一種制備金屬-陶瓷擴散偶的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料領域，具體地，涉及一種制備金屬-陶瓷擴散偶的方法。
【背景技術】
[0002]為制備高性能的金屬-陶瓷復合材料，對其界面特性進行深入研究是十分必要的。在金屬-陶瓷界面反應研究中多采用外延法、內氧化法和熱擴散連接法。其中，擴散連接法是界面研究的常用方法。因此，制備出完整、結合力較強的金屬/陶瓷擴散偶是界面研究的前提。
[0003]目前，制備金屬-陶瓷擴散偶的方法多是采用熱壓法，將金屬片與陶瓷片緊密結合，但是由于金屬與陶瓷在硬度、塑性等方面存在較大差異，在制備擴散偶過程中容易出現由于二者結合力不夠而出現脫模分離和制樣分離等現象。
[0004]王殿梁等曾設計一種專門用于金屬-金屬擴散偶制備的模具，但是該種方法很難保證擴散偶在脫模以及后續分析樣品磨制過程中仍然保持結合狀態。高家誠等發明了一種制備擴散偶的方法，首先在一種粉末坯體重沖孔，再填充另外一種粉體，利用再次壓制燒結的方法制備出結合力強的擴散偶。該發明是利用外層粉末坯體的燒結收縮使得兩種粉體材料間獲得足夠的結合力，但是該方法中存在坯體沖孔困難問題。此外，該兩種擴散偶制備方法，均存在操作步驟多等缺點。
【發明內容】
[0005]為解決金屬-陶瓷擴散偶在后續脫模、分析過程中的脫離問題，本發明提供了一種利用金屬粉末燒結收縮力制備金屬-陶瓷擴散偶的方法。
[0006]本發明的主要特點有:操作簡單；適用于任何形狀模具；制備的擴散偶結合力強，解決了脫模分離和制樣過程中金屬與陶瓷結合力不夠而出現脫模分離和制樣分離等問題。
[0007]本發明解決上述問題所采用的技術方案是:
一種制備金屬-陶瓷擴散偶的方法，包括以下步驟:
a、原材料的預處理:將金屬片和陶瓷片進行磨光和酸洗處理以得到平滑的接觸面；
b、在制備金屬-陶瓷擴散偶的熱壓模具底部鋪一層金屬粉，再在金屬粉上先后放入金屬片、U02燃料片，最后在U0 2燃料片上方填充金屬粉，最終保證U0 2燃料片、金屬片處于完全被金屬粉包覆狀態；
c、給熱壓模具施加適當的壓力、在適當的溫度下進行熱壓擴散得到金屬-陶瓷擴散偶。
[0008]步驟a中磨光具體為:將金屬片依次經800、900和1000目金相砂紙磨光。
[0009]步驟a中進行酸洗的酸步驟a中進行酸洗的酸為硝酸、氫氟酸、硫酸或者醋酸的一種或2種。
[0010]所用的熱壓模具包括下壓頭、上壓頭和陰模，上壓頭和下壓頭相對設置在上下方，陰模為2個且均設置在上壓頭和下壓頭之間，2個陰模一左一右相對設置，上壓頭、下壓頭和一左一右設置的陰模圍成加工區，金屬片和uo2燃料片均設置在加工區內。
[0011]綜上，本發明的有益效果是:
本發明利用金屬粉末燒結收縮力制備金屬-陶瓷擴散偶，制備的擴散偶結合力強，解決了脫模分離和制樣過程中金屬與陶瓷結合力不夠而出現脫模分離和制樣分離等問題，操作簡單，適用于任何形狀模具。
[0012]【附圖說明】:
圖1為模具結構圖；
圖上標記說明:
1一金屬粉末，2一下壓頭，3一上壓頭，4一陰模，5一陶瓷片，6—金屬片。
【具體實施方式】
[0013]下面結合實施例，對本發明作進一步地的詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
[0014]實施例1:
以制備金屬Zr與陶瓷燃料U02的擴散偶為例，其相關原材料和工藝控制參數如下所不ο
[0015](1)原材料
Zr-2粉、Zr-2片、而2片
(2)設備
真空熱壓爐一臺、圓柱型模具一套，所用的熱壓模具包括下壓頭2、上壓頭3和陰模4，上壓頭3和下壓頭2相對設置在上下方，陰模4為2個且均設置在上壓頭3和下壓頭2之間，2個陰模4 一左一右相對設置，上壓頭3、下壓頭2和一左一右設置的陰模4圍成加工區，金屬片6和U02燃料片均設置在加工區內。如圖1所示，金屬粉末1在加工區域內，陶瓷片5和金屬片6被金屬粉末1包覆。
[0016](3)樣品裝模前預處理
Zr-2片先后經800目、900目、1000目金相砂紙磨光，再經硝酸和氫氟酸酸洗，最后用吹風機吹干。U02陶瓷片也要經過砂紙拋光，以獲得平整的平面。
[0017](4)裝模方法
首先，在模具裝樣區域底部放入一層Zr-2粉；其次，在Zr-2粉上部放入U02陶瓷片；再次，在1]02燃料片上部放入經拋光酸洗的Zr-2片；最后，在Zr-2片上方平鋪一層Zr_2粉。裝樣完成后，模具內部橫剖示意圖如圖1中所示。
[0018]給熱壓模具施加50MP壓力、在800°C下進行熱壓擴散得到Zr_陶瓷擴散偶。
[0019]實施例2:
以制備金屬A1與陶瓷燃料U02的擴散偶為例，其相關原材料和工藝控制參數如下所不ο
[0020](1)原材料
Α1粉、Α1片、U02片
(2)設備
真空熱壓爐一臺、圓柱型模具一套 (3)樣品裝模前預處理
A1片先后經800目、900目、1000目金相砂紙磨光，再經醋酸或硫酸酸洗，最后用吹風機吹干。U02陶瓷片也要經過砂紙拋光，以獲得平整的平面。
[0021](4)裝模方法
首先，在模具裝樣區域底部放入一層A1粉；其次，在A1粉上部放入U02陶瓷片；再次，在1]02燃料片上部放入經拋光酸洗的A1片；最后，在A1片上方平鋪一層A1粉。
[0022]給熱壓模具施加20MP壓力、在300°C下進行熱壓擴散得到Li_陶瓷擴散偶。
[0023]實施例3:
以制備金屬Mg與陶瓷燃料U02的擴散偶為例，其相關原材料和工藝控制參數如下所不ο
[0024]( 1)原材料
Mg 粉、Mg 片、1]02片
(2)設備
真空熱壓爐一臺、圓柱型模具一套
(3)樣品裝模前預處理
Mg片先后經800目、900目、1000目金相砂紙磨光，再經硝酸或硫酸酸洗，最后用吹風機吹干。U02陶瓷片也要經過砂紙拋光，以獲得平整的平面。
[0025](4)裝模方法
首先，在模具裝樣區域底部放入一層Mg粉；其次，在Mg粉上部放入U02陶瓷片；再次，在1]02燃料片上部放入經拋光酸洗的Mg片；最后，在Mg片上方平鋪一層Mg粉。
[0026]給熱壓模具施加30MP壓力、在400°C下進行熱壓擴散得到Mg陶瓷擴散偶。
[0027]如上所述，可較好的實現本發明。
【主權項】
1.一種制備金屬-陶瓷擴散偶的方法，其特征在于，包括以下步驟: a、原材料的預處理:將金屬片和陶瓷片進行磨光和酸洗處理以得到平滑的接觸面； b、在制備金屬-陶瓷擴散偶的熱壓模具底部鋪一層金屬粉，再在金屬粉上先后放入金屬片、U02燃料片，最后在U0 2燃料片上方填充金屬粉，最終保證U0 2燃料片、金屬片處于完全被金屬粉包覆狀態； c、給熱壓模具施加適當的壓力、在適當的溫度下進行熱壓擴散得到金屬-陶瓷擴散偶。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a中磨光具體為:將金屬片依次經800、900和1000目金相砂紙磨光。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a中進行酸洗的酸為硝酸、氫氟酸、硫酸或者醋酸中的一種或2種。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所用的熱壓模具包括下壓頭、上壓頭和陰模，上壓頭和下壓頭相對設置在上下方，陰模為2個且均設置在上壓頭和下壓頭之間，2個陰模一左一右相對設置，上壓頭、下壓頭、一左一右設置的陰模圍成加工區，金屬片和1]02燃料片均設置在加工區內。
【專利摘要】本發明公開了一種制備金屬-陶瓷擴散偶的方法，包括以下步驟：a、原材料的預處理：將金屬片和陶瓷片進行磨光和酸洗處理以得到平滑的接觸面；b、在制備金屬-陶瓷擴散偶的熱壓模具底部鋪一層金屬粉，再在金屬粉上先后放入金屬片、UO2燃料片，最后在UO2燃料片上方填充金屬粉，最終保證UO2燃料片、金屬片處于完全被金屬粉包覆狀態；c、給熱壓模具施加適當的壓力、在適當的溫度下進行熱壓擴散得到金屬-陶瓷擴散偶。本發明利用金屬粉末燒結收縮力制備金屬-陶瓷擴散偶，制備的擴散偶結合力強，解決了脫模分離和制樣過程中金屬與陶瓷結合力不夠而出現脫模分離和制樣分離等問題，操作簡單，適用于任何形狀模具。
【IPC分類】C04B37/02
【公開號】CN105272333
【申請號】CN201510664689
【發明人】段盼盼, 楊靜, 彭建財, 喻沖, 張良, 李統業, 陳蓉
【申請人】中國核動力研究設計院
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月16日