專(zhuān)利名稱(chēng)：陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊焊接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及釬焊焊接方法。
背景技術(shù)：
陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越多，在很多結(jié)構(gòu)件中要 涉及到陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料與金屬的連接。但由于二者的熱膨脹系數(shù)相差較 大，對(duì)焊接提出了很高的要求，因此通常采用機(jī)械連接的方式進(jìn)行連接。而機(jī) 械連接勢(shì)必會(huì)給結(jié)構(gòu)件帶來(lái)一定的消極重量。因此解決陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料 與金屬的焊接問(wèn)題是其在上述領(lǐng)域中得以廣泛應(yīng)用的有力保障。公開(kāi)號(hào)為CN1528714A的專(zhuān)利提出了一種碳、陶瓷非金屬材料與金屬材 料的連接方法，即對(duì)陶瓷或復(fù)合材料進(jìn)行除油、活化、敏化、預(yù)鍍的表面處理， 再采用化學(xué)鍍鎳或銅的工藝實(shí)現(xiàn)陶瓷或復(fù)合材料表面金屬化，之后放到電鑄電 解液中經(jīng)過(guò)20-40小時(shí)的電鑄，最后利用金屬電鑄鍍層的可焊性和塑性加工性 能，把電鑄鍍層稍許加工后直接與金屬件焊接或螺紋連接?？梢?jiàn)該方法過(guò)程冗 繁，工藝較為復(fù)雜耗時(shí)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料與金屬的連接工藝 復(fù)雜的問(wèn)題，提供了一種陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊焊接方法。本發(fā)明陶瓷與鈦合金的釬焊焊接方法如下將表面經(jīng)過(guò)打磨和超聲清洗處理后的陶瓷、鈦合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷/AgCu/Ni/鈦合金的順序 疊放，然后放入真空度為lxl(T5torr 5xl()-5torr的真空釬焊爐中，然后以 10 20°C/min的加熱速度使釬焊溫度為950~1080°C ，并且在溫度為 950 1080°C、保溫時(shí)間為l~45min的條件下進(jìn)行釬焊連接，然后先以 5 1(TC/min的速度冷卻到250 30(TC，再隨爐冷卻至室溫，即完成釬焊連接； 其中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為110nm~280,， AgCu 箔片和Ni箔片的厚度比為1.25-20: 1。本發(fā)明陶瓷與鈦合金的釬焊焊接方法的步驟一中所述的陶瓷是A1203陶瓷 或Si02玻璃陶瓷；步驟一中所述的鈦合金是TC4合金或Ti3Al合金。本發(fā)明陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊焊接方法如下將表面經(jīng)過(guò)打磨和 超聲清洗處理后的陶瓷基復(fù)合材料、鈦合金、AgQi箔片和Ni箔片按照陶瓷 基復(fù)合材料/AgCu/Ni/鈦合金的順序疊放，然后放入真空度為lxl(T5torr ~5xl0-5torr的真空釬焊爐中，然后以10~20°C/min的加熱速度使釬焊溫度為 950~1080°C，并且在溫度為950~1080°C、保溫時(shí)間為l~45min的條件下進(jìn)行 釬焊連接，然后先以5 10°C/min的速度冷卻到250~30(TC，再隨爐冷卻至室 溫，即完成釬焊連接；其中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為 110jim 28(Him， AgCu箔片和Ni箔片的厚度比為1.25-20: 1。本發(fā)明陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊焊接方法的步驟一所述的陶瓷基復(fù) 合材料是Ni基TiC金屬陶瓷或C/SiC復(fù)合材料；步驟一中所述的鈦合金是TC4 合金或TVV1合金。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊連接，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單 易行，接頭的抗剪強(qiáng)度可達(dá)26 227MPa。本發(fā)明方法在升溫過(guò)程中，AgCu箔 片首先熔化，然后Ti和Ni形成反應(yīng)液相，且AgCu箔片的熔化對(duì)隨后Ti、 Ni 反應(yīng)液相的形成起到了促進(jìn)作用。并且液態(tài)Ti元素本身擴(kuò)散能力極強(qiáng)，所以 Ti合金從接頭的Ti合金側(cè)擴(kuò)散到陶瓷或陶瓷基復(fù)合材料側(cè)，Ti合金與之反應(yīng)， 形成反應(yīng)層，實(shí)現(xiàn)連接。本發(fā)明在焊前不需對(duì)陶瓷或復(fù)合材料進(jìn)行表面預(yù)金屬 化，只需將釬料按順序放置到陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金中間，直接釬焊 而成，過(guò)程簡(jiǎn)單。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式
，還包括各具體實(shí)施方 式間的任意組合。
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式中陶瓷與鈦合金的釬焊焊接方法如下將表 面經(jīng)過(guò)打磨和超聲清洗處理后的陶瓷、鈦合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷/AgCu/Ni/鈦合金的順序疊放，然后放入真空度為lxlO-Storr 5xlO-Storr的真 空釬焊爐中，然后以10~20°C/min的加熱速度使釬焊溫度為950 1080°C，并 且在溫度為950~1080°C、保溫時(shí)間為l~45min的條件下進(jìn)行釬焊連接，然后先以5~10°C/min的速度冷卻到250~300°C，再隨爐冷卻至室溫，即完成釬焊 連接；其中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為ll(Vm~280nm， AgCu箔片和Ni箔片的厚度比為1.25-20: 1。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中AgCu 箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為115nm 20(Him。其它與具體實(shí)施方 式一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中AgCu 箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為205pm 275^im。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中所述的陶瓷是Al203陶瓷或Si02玻璃陶瓷。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟一中所述的鈦合金是TC4合金或Ti3Al合金。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中真空度 為1.5xl(r5torr 2xl(T5torr。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中真空度為2.5><10-5torr 4.5xl0-5torr。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中釬焊溫度為955 980'C。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中釬焊溫 度為985 1075'C。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中釬焊溫 度為97(TC。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中釬焊 溫度為1000°C。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是步驟二中加熱 速度為15"C/min，其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是陶瓷與鈦合金的釬焊焊接方法如下 一、將表面經(jīng)過(guò)打磨和丙酮溶液超聲清洗處理后的Si02玻璃陶瓷、TC4合金、AgCu箔片和Ni箔片按照Si02玻璃陶瓷/AgCu/Ni/TC4 合金的次序進(jìn)行組裝，其中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為 11(Him 280pim; 二、將經(jīng)過(guò)步驟一組裝后的材料放入真空釬焊爐中，在真空 度為lxlO-5torr~5xl(r5torr、釬焊溫度為970~980°C、加熱速度為10~20°C/min、 保溫時(shí)間為10~15min的條件下進(jìn)行釬焊連接，然后先以5~10°C/min的速度冷 卻到250 30(TC，最后隨爐冷卻至室溫，即完成Si02玻璃陶瓷與TC4合金的 釬焊連接。釬焊后進(jìn)行焊接接頭的強(qiáng)度測(cè)試，接頭的抗剪強(qiáng)度為110MPa，斷裂發(fā)生 在Si02母材上，此時(shí)焊接接頭強(qiáng)度超過(guò)了 Si02母材強(qiáng)度。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是陶瓷與鈦合金 的釬焊焊接方法如下 一、將表面經(jīng)過(guò)打磨和丙酮溶液超聲清洗處理后的A1203 陶瓷、TC4合金、AgCu箔片和Ni箔片按照Al203陶瓷/AgCu/Ni/TC4合金的 次序進(jìn)行組裝，其中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為 11(Him 280^im; 二、將經(jīng)過(guò)步驟一組裝后的材料放入真空釬焊爐中，在真空 度為lxl0-5torr 5xl(T5torr、釬焊溫度為970 1000°C 、加熱速度為10~20°C/min、 保溫時(shí)間為15~20min的條件下進(jìn)行釬焊連接，然后先以5 10°C/min的速度冷 卻到250 30(TC，最后隨爐冷卻至室溫，即完成Al203陶瓷與TC4合金的釬焊 連接。釬焊后進(jìn)行焊接接頭的強(qiáng)度測(cè)試，接頭的抗剪強(qiáng)度為38MPa，斷裂發(fā)生在 八1203陶瓷母材上。
具體實(shí)施方式
十五本實(shí)施方式中陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊焊接方 法如下將表面經(jīng)過(guò)打磨和超聲清洗處理后的陶瓷基復(fù)合材料、鈦合金、AgCu 箔片和Ni箔片按照陶瓷基復(fù)合材料/AgCu/Ni/鈦合金的順序疊放，然后放入真 空度為lxl(r5torr ~5xl(r5torr的真空釬焊爐中，然后以10~20°C/min的加熱速 度使釬焊溫度為950 1080°C，并且在溫度為950 1080。C、保溫時(shí)間為l~45min 的條件下進(jìn)行釬焊連接，然后先以5 10°C/min的速度冷卻到250~300°C，再 隨爐冷卻至室溫，即完成釬焊連接；其中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔 片的總厚度為110, 280拜，AgCu箔片和Ni箔片的厚度比為L(zhǎng)25 20: 1。
具體實(shí)施方式
十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是步驟一中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為115pm 200拜。其它與具體實(shí)施方式
十五相同。
具體實(shí)施方式
十七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是步驟一中AgQi箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為205nm 275pm。其它與具體實(shí)施方式
十五相同。
具體實(shí)施方式
十八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是步驟一所述的陶瓷基復(fù)合材料是Ni基TiC金屬陶瓷或C/SiC復(fù)合材料。其它與具體實(shí)施 方式十五相同。
具體實(shí)施方式
十九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是步驟一中所 述的鈦合金是TC4合金或Ti3Al合金。其它與具體實(shí)施方式
十五相同。
具體實(shí)施方式
二十本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是步驟二中真 空度為1.5xl(T5torr~2xlO'5torr。其它與具體實(shí)施方式
十五相同。
具體實(shí)施方式
二十一本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是步驟二中 真空度為2.5xl(T5t0rr 4.5xl(r5torr。其它與具體實(shí)施方式
十五相同。
具體實(shí)施方式
二十二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是步驟二中 釬焊溫度為955 98(TC。其它與具體實(shí)施方式
十五相同。
具體實(shí)施方式
二十三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是步驟二中 釬焊溫度為985~1075°C。其它與具體實(shí)施方式
十五相同。
具體實(shí)施方式
二十四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是步驟二中 釬焊溫度為97(TC。其它與具體實(shí)施方式
十五相同。
具體實(shí)施方式
二十五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是步驟二中 釬焊溫度為100(TC。其它與具體實(shí)施方式
十五相同。
具體實(shí)施方式
二十六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十五不同的是步驟二中加熱速度為15°C/min，其它與具體實(shí)施方式
十五相同。
具體實(shí)施方式
二十七本實(shí)施方式中陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊焊接方法如下 一、將表面經(jīng)過(guò)打磨和丙酮溶液超聲清洗處理后的Ni基TiC金屬 陶瓷、TC4合金、AgCu箔片和Ni箔片按照Ni基TiC金屬陶瓷/AgCu/Ni/ TC4 合金的次序進(jìn)行組裝，其中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為 ll(Him 28(^m; 二、將經(jīng)過(guò)步驟一組裝后的材料放入真空釬焊爐中，在真空度為lxl0-5torr 5xl0-5torr、釬焊溫度為1050~1080°C、加熱速度為10~20°C/min、 保溫時(shí)間為10~15min的條件下進(jìn)行釬焊連接，然后先以5 10°C/min的速度冷 卻到250 30(TC，最后隨爐冷卻至室溫，即完成Ni基TiC金屬陶瓷與TC4合金的釬焊連接。釬焊后進(jìn)行焊接接頭的強(qiáng)度測(cè)試，接頭的抗剪強(qiáng)度為227MPa，斷裂發(fā)生在釬焊焊縫處。
具體實(shí)施方式
二十八本實(shí)施方式中陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊焊接方法如下 一、將表面經(jīng)過(guò)打磨和丙酮溶液超聲清洗處理后的C/SiC復(fù)合材料、TC4合金、AgCu箔片和Ni箔片按照C/SiC復(fù)合材料/AgCu/Ni/TC4合金的次 序進(jìn)行組裝，其中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為 110)am 28(Him; 二、將經(jīng)過(guò)步驟一組裝后的材料放入真空釬焊爐中，在真空 度為lxl(T5torr 5xl(T5torr、釬焊溫度為970 1000。C、加熱速度為10 20°C/min、 保溫時(shí)間為15 20min的條件下進(jìn)行釬焊連接，然后先以5 10°C/min的速度冷 卻到250 300°C ，最后隨爐冷卻至室溫，即完成C/SiC復(fù)合材料與TC4合金的 釬焊連接。釬焊后進(jìn)行焊接接頭的強(qiáng)度測(cè)試，接頭的抗剪強(qiáng)度為26MPa，斷裂發(fā)生在釬焊焊縫處。
具體實(shí)施方式
二十九本實(shí)施方式中陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊焊接 方法如下 一、將表面經(jīng)過(guò)打磨和丙酮溶液超聲清洗處理后的Ni基TiC金屬 陶瓷、T^A1合金、AgCu箔片和Ni箔片按照Ni基TiC金屬陶瓷/AgCu/Ni/Ti3Al 合金的次序進(jìn)行組裝，其中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為 110^im~280^im; 二、將經(jīng)過(guò)步驟一組裝后的材料放入真空釬焊爐中，在真空 度為lxl0-5torr 5xl0-5torr、釬焊溫度為1050~1080°C 、加熱速度為10~20°C/min、 保溫時(shí)間為10~15min的條件下進(jìn)行釬焊連接，然后先以5 10。C/min的速度冷 卻到250 300。C，最后隨爐冷卻至室溫，即完成Ni基TiC金屬陶瓷與Ti3Al 合金的釬焊連接。釬焊后進(jìn)行焊接接頭的強(qiáng)度測(cè)試，接頭的抗剪強(qiáng)度為137MPa，斷裂發(fā)生 在釬焊焊縫處。
權(quán)利要求
1、一種陶瓷與鈦合金的釬焊連接方法，其特征在于陶瓷與鈦合金的釬焊焊接方法如下將表面經(jīng)過(guò)打磨和超聲清洗處理后的陶瓷、鈦合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷/AgCu/Ni/鈦合金的順序疊放，然后放入真空度為1×10-5torr～5×10-5torr的真空釬焊爐中，然后以10～20℃/min的加熱速度使釬焊溫度為950～1080℃，并且在溫度為950～1080℃、保溫時(shí)間為1～45min的條件下進(jìn)行釬焊連接，然后先以5～10℃/min的速度冷卻到250～300℃，再隨爐冷卻至室溫，即完成釬焊連接；其中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為110μm～280μm，AgCu箔片和Ni箔片的厚度比為1.25～20∶1。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷與鈦合金的釬焊連接方法，其特征在于步驟 一中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為115pm 20(Him。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷與鈦合金的釬焊連接方法，其特征在于步驟 一中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為205pm 275|_im。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷與鈦合金的釬焊連接方法，其特征在于步驟 一中所述的陶瓷是八1203陶瓷或Si02玻璃陶瓷。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷與鈦合金的釬焊連接方法，其特征在于步驟 一中所述的鈦合金是TC4合金或Ti3Al合金。
6、 一種陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊連接方法，其特征在于陶瓷基復(fù)合 材料與鈦合金的釬焊焊接方法如下將表面經(jīng)過(guò)打磨和超聲清洗處理后的陶瓷 基復(fù)合材料、鈦合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷基復(fù)合材料/AgCu/Ni/鈦 合金的順序疊放，然后放入真空度為lxl(T5torr 5xl0-storr的真空釬焊爐中， 然后以10~20°C/min的加熱速度使釬焊溫度為950~1080°C，并且在溫度為 9S0 1080。C、保溫時(shí)間為l"5min的條件下進(jìn)行釬焊連接，然后先以 5 1(TC/min的速度冷卻到250 30(TC，再隨爐冷卻至室溫，即完成釬焊連接； 其中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為110, 280,， AgCu 箔片和Ni箔片的厚度比為L(zhǎng)25 20: 1。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊連接方法，其特 征在于步驟一中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為 115拜 20(Vm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊連接方法，其特 征在于步驟一中AgCu箔片和Ni箔片組成的釬料箔片的總厚度為 205fxm~275(xmc
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊連接方法，其特 征在于步驟一所述的陶瓷基復(fù)合材料是Ni基TiC金屬陶瓷或C/SiC復(fù)合材料。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊連接方法，其 特征在于步驟一中所述的鈦合金是TC4合金或Ti3Al合金。
全文摘要
陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊焊接方法，它涉及釬焊焊接方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料與金屬的連接工藝復(fù)雜的問(wèn)題。本發(fā)明的方法如下將表面過(guò)打磨和超聲清洗處理的陶瓷或陶瓷基復(fù)合材料中的一種與表面過(guò)打磨和超聲清洗處理的鈦合金、AgCu箔片和Ni箔片疊放，然后在真空釬焊爐中進(jìn)行釬焊連接。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了陶瓷及陶瓷基復(fù)合材料與鈦合金的釬焊連接，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單易行，接頭的抗剪強(qiáng)度可達(dá)26～227MPa。
文檔編號(hào)C04B37/02GK101333116SQ200810136840
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月30日
發(fā)明者馮吉才, 多 劉, 張麗霞 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)