本發明涉及一種采用Ag-Cu-Ti釬料釬焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅復合陶瓷的方法。
背景技術：
當今，科技的進步越來越依賴于材料科學的發展。在眾多材料中，金屬材料以其在強度、延展性、導電性和導熱性等方面的優異性能獲得了廣泛的應用，但其耐高溫、耐腐蝕和耐磨損等性能已不能滿足日趨提高的需求。陶瓷材料除了具有耐高溫、高強度、高硬度、高耐磨性等優點，在電、磁、熱、光、聲等方面也具有很多特殊的功能，在某些方面遠遠超過金屬材料和高分子材料。因此，先進陶瓷材料有著廣闊的應用前景，不僅可以促進相關行業的技術進步，改善人民生活質量，創造良好的經濟效益和社會效益，而且對增強國防力量、保證國家安全也極其重要。
六方氮化硼(h-BN)在室溫條件下介電性能優異，介電常數為4.2，介電損耗為0.001，在Si3N4陶瓷中添加一定量的h-BN能夠顯著改善其介電性能，制備的BN-Si3N4多孔復合透波陶瓷具有優異的力學性能和介電性能，可用于制造導彈天線罩。尖晶石型氮氧化鋁(γ-AlON)簡稱AlON，是AlN-Al2O3二元體系的一個重要的單相、穩定的固溶體。AlON陶瓷熔點2158℃，不僅具有優異的力學、熱學和化學性能，而且其在0.2～5.0μm的波長(包括紫外區、可見光區和紅外區)段具有良好的透光性，理論透過率高達85％。此外，它還具有良好的光學和機械各向同性。因此，AlON透明陶瓷是紅外制導導彈天線罩紅外窗口的理想材料。所以，實現AlON陶瓷和BN-Si3N4多孔陶瓷的可靠連接具有重要的實用價值。
技術實現要素：
本發明是為了解決現有AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后接頭剪切強度低的問題，而提供一種采用Ag-Cu-Ti釬料釬焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅復合陶瓷的方法。
本發明一種采用Ag-Cu-Ti釬料釬焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅復合陶瓷的方法按以下步驟進行：
一、依次采用1000#、2000#、3000#的金剛石磨盤將AlON陶瓷的待焊面打磨至光亮無劃痕，然后采用0.5μm的金剛石拋光劑對打磨后的AlON陶瓷的待焊面進行拋光，得到待焊AlON陶瓷；
二、依次采用120#、400#、1000#砂紙打磨Ag-Cu-Ti箔片的表面去除氧化膜，然后將打磨后的Ag-Cu-Ti箔片剪切成與待焊AlON陶瓷待焊面相同尺寸，得到釬料箔片；
二、將待焊AlON陶瓷、BN-Si3N4陶瓷和釬料箔片分別置于丙酮中超聲清洗5min后吹干，得到清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的釬料箔片；
三、采用有機膠按照三明治結構對清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的釬料箔片進行裝配，得到待焊試樣；所述清洗后的釬料箔片置于清洗后的待焊AlON陶瓷和清洗后的BN-Si3N4陶瓷中間；
四、將待焊試樣置于石墨磨具中，垂直于待焊試樣待焊面的方向上施加1×104Pa的壓力，然后將待焊試樣隨石墨磨具放入真空釬焊爐中，當真空釬焊爐的真空度達到6×10-3Pa后，先以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升溫至300℃，保溫30min；再以10℃/min的升溫速率將溫度從300℃升溫至750℃，然后以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至800℃～900℃，保溫5min～25min；最后以5℃/min的降溫速率將溫度從800℃～900℃降溫至300℃，再隨爐冷卻至室溫，完成AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷的連接。
本發明的有益效果：
本發明使用Ag-Cu-Ti釬料箔片成功實現了AlON陶瓷和BN-Si3N4多孔陶瓷的連接。當釬焊溫度為850℃，保溫時間為15min時，接頭的剪切強度最高，達到了116MPa。
附圖說明
圖1為實施例一AlON陶瓷和氮化硼氮化硅復合陶瓷連接后接頭的微觀形貌圖。
具體實施方式
具體實施方式一：本實施方式的一種采用Ag-Cu-Ti釬料釬焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅復合陶瓷的方法按以下步驟進行：
一、依次采用1000#、2000#、3000#的金剛石磨盤將AlON陶瓷的待焊面打磨至光亮無劃痕，然后采用0.5μm的金剛石拋光劑對打磨后的AlON陶瓷的待焊面進行拋光，得到待焊AlON陶瓷；
二、依次采用120#、400#、1000#砂紙打磨Ag-Cu-Ti箔片的表面去除氧化膜，然后將打磨后的Ag-Cu-Ti箔片剪切成與待焊AlON陶瓷待焊面相同尺寸，得到釬料箔片；
二、將待焊AlON陶瓷、BN-Si3N4陶瓷和釬料箔片分別置于丙酮中超聲清洗5min后吹干，得到清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的釬料箔片；
三、采用有機膠按照三明治結構對清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的釬料箔片進行裝配，得到待焊試樣；所述清洗后的釬料箔片置于清洗后的待焊AlON陶瓷和清洗后的BN-Si3N4陶瓷中間；
四、將待焊試樣置于石墨磨具中，垂直于待焊試樣待焊面的方向上施加1×104Pa的壓力，然后將待焊試樣隨石墨磨具放入真空釬焊爐中，當真空釬焊爐的真空度達到6×10-3Pa后，先以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升溫至300℃，保溫30min；再以10℃/min的升溫速率將溫度從300℃升溫至750℃，然后以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至800℃～900℃，保溫5min～25min；最后以5℃/min的降溫速率將溫度從800℃～900℃降溫至300℃，再隨爐冷卻至室溫，完成AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷的連接。
本實施方式BN-Si3N4陶瓷不宜打磨，對表面不做處理。
本實施方式先先以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升溫至300℃，保溫30min的目的是使有機膠充分揮發。
具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：步驟二中所述Ag-Cu-Ti箔片中Al、Cu和Ti的質量百分比為69.5:27:3.5。其他步驟及參數與具體實施方式一相同。
本實施方式中Ag和Cu是共晶成分配比，熔點為780℃，Ag-Cu共晶組織具有良好的塑形變形能力，釬焊完成后的降溫過程中，Ag-Cu共晶組織可以通過發生塑性變形緩解接頭中的熱應力。Ti作為活性元素，可以通過與AlON陶瓷和BN-Si3N4多孔陶瓷的反應實現對其的潤濕。
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：步驟二得到的釬料箔片的厚度為100μm。其他步驟及參數與具體實施方式一或二相同。
具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至825℃，保溫15min。其他步驟及參數與具體實施方式一至三之一相同。
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：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至825℃，保溫25min。其他步驟及參數與具體實施方式一至四之一相同。
具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至850℃，保溫5min。其他步驟及參數與具體實施方式一至五之一相同。
具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至850℃，保溫15min。其他步驟及參數與具體實施方式一至六之一相同。
具體實施方式八：本實施方式與具體實施方式一至七之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至850℃，保溫25min。其他步驟及參數與具體實施方式一至七之一相同。
具體實施方式九：本實施方式與具體實施方式一至八之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至800℃，保溫15min。其他步驟及參數與具體實施方式一至八之一相同。
具體實施方式十：本實施方式與具體實施方式一至九之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至900℃，保溫15min。其他步驟及參數與具體實施方式一至九之一相同。
用以下實施例驗證本發明的有益效果：
實施例一：一種采用Ag-Cu-Ti釬料釬焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅復合陶瓷的方法按以下步驟進行：
一、依次采用1000#、2000#、3000#的金剛石磨盤將AlON陶瓷的待焊面打磨至光亮無劃痕，然后采用0.5μm的金剛石拋光劑對打磨后的AlON陶瓷的待焊面進行拋光，得到待焊AlON陶瓷；
二、依次采用120#、400#、1000#砂紙打磨Ag-Cu-Ti箔片的表面去除氧化膜，然后將打磨后的Ag-Cu-Ti箔片剪切成與待焊AlON陶瓷待焊面相同尺寸，得到釬料箔片；
二、將待焊AlON陶瓷、BN-Si3N4陶瓷和釬料箔片分別置于丙酮中超聲清洗5min后吹干，得到清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的釬料箔片；
三、采用有機膠按照三明治結構對清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的釬料箔片進行裝配，得到待焊試樣；所述清洗后的釬料箔片置于清洗后的待焊AlON陶瓷和清洗后的BN-Si3N4陶瓷中間；
四、將待焊試樣置于石墨磨具中，垂直于待焊試樣待焊面的方向上施加1×104Pa的壓力，然后將待焊試樣隨石墨磨具放入真空釬焊爐中，當真空釬焊爐的真空度達到6×10-3Pa后，先以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升溫至300℃，保溫30min；再以10℃/min的升溫速率將溫度從300℃升溫至750℃，然后以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至850℃，保溫15min；最后以5℃/min的降溫速率將溫度從850℃降溫至300℃，再隨爐冷卻至室溫，完成AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷的連接。
步驟二中所述Ag-Cu-Ti箔片中Al、Cu和Ti的質量百分比為69.5:27:3.5。
圖1為實施例一AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后接頭的微觀形貌圖；從圖中可以看出釬焊接頭致密且無明顯缺陷，說明Ag-Cu-Ti釬料箔片成功實現了AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷的連接。當釬焊溫度為850℃，保溫時間為15min時，接頭的剪切強度最高，達到了116MPa。
實施例二：本實施例與實施例一的不同之處在于：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至800℃，保溫15min。其他與實施例一相同。
本實施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后的接頭的剪切強度為43MPa。
實施例三：本實施例與實施例一的不同之處在于：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至825℃，保溫15min。其他與實施例一相同。
本實施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后的接頭的剪切強度為68MPa。
實施例四：本實施例與實施例一的不同之處在于：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至875℃，保溫15min。其他與實施例一相同。
本實施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后的接頭的剪切強度為96MPa。
實施例五：本實施例與實施例一的不同之處在于：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至900℃，保溫15min。其他與實施例一相同。
本實施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后的接頭的剪切強度為62MPa。
實施例六：本實施例與實施例一的不同之處在于：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至850℃，保溫5min。其他與實施例一相同。
本實施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后的接頭的剪切強度為47MPa。
實施例七：本實施例與實施例一的不同之處在于：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至850℃，保溫25min。其他與實施例一相同。
本實施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后的接頭的剪切強度為89MPa。