn)在于步驟三中釬焊工藝參數(shù)為升溫速率5 °C/min，釬焊溫度為900°C，保溫時間為lOmin，后以5°C/min冷卻至室溫。其它步驟與具體實施例3相同。
[0025]實施例7:
本實施例與實施例2的不同點(diǎn)在于步驟二中釬料粉的厚度為ΙΟΟμπι。其它步驟與具體實施例2相同。
[0026]實施例8:
本實施例與實施例2的不同點(diǎn)在于步驟三中，為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加1.5MPa的軸向壓力，釬焊過程中保證爐內(nèi)真空度為10—4Pa,釬焊升溫速率為10°〇/!!1；[11，冷卻速率為1°(^/111；[11。
[0027]以上對本發(fā)明實施例所提供的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項】
1.一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、將納米氮化娃顆粒、Ti粉和AgCu粉末機(jī)械球磨4?6h，得到復(fù)合釬料，所述的復(fù)合釬料中含有重量分?jǐn)?shù)為I.5~3wt.%的納米氮化硅顆粒，重量分?jǐn)?shù)為2?4wt.%的Ti粉、余量為AgCu粉末； 步驟二、將球磨后的復(fù)合釬料與預(yù)處理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材進(jìn)行裝配，保證釬料粉厚度在50?200μπι之間， 步驟三、將裝配好的釬焊接頭放入真空爐中，在真空環(huán)境下加熱至840°0900°(:，保溫5min?30mino2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟一中所述的納米氮化娃顆粒的粒徑為20nm?50nm，Ti粉和AgCu共晶粉末的粒徑為1um?5Oumο3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟二中多孔氮化硅母材的孔隙率為45%?60%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟二中預(yù)處理后的TiAl基合金是指化學(xué)組分為T1-46Al-2Nb-2Cr的TiAl合金。5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟二中預(yù)處理后的多孔氮化硅母材是指組分為92%Si3N4 +6% Y2 O3 +2%A12 O3的多孔陶瓷。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟二中TiAl基合金和多孔氮化硅母材的待焊面用200#、400#、800#SiC砂紙進(jìn)行打磨，并在丙酮溶液中超聲清洗15min?20min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟三中，為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加0.5MPa?2MPa的軸向壓力。8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:釬焊過程中保證爐內(nèi)真空度為I X 10—2?I X 10—4Pa，釬焊升溫速率為5°C/min?10°C/min，冷卻速率為 I °C/min?5°C/min。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟三中裝配件上方施加軸向壓力為1.5MPa。
【文檔編號】C04B37/02GK106007773SQ201610347362
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】宋曉國, 趙璇, 趙一璇, 檀財旺, 趙洪運(yùn), 劉多, 曹健, 馮吉才
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）