專利名稱：不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法及制得的連接件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬與陶瓷的連接方法及制得的連接件，尤其涉及一種不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法及制得的連接件。
背景技術(shù)：
不銹鋼在常溫下具有較好的耐腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于制造各種工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件。然而，當(dāng)在高溫、腐蝕性等較為惡劣的環(huán)境下使用時(shí)，不銹鋼的耐腐蝕性、耐磨性、抗沖蝕性、耐高溫性能等已經(jīng)很難滿足現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步需求。而氧化鋯陶瓷具有硬度高、高溫抗腐蝕、耐磨損、抗沖蝕等優(yōu)點(diǎn)，因此，不銹鋼和氧化鋯陶瓷連接在一起制備成復(fù)合結(jié)構(gòu)，對(duì)于不銹鋼在惡劣環(huán)境中應(yīng)用具有非常重要的意義。目前，實(shí)現(xiàn)不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接主要是在兩者間添加中間金屬層，在高溫下實(shí)現(xiàn)兩者的擴(kuò)散連接。通常，是在陶瓷側(cè)添加活性高的金屬或者膨脹系數(shù)小、彈性模量大的金屬。在陶瓷側(cè)添加活性高的金屬，如鈦，雖然能實(shí)現(xiàn)不銹鋼與氧化鋯陶瓷的反應(yīng)連接， 但由于鈦的熱膨脹系數(shù)與陶瓷差異較大，因此存在較大的熱應(yīng)力，從而使結(jié)合力下降。在陶瓷側(cè)添加熱膨脹系數(shù)小、彈性模量大的金屬，如鎳，因這些金屬的活性較低，與陶瓷的擴(kuò)散反應(yīng)較困難，因此連接難度較高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種易于實(shí)現(xiàn)的、可獲得較高連接強(qiáng)度的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法。另外，還有必要提供一種由上述連接方法制得的連接件。一種不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法，包括以下步驟提供一待連接的不銹鋼件、一氧化鋯陶瓷件、一鉬箔及一銅箔；對(duì)該氧化鋯陶瓷件、不銹鋼件、鉬箔及銅箔分別進(jìn)行打磨和清洗；在該氧化鋯陶瓷件表面沉積一鎳金屬層；將氧化鋯陶瓷件、鉬箔、銅箔及不銹鋼件放入一連接模具中，使鉬箔和銅箔夾放在氧化鋯陶瓷件與不銹鋼件之間，并且鉬箔與氧化鋯陶瓷件相鄰，銅箔與不銹鋼件相鄰；將連接模具放入一熱壓燒結(jié)爐中，在保護(hù)氣氛下對(duì)工件進(jìn)行固相擴(kuò)散連接；待冷卻后取出不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件。一種不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件，該不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件包括一不銹鋼件、一氧化鋯陶瓷件及連接該不銹鋼件與該氧化鋯陶瓷件的連接部，該連接部包括一第一過渡層、一鉬層、一第二過渡層、一銅層及一第三過渡層，該第一過渡層位于氧化鋯陶瓷件與鉬層之間，第一過渡層由鎳鉬金屬間化合物組成，該第二過渡層位于鉬層與該銅層之間，第二過渡層由鉬銅固熔體及鉬銅金屬間化合物組成，該第三過渡層位于銅層與不銹鋼件之間，第三過渡層由銅鐵金屬間化合物及銅鐵固熔體組成。相較于現(xiàn)有技術(shù)，上述不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法在氧化鋯陶瓷件的表面先沉積一鎳金屬層，然后在熱壓燒結(jié)爐中通過施加鉬箔和銅箔作為中間介質(zhì)層，實(shí)現(xiàn)氧化鋯陶瓷件與不銹鋼件的固相擴(kuò)散連接。在氧化鋯陶瓷件一側(cè)施加膨脹系數(shù)較小的鉬箔作為連接介質(zhì)，降低了不銹鋼與氧化鋯陶瓷間的熱應(yīng)力，有效防止裂紋產(chǎn)生，提高了連接強(qiáng)度；沉積在氧化鋯陶瓷件表面的鎳金屬層活性較大，彌補(bǔ)了鉬與氧化鋯陶瓷反應(yīng)慢、不易連接的缺陷。由該方法制得的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件具有較大的連接強(qiáng)度。


圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法原理圖。圖2為本發(fā)明較佳實(shí)施例的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件的剖面示意圖。主要元件符號(hào)說明不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件10氧化鋯陶瓷件20不銹鋼件30鉬箔40銅箔50鎳金屬層60連接模具70上壓頭72下壓頭74中模76連接部80第一過渡層81鉬層82第二過渡層83銅層84第三過渡層85熱壓燒結(jié)爐100
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明較佳實(shí)施例的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法主要通過固相擴(kuò)散來完成，該方法主要包括如下步驟(1)提供待連接的氧化鋯陶瓷件20和不銹鋼件30，同時(shí)提供鉬箔40和銅箔50 作為連接介質(zhì)。該鉬箔40和銅箔50的厚度均大約為0. 1 0. 5mm，其較佳厚度為0. 2 0. 3mmο(2)對(duì)氧化鋯陶瓷件20、不銹鋼件30、鉬箔40和銅箔50分別進(jìn)行打磨、清洗，并吹干。本實(shí)施例用金剛石砂紙打磨氧化鋯陶瓷件20，用碳化硅砂紙對(duì)不銹鋼件30、鉬箔40 和銅箔50進(jìn)行打磨，使氧化鋯陶瓷件20、不銹鋼件30、鉬箔40和銅箔50表面較為平整，再用盛裝有乙醇的超聲波進(jìn)行振動(dòng)清洗5 15分鐘，以除去氧化鋯陶瓷件20、不銹鋼件30、 鉬箔40和銅箔50表面雜質(zhì)及油污等，清洗后吹干備用。以下將氧化鋯陶瓷件20、不銹鋼件30、鉬箔40和銅箔50統(tǒng)稱為工件。(3)在氧化鋯陶瓷件20表面沉積一鎳金屬層60。該鎳金屬層60可通過真空鍍膜方式沉積，也可以通過化學(xué)鍍膜的方式形成，其厚度大約為1 5 μ m，3 μ m左右較佳。(4)將工件按照氧化鋯陶瓷件20-鉬箔40-銅箔50-不銹鋼件30的順序放入一連接模具70中，使鉬箔40和銅箔50夾放在氧化鋯陶瓷件20與不銹鋼件30之間，并且鉬箔 40與氧化鋯陶瓷件20相鄰，銅箔50與不銹鋼件30相鄰。該連接模具70包括上壓頭72、 下壓頭74及中模76。該中模76具有一模腔(圖未示)，用于容置待連接工件。該上壓頭 72和下壓頭74分別從兩側(cè)將放置于模腔中的工件壓緊。該連接模具70可以為石墨材料制成。(5)將連接模具70放入一熱壓燒結(jié)爐100中，在保護(hù)氣氛下對(duì)工件進(jìn)行固相擴(kuò)散連接。連接模具70放入熱壓燒結(jié)爐100后對(duì)熱壓燒結(jié)爐100抽真空至級(jí)，然后充入氬氣作為保護(hù)氣氛，充入氬氣后熱壓燒結(jié)爐100內(nèi)壓力可為0. 2 0. 5MPa。在保護(hù)氣氛下將熱壓燒結(jié)爐100升溫，并在如下工藝參數(shù)下對(duì)工件進(jìn)行固相擴(kuò)散連接升溫速率為10 500C /min，連接溫度為800 1080°C，連接溫度保溫時(shí)間為10 60min，軸向壓力為10 IOOMPa0軸向壓力的具體施加方法為在溫度到達(dá)300°C時(shí)，通過上壓頭72和下壓頭74開始對(duì)工件施加IOMPa的軸向壓力，之后慢慢增大軸向壓力，直至溫度為連接溫度時(shí)軸向壓力為最大值。(6)待冷卻后取出不銹鋼件30與氧化鋯陶瓷件20的連接件。上述不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法在氧化鋯陶瓷件20的表面沉積一鎳金屬層 60，然后在熱壓燒結(jié)爐100中通過施加鉬箔40和銅箔50作為中間介質(zhì)層，實(shí)現(xiàn)氧化鋯陶瓷件20與不銹鋼件30的固相擴(kuò)散連接。在氧化鋯陶瓷件20 —側(cè)施加膨脹系數(shù)較小的鉬箔 40作為連接介質(zhì)，降低了不銹鋼與氧化鋯陶瓷間的熱應(yīng)力，有效防止裂紋產(chǎn)生，提高了連接強(qiáng)度；沉積在氧化鋯陶瓷件20表面的鎳金屬層60活性較大，彌補(bǔ)了鉬與氧化鋯陶瓷反應(yīng)慢、不易連接的缺陷。圖2所示為由上述連接方法制得的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件10，包括該氧化鋯陶瓷件20、該不銹鋼件30及連接該不銹鋼件30與該氧化鋯陶瓷件20的連接部80。該連接部80包括一第一過渡層81、一鉬層82、一第二過渡層83、一銅層84及一第三過渡層 85。該第一過渡層81位于氧化鋯陶瓷件20與鉬層82之間。第一過渡層81主要由鎳鉬金屬間化合物組成。該第二過渡層83位于鉬層82與該銅層84之間，其為鉬層82與銅層84 連接的過渡層。第二過渡層83主要由鉬銅固熔體及鉬銅金屬間化合物組成。該第三過渡層85位于銅層84與不銹鋼件30之間，其為銅層84與不銹鋼件30連接的過渡層。第三過渡層85主要由銅鐵金屬間化合物及銅鐵固熔體組成。所述鉬層82和銅層84的厚度大約均為0. 08 0. 45mm,該連接部80的總厚度大約為0. 21 1. 1mm。該不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件10的連接部80致密均勻，無裂縫，無孔隙。經(jīng)測(cè)試，該不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件10的不銹鋼/氧化鋯陶瓷界面的剪切強(qiáng)度可達(dá)50 80MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)60 lOOMPa。
權(quán)利要求
1.一種不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法，包括以下步驟提供一待連接的不銹鋼件、一氧化鋯陶瓷件、一鉬箔及一銅箔；對(duì)該氧化鋯陶瓷件、不銹鋼件、鉬箔及銅箔分別進(jìn)行打磨和清洗；在該氧化鋯陶瓷件表面沉積一鎳金屬層；將氧化鋯陶瓷件、鉬箔、銅箔及不銹鋼件放入一連接模具中，使鉬箔和銅箔夾放在氧化鋯陶瓷件與不銹鋼件之間，并且鉬箔與氧化鋯陶瓷件相鄰，銅箔與不銹鋼件相鄰；將連接模具放入一熱壓燒結(jié)爐中，在保護(hù)氣氛下對(duì)工件進(jìn)行固相擴(kuò)散連接；待冷卻后取出不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件。
2.如權(quán)利要求1所述的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法，其特征在于所述固相擴(kuò)散連接是在如下工藝參數(shù)下進(jìn)行升溫速率為10 50°C /min，連接溫度為800 1080°C，連接溫度保溫時(shí)間為10 60min，軸向壓力為10 lOOMPa。
3.如權(quán)利要求1所述的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法，其特征在于該鎳金屬層通過真空鍍膜方式或化學(xué)鍍膜的方式形成。
4.如權(quán)利要求1所述的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法，其特征在于該鎳金屬層的厚度為1 5μπι。
5.如權(quán)利要求1所述的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法，其特征在于該鉬箔和該銅箔的厚度均為0. 1 0. 5mm。
6.如權(quán)利要求1所述的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法，其特征在于該連接模具包括一上壓頭和一下壓頭，該上壓頭和下壓頭分別從兩側(cè)將放置于連接模具中的氧化鋯陶瓷件、鉬箔、銅箔及不銹鋼件壓緊并對(duì)該氧化鋯陶瓷件、鉬箔、銅箔及不銹鋼件施加軸向壓力。
7.如權(quán)利要求1所述的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法，其特征在于所述保護(hù)氣氛為氬氣，保護(hù)氣氛的壓力為0. 2 0. 5MPa。
8.如權(quán)利要求1所述的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法，其特征在于所述打磨和清洗步驟是指用金剛石砂紙打磨氧化鋯陶瓷件，用碳化硅砂紙對(duì)不銹鋼件、鉬箔和銅箔進(jìn)行打磨，再用盛裝有乙醇的超聲波進(jìn)行振動(dòng)清洗5 15分鐘。
9.一種不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件，其特征在于該不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件包括一不銹鋼件、一氧化鋯陶瓷件及連接該不銹鋼件與該氧化鋯陶瓷件的連接部，該連接部包括一第一過渡層、一鉬層、一第二過渡層、一銅層及一第三過渡層，該第一過渡層位于氧化鋯陶瓷件與鉬層之間，第一過渡層由鎳鉬金屬間化合物組成，該第二過渡層位于鉬層與該銅層之間，第二過渡層由鉬銅固熔體及鉬銅金屬間化合物組成，該第三過渡層位于銅層與不銹鋼件之間，第三過渡由銅鐵金屬間化合物及銅鐵固熔體組成。
10.如權(quán)利要求9所述的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件，其特征在于所述鉬層和銅層的厚度分別為0. 08 0. 45mm，該連接部的總厚度為0. 21 1. 1mm。
11.如權(quán)利要求9所述的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件，其特征在于該不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件的不銹鋼/氧化鋯陶瓷界面的剪切強(qiáng)度為50 80MPa，抗拉強(qiáng)度為60 IOOMPa0
全文摘要
本發(fā)明提供一種不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接方法，該方法主要包括在氧化鋯陶瓷件的表面沉積一鎳金屬層，然后在熱壓燒結(jié)爐中通過施加鉬箔和銅箔作為連接介質(zhì)層，實(shí)現(xiàn)氧化鋯陶瓷件與不銹鋼件的固相擴(kuò)散連接。本發(fā)明還提供一種上述連接方法制得的不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件，該不銹鋼與氧化鋯陶瓷的連接件具有較大的連接強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C04B37/02GK102452838SQ201010510439
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者張新倍, 胡文峰, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司