可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法
【專利摘要】可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法，它涉及非金屬材料與金屬材料的釬焊方法。本發(fā)明是要解決非金屬材料與金屬材料的釬焊方法焊接后接頭存在較大殘余應力的問題。方法：一、打磨：用砂紙進行打磨；二、清洗：用丙酮進行清洗；三、疊加：按一定順序疊加；四、焊接：置于真空釬焊爐中進行焊接。本發(fā)明用于非金屬材料與金屬材料的釬焊。
【專利說明】可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非金屬材料與金屬材料的釬焊方法。
【背景技術(shù)】
[0002]非金屬材料與金屬材料連接的難點在于兩者物理性能與化學性質(zhì)存在較大差異。特別是，非金屬材料的熱膨脹系數(shù)和彈性模量與金屬材料往往相差甚大，焊后冷卻時接頭易產(chǎn)生殘余應力，并且在非金屬材料一側(cè)形成應力集中。另外，非金屬材料與金屬材料的化學相容性較差，難以形成可靠的化學冶金界面。
[0003]為緩解接頭殘余應力，一般采用加入中間層的方式實現(xiàn)非金屬材料與金屬材料的連接。申請?zhí)枮?01310332584.8的中國專利介紹了金屬與SiC陶瓷基復合材料的連接方法，其在T1-Ni釬料加入Cu箔組合成Ti/Cu/Ni軟性中間層，放在SiC陶瓷基復合材料和Ni基高溫合金之間形成夾心結(jié)構(gòu)，然后置于真空熱壓爐中完成了 SiC陶瓷基復合材料和Ni基高溫合金的連接。上述方法采用加入軟性中間層的方式增加釬縫的塑性，通過塑性變形降低了釬焊接頭的殘余應力，但是這樣往往會降低接頭的強度。申請?zhí)枮?01210164109.X的中國專利介紹了高體積分數(shù)SiC顆粒增強鋁基復合材料與低膨脹合金的超聲釬焊方法，該專利通過超聲手段得到的釬縫是以釬料合金為基體并均勻分布著SiC顆粒的復合材料，這種復合材料的線脹系數(shù)低，可以實現(xiàn)非金屬材料/釬縫/金屬線膨脹系數(shù)的梯度過渡，以緩解接頭殘余應力。但這種方法的弊端是，SiC顆粒容易團聚，焊后界面組織不均勻且產(chǎn)生裂紋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有非金屬材料與金屬材料的釬焊方法焊接后接頭存在較大殘余應力的問題，而提供可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法。
[0005]本發(fā)明可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法是按以下步驟進行的:
[0006]一、打磨:選用80#?1000#的SiC砂紙對金屬材料表面進行打磨，得到表面干凈的金屬材料；選用1000#的SiC砂紙對非金屬材料表面進行打磨，得到表面干凈的非金屬材料；所述金屬材料為鋼、鈦合金、高溫合金或難熔金屬；所述非金屬材料為陶瓷、復合材料或石墨；
[0007]二、清洗:將步驟一得到的表面干凈的金屬材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的金屬材料；將步驟一得到的表面干凈的非金屬材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的非金屬材料；將釬料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的釬料；將多孔SiC陶瓷中間層在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的多孔SiC陶瓷中間層；所述釬料為T1-Ni箔片、N1-Ti箔片或T1-N1-Nb箔片；所述T1-Ni箔片的上層為單層Ti箔片、下層為單層Ni箔片；所述N1-Ti箔片的上層為單層Ni箔片、下層為單層Ti箔片；所述T1-N1-Nb箔片的上層為單層Ti箔片、中間層為單層Ni箔片、下層為單層Nb箔片；
[0008]三、疊放:將步驟二得到的處理后的金屬材料、處理后的非金屬材料、處理后的釬料和多孔SiC陶瓷中間層按順序進行疊放，固定，得到待焊件；
[0009]所述疊放順序有以下兩種:①從上向下依次為步驟二得到的處理后的非金屬材料、I?5層T1-Ni箔片、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、I?5層N1-Ti箔片、步驟二得到的處理后的金屬材料；②從上向下依次為步驟二得到的處理后的非金屬材料、I?5層T1-N1-Nb箔片、I?5層T1-Ni箔片、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、I?5層N1-Ti箔片、步驟二得到的處理后的金屬材料；
[0010]四、焊接:將步驟三得到的待焊件置于真空釬焊爐中，以加熱速率為5°C /min?500C /min升溫至1120?1260°C后，在真空度為5.0X KT3Pa的條件下保溫5min?60min，然后以降溫速率為2V /min?30°C /min降溫至200°C，開爐取件，即完成非金屬材料與金屬材料的釬焊。
[0011]本發(fā)明可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法是按以下步驟進行的:
[0012]一、打磨:選用80#?1000#的SiC砂紙對金屬材料表面進行打磨，得到表面干凈的金屬材料；選用1000#的SiC砂紙對非金屬材料表面進行打磨，得到表面干凈的非金屬材料；所述金屬材料為鋼、鈦合金、高溫合金或難熔金屬；所述非金屬材料為陶瓷、復合材料或石墨；
[0013]二、清洗:將步驟一得到的表面干凈的金屬材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的金屬材料；將步驟一得到的表面干凈的非金屬材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的非金屬材料；將釬料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的釬料；將多孔SiC陶瓷中間層在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的多孔SiC陶瓷中間層；所述釬料為箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料；
[0014]三、疊放:將步驟二得到的處理后的金屬材料、處理后的非金屬材料、處理后的釬料和多孔SiC陶瓷中間層按順序進行疊放，固定，得到待焊件；
[0015]所述疊放順序為:從上向下依次為步驟二得到的處理后的金屬材料、5?20層箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、5?20層箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料、步驟二得到的處理后的非金屬材料；
[0016]四、焊接:將步驟三得到的待焊件置于真空釬焊爐中，以加熱速率為5°C /min?500C /min升溫至800?900°C后，在真空度為5.0X KT3Pa的條件下保溫5min?30min，然后以降溫速率為2V /min?30°C /min降溫至200°C，開爐取件，即完成非金屬材料與金屬材料的釬焊。
[0017]有益效果:
[0018]1、本發(fā)明將作為活性釬料的多層金屬箔片與多孔SiC陶瓷疊放在一起形成三明治結(jié)構(gòu)作為復合中間層，釬焊過程中，多孔SiC陶瓷中間層與活性釬料可發(fā)生化學冶金反應，形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的釬縫，使非金屬材料/釬縫/金屬的線膨脹系數(shù)形成梯度過渡，進而降低接頭殘余應力，提高接頭強度。采用TiNi釬料釬焊BN/Si02陶瓷和金屬Nb時，直接釬焊的接頭其抗剪強度為59MPa，采用互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中間層時的釬焊接頭其抗剪強度為102MPa，接頭強度提高了 73%。本方法生產(chǎn)效率高，焊接周期短，同時可進行多件產(chǎn)品的焊接，利于批量生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為實施例一得到的非金屬材料與金屬材料釬焊接頭微觀組織照片。
【具體實施方式】
[0020]【具體實施方式】一:本實施方式可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法是按以下步驟進行的:
[0021]一、打磨:選用80#?1000#的SiC砂紙對金屬材料表面進行打磨，得到表面干凈的金屬材料；選用1000#的SiC砂紙對非金屬材料表面進行打磨，得到表面干凈的非金屬材料；所述金屬材料為鋼、鈦合金、高溫合金或難熔金屬；所述非金屬材料為陶瓷、復合材料或石墨；
[0022]二、清洗:將步驟一得到的表面干凈的金屬材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的金屬材料；將步驟一得到的表面干凈的非金屬材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的非金屬材料；將釬料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的釬料；將多孔SiC陶瓷中間層在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的多孔SiC陶瓷中間層；所述釬料為T1-Ni箔片、N1-Ti箔片或T1-N1-Nb箔片；所述T1-Ni箔片的上層為單層Ti箔片、下層為單層Ni箔片；所述N1-Ti箔片的上層為單層Ni箔片、下層為單層Ti箔片；所述T1-N1-Nb箔片的上層為單層Ti箔片、中間層為單層Ni箔片、下層為單層Nb箔片；單層Ti箔片的純度為99.6 %?99.9 %，厚度為0.08mm?0.1mm ;單層Ni箔片的純度為99.6%?99.9%，厚度為0.05mm?0.08mm ;單層Nb箔片的純度為99.6%?99.9%，厚度為 0.08mm ?0.1mm ;
[0023]三、疊放:將步驟二得到的處理后的金屬材料、處理后的非金屬材料、處理后的釬料和多孔SiC陶瓷中間層按順序進行疊放，固定，得到待焊件；
[0024]所述疊放順序有以下兩種:①從上向下依次為步驟二得到的處理后的非金屬材料、I?5層T1-Ni箔片、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、I?5層N1-Ti箔片、步驟二得到的處理后的金屬材料；②從上向下依次為步驟二得到的處理后的非金屬材料、2?5層T1-N1-Nb箔片、I?5層T1-Ni箔片、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、I?5層N1-Ti箔片、步驟二得到的處理后的金屬材料；
[0025]四、焊接:將步驟三得到的待焊件置于真空釬焊爐中，以加熱速率為5°C /min?500C /min升溫至1120?1260°C后，在真空度為5.0X KT3Pa的條件下保溫5min?60min，然后以降溫速率為2V /min?30°C /min降溫至200°C，開爐取件，即完成非金屬材料與金屬材料的釬焊。
[0026]本實施方式中步驟一中所述難熔金屬一般指熔點高于1650°C并有一定儲量的金屬(鎢、鉭、鑰、鈮、鉿、鉻、釩、鋯和鈦)，也有將熔點高于鋯熔點(1852°C)的金屬稱為難熔金屬。[0027]本實施方式將作為活性釬料的多層金屬箔片與多孔SiC陶瓷疊放在一起形成三明治結(jié)構(gòu)作為復合中間層，釬焊過程中，多孔SiC陶瓷中間層與活性釬料可發(fā)生化學冶金反應，形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的釬縫，使非金屬材料/釬縫/金屬的線膨脹系數(shù)形成梯度過渡，進而降低接頭殘余應力，提高接頭強度。采用TiNi釬料釬焊BN/Si02陶瓷和金屬Nb時，直接釬焊的接頭其抗剪強度為59MPa，采用互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中間層時的釬焊接頭其抗剪強度為102MPa，接頭強度提高了 73%。本方法生產(chǎn)效率高，焊接周期短，同時可進行多件產(chǎn)品的焊接，利于批量生產(chǎn)。
[0028]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中的金屬材料為銀、鑰;、鉻、鈦或錯。其他與【具體實施方式】一相同。
[0029]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟一中的非金屬材料為BN/Si02陶瓷。其他與【具體實施方式】一或二相同。
[0030]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三不同的是:步驟四中以加熱速率為30°C /min升溫至1160°C后，在真空度為5.0X 10_3Pa的條件下保溫IOmin。其他與
【具體實施方式】一至三相同。
[0031]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟二中的多孔SiC陶瓷中間層的孔隙率為10 %?90 %，孔徑為1.0mm?2.0mm,厚度為0.5mm?
2.0_。其他與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0032]【具體實施方式】六:本實施方式可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法是按以下步驟進行的:
[0033]一、打磨:選用80#?1000#的SiC砂紙對金屬材料表面進行打磨，得到表面干凈的金屬材料；選用1000#的SiC砂紙對非金屬材料表面進行打磨，得到表面干凈的非金屬材料；所述金屬材料為鋼、鈦合金、高溫合金或難熔金屬；所述非金屬材料為陶瓷、復合材料或石墨；
[0034]二、清洗:將步驟一得到的表面干凈的金屬材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的金屬材料；將步驟一得到的表面干凈的非金屬材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的非金屬材料；將釬料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的釬料；將多孔SiC陶瓷中間層在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin?20min，即得到處理后的多孔SiC陶瓷中間層；所述釬料為箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料；
[0035]三、疊放:將步驟二得到的處理后的金屬材料、處理后的非金屬材料、處理后的釬料和多孔SiC陶瓷中間層按順序進行疊放，固定，得到待焊件；
[0036]所述疊放順序為:從上向下依次為步驟二得到的處理后的金屬材料、5?20層箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、5?20層箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料、步驟二得到的處理后的非金屬材料；
[0037]四、焊接:將步驟三得到的待焊件置于真空釬焊爐中，以加熱速率為5°C /min?500C /min升溫至800?900°C后，在真空度為5.0X KT3Pa的條件下保溫5min?30min，然后以降溫速率為2V /min?30°C /min降溫至200°C，開爐取件，即完成非金屬材料與金屬材料的釬焊。
[0038]本實施方式中步驟一中所述難熔金屬一般指熔點高于1650°C并有一定儲量的金屬(鎢、鉭、鑰、鈮、鉿、鉻、釩、鋯和鈦)，也有將熔點高于鋯熔點(1852°C)的金屬稱為難熔金屬。
[0039]本實施方式將作為活性釬料的多層金屬箔片與多孔SiC陶瓷疊放在一起形成三明治結(jié)構(gòu)作為復合中間層，釬焊過程中，多孔SiC陶瓷中間層與活性釬料可發(fā)生化學冶金反應，形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的釬縫，使非金屬材料/釬縫/金屬的線膨脹系數(shù)形成梯度過渡，進而降低接頭殘余應力，提高接頭強度。采用TiNi釬料釬焊BN/Si02陶瓷和金屬Nb時，直接釬焊的接頭其抗剪強度為59MPa，采用互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中間層時的釬焊接頭其抗剪強度為102MPa，接頭強度提高了 73%。本方法生產(chǎn)效率高，焊接周期短，同時可進行多件產(chǎn)品的焊接，利于批量生產(chǎn)。
[0040]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】六不同的是:步驟一中的金屬材料為銀。其他與【具體實施方式】六相同。
[0041]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】六或七不同的是:步驟一中的非金屬材料為C/Sic復合材料。其他與【具體實施方式】六或七相同。
[0042]【具體實施方式】九:本實施方式與【具體實施方式】六至八不同的是:步驟二中所述箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料的單層厚度為0.05mm?0.1mm。其他與【具體實施方式】六至八相同。
[0043]【具體實施方式】十:本實施方式與【具體實施方式】六至九之一不同的是:步驟二中的多孔SiC陶瓷中間層的孔隙率為10 %?90 %，孔徑為1.0mm?2.0mm,厚度為0.5mm?2.0mm。其他與【具體實施方式】六至九之一相同。
[0044]【具體實施方式】十一:本實施方式與【具體實施方式】六至十之一不同的是:步驟四中以加熱速率為30°C /min升溫至850°C后，在真空度為5.0X KT3Pa的條件下保溫IOmin。其他與【具體實施方式】六至十之一相同。
[0045]采用下述實施例驗證本發(fā)明效果:
[0046]實施例一:可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法是按以下步驟進行的:
[0047]一、打磨:選用1000#的SiC砂紙對Nb表面進行打磨，得到表面干凈的Nb ;選用1000#的SiC砂紙對BN/Si02陶瓷表面進行打磨，得到表面干凈的BN/Si02陶瓷；
[0048]二、清洗:將步驟一得到的表面干凈的Nb在室溫條件下，在丙酮中超聲處理20min,即得到處理后的Nb ;將步驟一得到的表面干凈的BN/Si02陶瓷在室溫條件下，在丙酮中超聲處理20min，即得到處理后的BN/Si02陶瓷；將釬料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理20min，即得到處理后的釬料；將多孔SiC陶瓷中間層在室溫條件下，在丙酮中超聲處理20min，即得到處理后的多孔SiC陶瓷中間層；所述釬料為T1-Ni箔片、N1-Ti箔片或T1-N1-Nb箔片；所述T1-Ni箔片的上層為單層Ti箔片、下層為單層Ni箔片；所述N1-Ti箔片的上層為單層Ni箔片、下層為單層Ti箔片；所述T1-N1-Nb箔片的上層為單層Ti箔片、中間層為單層Ni箔片、下層為單層Nb箔片；所述單層Ti箔片的厚度為0.08mm,單層Ni箔片的厚度為0.05mm,單層Nb箔片的厚度為0.1mm ;所述多孔SiC陶瓷中間層的孔隙率為90 %，厚度為1.2mm ；
[0049]三、疊放:將步驟二得到的處理后的Nb、處理后的BN/Si02陶瓷、處理后的釬料和多孔SiC陶瓷中間層按順序進行疊放，固定，得到待焊件；[0050]所述疊放順序為:從上向下依次為步驟二得到的處理后的BN/Si02陶瓷、I層T1-N1-Nb箔片、2層T1-Ni箔片、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、I層N1-Ti箔片、步驟二得到的處理后的Nb ；
[0051]四、焊接:將步驟三得到的待焊件置于真空釬焊爐中，以加熱速率為50°C /min升溫至1160°C后，在真空度為5.0X KT3Pa的條件下保溫lOmin，然后以降溫速率為30°C /min降溫至200°C，開爐取件，即完成非金屬材料與金屬材料的釬焊。
[0052]經(jīng)測試，BN/Si02陶瓷與Nb的接頭室溫抗剪強度達到102MPa。
[0053]實施例二:本實施例與實施例一不同的是:步驟三中所述疊放順序為:從上向下依次為步驟二得到的處理后的BN/Si02陶瓷、3層T1-Ni箔片、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、I層N1-Ti箔片、步驟二得到的處理后的Nb。其他與實施例一相同。
[0054]經(jīng)測試，BN/Si02陶瓷與Nb的接頭室溫抗剪強度達到72MPa。
[0055]實施例三:本實施例與實施例一不同的是:所述多孔SiC陶瓷中間層的孔隙率為90%，厚度為2.0mm ;所述疊放順序為:從上向下依次為步驟二得到的處理后的BN/Si02陶瓷、I層T1-N1-Nb箔片、3層T1-Ni箔片、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、2層N1-Ti箔片、步驟二得到的處理后的Nb。其他與實施例一相同。
[0056]經(jīng)測試，BN/Si02陶瓷與Nb的接頭室溫抗剪強度達到51MPa。
[0057]實施例四:本實施例與實施例一不同的是:所述多孔SiC陶瓷中間層的孔隙率為50%，厚度為0.5mm ;所述疊放順序為:從上向下依次為步驟二得到的處理后的BN/Si02陶瓷、I層T1-N1-Nb箔片、I層T1-Ni箔片、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、I層N1-Ti箔片、步驟二得到的處理后的Nb。其他與實施例一相同。
[0058]經(jīng)測試，BN/Si02陶瓷與Nb的接頭室溫抗剪強度達到105MPa。
[0059]實施例五:可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法是按以下步驟進行的:
[0060]一、打磨:選用1000#的SiC砂紙對Nb表面進行打磨，得到表面干凈的Nb ;選用1000#的SiC砂紙對C/SiC復合材料表面進行打磨，得到表面干凈的C/SiC復合材料；
[0061]二、清洗:將步驟一得到的表面干凈的Nb在室溫條件下，在丙酮中超聲處理20min,即得到處理后的Nb ;將步驟一得到的表面干凈的C/SiC復合材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理20min，即得到處理后的C/SiC復合材料；將釬料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理20min，即得到處理后的釬料；將多孔SiC陶瓷中間層在室溫條件下，在丙酮中超聲處理20min，即得到處理后的多孔SiC陶瓷中間層；所述釬料為T1-Ni箔片、N1-Ti箔片或T1-N1-Nb箔片；所述T1-Ni箔片的上層為單層Ti箔片、下層為單層Ni箔片；所述N1-Ti箔片的上層為單層Ni箔片、下層為單層Ti箔片；所述T1-N1-Nb箔片的上層為單層Ti箔片、中間層為單層Ni箔片、下層為單層Nb箔片；所述單層Ti箔片的厚度為0.08mm,單層Ni箔片的厚度為0.05mm，單層Nb箔片的厚度為0.1mm ;所述多孔SiC陶瓷中間層的孔隙率為90%，厚度為 1.0mm ；
[0062]三、疊放:將步驟二得到的處理后的Nb、處理后的C/SiC復合材料、處理后的釬料和多孔SiC陶瓷中間層按順序進行疊放，固定，得到待焊件；
[0063]所述疊放順序為:從上向下依次為步驟二得到的處理后的C/SiC復合材料、3層T1-Ni箔片、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、I層N1-Ti箔片、步驟二得到的處理后的Nb ；
[0064]五、焊接:將步驟三得到的待焊件置于真空釬焊爐中，以加熱速率為50°C /min升溫至1140°C后，在真空度為5.0X KT3Pa的條件下保溫lOmin，然后以降溫速率為30°C /min降溫至200°C，開爐取件，即完成非金屬材料與金屬材料的釬焊。
[0065]經(jīng)測試，C/SiC復合材料與Nb的接頭室溫抗剪強度達到90MPa。
[0066]實施例六:可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法是按以下步驟進行的:
[0067]一、打磨:選用1000#的SiC砂紙對Nb表面進行打磨，得到表面干凈的Nb ;選用1000#的SiC砂紙對石墨表面進行打磨，得到表面干凈的石墨；
[0068]二、清洗:將步驟一得到的表面干凈的Nb在室溫條件下，在丙酮中超聲處理20min,即得到處理后的Nb ;將步驟一得到的表面干凈的石墨在室溫條件下，在丙酮中超聲處理20min，即得到處理后的石墨；將釬料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理20min，即得到處理后的釬料；將多孔SiC陶瓷中間層在室溫條件下，在丙酮中超聲處理20min，即得到處理后的多孔SiC陶瓷中間層；所述釬料為箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料，單層厚度為0.1mm ；所述多孔SiC陶瓷中間層的孔隙率為90%，厚度為1.0mm ；
[0069]三、疊放:將步驟二得到的處理后的Nb、處理后的石墨、處理后的釬料和多孔SiC陶瓷中間層按順序進行疊放，固定，得到待焊件；
[0070]所述疊放順序為:從上向下依次為步驟二得到的處理后的Nb、7層箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、5層箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料、步驟二得到的處理后的石墨；
[0071]四、焊接:將步驟三得到的待焊件置于真空釬焊爐中，以加熱速率為50°C /min升溫至850°C后，在真空度為5.0X KT3Pa的條件下保溫lOmin，然后以降溫速率為30°C /min降溫至200°C，開爐取件，即完成非金屬材料與金屬材料的釬焊。
[0072]經(jīng)測試，石墨與Nb的接頭室溫抗剪強度達到70MPa。
[0073]圖1為實施例一得到的非金屬材料與金屬材料釬焊接頭微觀組織照片，從圖1可以看出接頭連接良好，活性釬料完全填充SiC多孔陶瓷骨架，釬縫中未出現(xiàn)氣孔等缺陷，并且活性釬料與SiC骨架界面連接良好，為出現(xiàn)裂紋等缺陷。作為活性釬料的多層金屬箔片與多孔SiC陶瓷疊放在一起形成三明治結(jié)構(gòu)作為復合中間層，釬焊過程中，多孔SiC陶瓷中間層與活性釬料可發(fā)生化學冶金反應，形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的釬縫，使非金屬材料/釬縫/金屬的線膨脹系數(shù)形成梯度過渡，進而降低接頭殘余應力，提高接頭強度。
【權(quán)利要求】
1.可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法，其特征在于可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法是按以下步驟進行的: 一、打磨:選用80#~1000#的SiC砂紙對金屬材料表面進行打磨，得到表面干凈的金屬材料；選用1000#的SiC砂紙對非金屬材料表面進行打磨，得到表面干凈的非金屬材料；所述金屬材料為鋼、鈦合金、高溫合金或難熔金屬；所述非金屬材料為陶瓷、復合材料或石墨; 二、清洗:將步驟一得到的表面干凈的金屬材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin~20min，即得到處理后的金屬材料；將步驟一得到的表面干凈的非金屬材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin~20min，即得到處理后的非金屬材料；將釬料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin~20min，即得到處理后的釬料；將多孔SiC陶瓷中間層在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin~20min，即得到處理后的多孔SiC陶瓷中間層；所述釬料為T1-Ni箔片、N1-Ti箔片或T1-N1-Nb箔片；所述T1-Ni箔片的上層為單層Ti箔片、下層為單層Ni箔片；所述N1-Ti箔片的上層為單層Ni箔片、下層為單層Ti箔片；所述T1-N1-Nb箔片的上層為單層Ti箔片、中間層為單層Ni箔片、下層為單層Nb箔片；單層Ti箔片的純度為99.6 %~99.9 %，厚度為0.08mm~0.1mm ;單層Ni箔片的純度為.99.6%~99.9%，厚度為0.05mm~0.08mm ;單層Nb箔片的純度為99.6%~99.9%，厚度為 0.08mm ~0.1mm ; 三、疊放:將步驟二得到的處理后的金屬材料、處理后的非金屬材料、處理后的釬料和多孔SiC陶瓷中間層按順序進行疊放，固定，得到待焊件； 所述疊放順序有以下兩種:①從上向下依次為步驟二得到的處理后的非金屬材料、1~5層T1-Ni箔片、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、I~5層N1-Ti箔片、步驟二得到的處理后的金屬材料；②從上向下依次為步驟二得到的處理后的非金屬材料、2~5層T1-N1-Nb箔片、I~5層T1-Ni箔片、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、I~5層N1-Ti箔片、步驟二得到的處理后的金屬材料； 四、焊接:將步驟三得到的待焊件置于真空釬焊爐中，以加熱速率為5°C/min~50°C /min升溫至1120~1260°C后,在真空度為5.0X KT3Pa的條件下保溫5min~60min,然后以降溫速率為2V /min~30°C /min降溫至200°C，開爐取件，即完成非金屬材料與金屬材料的釬焊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法，其特征在于步驟一中的金屬材料為鈮、釩、鉻、鈦或鋯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法，其特征在于步驟一中的非金屬材料為BN/Si02陶瓷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法，其特征在于步驟四中以加熱速率為30°C /min升溫至1160°C后，在真空度為.5.0X KT3Pa的條件下保溫lOmin。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法，其特征在于步驟二中的多孔SiC陶瓷中間層的孔隙率為10%~90%，孔徑為.1.0mm ~2.0mm,厚度為 0.5mm ~2.0mm。
6.可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法，其特征在于可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法是按以下步驟進行的: 一、打磨:選用80#~1000#的SiC砂紙對金屬材料表面進行打磨，得到表面干凈的金屬材料；選用1000#的SiC砂紙對非金屬材料表面進行打磨，得到表面干凈的非金屬材料；所述金屬材料為鋼、鈦合金、高溫合金或難熔金屬；所述非金屬材料為陶瓷、復合材料或石墨; 二、清洗:將步驟一得到的表面干凈的金屬材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理1Omin~20min，即得到處理后的金屬材料；將步驟一得到的表面干凈的非金屬材料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理1Omin~20min，即得到處理后的非金屬材料；將釬料在室溫條件下，在丙酮中超聲處理1Omin~20min，即得到處理后的釬料；將多孔SiC陶瓷中間層在室溫條件下，在丙酮中超聲處理IOmin~20min，即得到處理后的多孔SiC陶瓷中間層；所述釬料為箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料； 三、疊放:將步驟二得到的處理后的金屬材料、處理后的非金屬材料、處理后的釬料和多孔SiC陶瓷中間層按順序進行疊放，固定，得到待焊件； 所述疊放順序為:從上向下依次為步驟二得到的處理后的金屬材料、5~20層箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料、步驟二得到的處理后的多孔SiC陶瓷中間層、5~20層箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料、步驟二得到的處理后的非金屬材料； 四、焊接:將步驟三得到的待焊件置于真空釬焊爐中，以加熱速率為5°C/min~50°C /min升溫至800~900°C后，在真空度為5.0XKT3Pa的條件下保溫5min~30min，然后以降溫速率為2V /min~30°C /min降溫至200°C，開爐取件，即完成非金屬材料與金屬材料的釬焊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法，其特征在于步驟一中的金屬材料為鈮。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法，其特征在于步驟二中所述箔片狀Ag-21Cu-4.5Ti釬料的單層厚度為0.05_~0.1_。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法，其特征在于步驟二中的多孔SiC陶瓷中間層的孔隙率為10%~90%，孔徑為.1.0mm ~2.0mm,厚度為 0.5mm ~2.0mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可形成互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)釬縫的非金屬材料與金屬材料的釬焊方法，其特征在于步驟四中以加熱速率為30°C /min升溫至850°C后，在真空度為.5.0X KT3Pa的條件下保溫lOmin。
【文檔編號】B23K1/008GK103990880SQ201410249916
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】張麗霞, 孟德強, 石俊秒, 楊景紅, 亓鈞雷, 馮吉才 申請人:哈爾濱工業(yè)大學