一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法
【專利摘要】本發明公開了一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，步驟一、將質量分數為1.5~3wt.%的納米氮化硅顆粒、質量分數為2~4wt.%的Ti粉與AgCu粉末進行機械球磨4~6h，提到復合釬料；步驟二、將球磨后的復合釬料與預處理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材進行裝配，保持釬料粉厚度在50~200μm之間；步驟三、將裝配好的釬焊接頭放入真空爐中，在真空環境下加熱至840℃~900℃，保溫5min~30min，即實現多孔陶瓷與合金基體之間高強度的有效連接，本發明技術方案能夠有效解決多孔陶瓷與TiAl基合金的連接問題，獲得力學性能優良的釬焊接頭。
【專利說明】
一種多孔氮化硅陶瓷與T i Al基合金的真空釬焊方法
技術領域
[0001]本發明涉及雷達天線罩制造技術領域，具體涉及一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法。
【背景技術】
[0002]我們知道，多孔氮化硅陶瓷因其良好的透波性，室溫和高溫環境中都具備優秀的機械性能，以及較低的介電常數而被應用于制造雷達天線罩的罩體材料，而雷達天線罩體在應用過程中需要與具有高的比強度、比剛度，良好的抗氧化性及優異的高溫力學性能的TiAl基合金支架進行有效的連接。然而陶瓷與金屬之間的熱膨脹系數和楊氏模量等存在較大的差異，在連接過程中母材之間易產生較大的殘余應力而影響連接接頭的性能。為了解決這一問題，研究人員在陶瓷與金屬的連接中引入了復合釬料的概念，即在普通金屬基釬料中引入第二相顆粒或纖維等，使其在連接過程中產生了類似與金屬基復合釬料的界面組織以緩解異種材料母材之間的熱膨脹系數、楊氏模量的差異。這種復合釬料的思路被引入并應用到本發明之中，以得到多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的有效釬焊連接。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種能夠實現多孔陶瓷與合金基體之間高強度的有效連接，釬焊接頭力學性能優良的多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法。
[0004]為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是:
一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，包括如下步驟:
步驟一、將納米氮化娃顆粒、Ti粉和AgCu粉末機械球磨4?6h，得到復合釬料，所述的復合釬料中含有重量分數為I.5~3wt.%的納米氮化硅顆粒，重量分數為2?4wt.%的Ti粉、余量為AgCu粉末；
步驟二、將球磨后的復合釬料與預處理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材進行裝配，保持釬料粉厚度在50?200μπι之間，
步驟三、將裝配好的釬焊接頭放入真空爐中，在真空環境下加熱至840°C~900°C，保溫5min?30mino
[0005]本發明中步驟一中所述的納米氮化娃顆粒的尺寸為20nm?50nm，Ti粉和AgCu共晶粉末的尺寸為I Ομπι?50μηι。
[0006]本發明步驟二中多孔氮化硅母材的孔隙率為45%?60%。
[0007]本發明步驟二中預處理后的TiAl基合金是指化學組分為T1-46Al-2Nb-2Cr的TiAl
I=IO
[0008]本發明步驟二中預處理后的多孔氮化硅母材是指組分為92%Si3N4 +6% Y2 O3 +2%AI2 O3的多孔陶瓷。
[0009]本發明步驟二中TiAl基合金和多孔氮化硅母材的待焊面用200#、400#、800#SiC砂紙進行打磨，并在丙酮溶液中超聲清洗15min?20min。
[0010]本發明步驟三中，為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加0.5MPa?2MPa的軸向壓力，更優先I.5MPa的軸向壓力，以提高接頭質量。
[0011]進一步，本發明的釬焊方法在釬焊過程中保證爐內真空度為10—2?10—4Pa,釬焊升溫速率為5°C/min?10°C/min，冷卻速率為l°C/min?5°C/min。
[0012]本發明步驟三中，為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加1.5MPa的軸向壓力，釬焊過程中保證爐內真空度為I O—4Pa，釬焊升溫速率為1 °C /min，冷卻速率為I0C/min0
[0013]本發明實現多孔陶瓷與合金基體之間高強度的有效連接，釬焊接頭的力學性能優良，提高了多孔陶瓷與金屬釬焊接頭的擴廣應用。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的一種連接接頭的背散射照片。
【具體實施方式】
[0015]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0016]一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，包括如下步驟:
步驟一、將納米氮化娃顆粒、Ti粉和AgCu粉末機械球磨4?6h，得到復合釬料，所述的復合釬料中含有重量分數為I.5~3wt.%的納米氮化硅顆粒，重量分數為2?4wt.%的Ti粉、余量為AgCu粉末；
步驟二、將球磨后的復合釬料與預處理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材進行裝配，保持釬料粉厚度在50?200μπι之間，
步驟三、將裝配好的釬焊接頭放入真空爐中，在真空環境下加熱至840°0900°(:，保溫5min?30min;所述的納米氮化娃顆粒的尺寸為20nm?50nm，Ti粉和AgCu共晶粉末的尺寸為10μπι~50μπι;驟二中多孔氮化硅母材的孔隙率為45%?60%;步驟二中預處理后的TiAl基合金是指化學組分為T1-46Al-2Nb-2Cr的TiAl合金;步驟二中預處理后的多孔氮化硅母材是指組分為92%Si3N4 +6% Y2 O3 +2%A12 O3的多孔陶瓷;步驟二中TiAl基合金和多孔氮化硅母材的待焊面用200#、400#、800#SiC砂紙進行打磨，并在丙酮溶液中超聲清洗15min?20min;步驟三中，為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加0.5MPa?2MPa的軸向壓力，以提高接頭質量;釬焊過程中保證爐內真空度為10—2?10—4Pa，釬焊升溫速率為5 °C/min?10 °C/min，冷卻速率為l°C/min?5°C/min，另外，本發明步驟三中，為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加1.5MPa的軸向壓力，釬焊過程中保證爐內真空度為10—4Pa,釬焊升溫速率為10°C/min，冷卻速率為l°C/min。
[0017]實施例1:
步驟一、多孔氮化硅的孔隙率為45%?60%，將質量分數為1.5?3wt.%尺寸為20nm?50nm的納米氮化娃顆粒、質量分數為2?4wt.%尺寸為ΙΟμπι?50μηι的Ti粉與AgCu粉末進行機械球磨4?6h0
[0018]步驟二、TiAl基合金和多孔氮化硅母材的待焊面用200#、400#、800#SiC砂紙進行打磨，并在丙酮溶液中超聲清洗15min?20min。將球磨后的復合釬料與預處理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材進行裝配，保持釬料粉厚度在50?200μπι之間。
[0019]步驟三、為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加0.5MPa?2MPa的軸向壓力，將裝配好的釬焊接頭放入真空爐中，在真空度10—2?10—4Pa環境下以升溫速率為5°C/min?10°C/min加熱至840°C?900°C，保溫5min?30min，再以I°C/min?5°C/min的冷卻速率冷卻至室溫。
[0020]實施例2:
本實施例與實施例1的不同點在于步驟一中多孔氮化硅的孔隙率為50%。其它步驟與具體實施例1相同。
[0021]實施例3:
本實施例與實施例2的不同點在于步驟一中納米氮化硅顆粒的質量百分比為2wt.%，Ti粉的質量百分比為2wt.%。其它步驟與具體實施例2相同。
[0022]實施例4:
本實施例與實施例3的不同點在于步驟三中釬焊工藝參數為升溫速率10°C/min，釬焊溫度為860°C，保溫時間為lOmin，后以TC/min冷卻至室溫。其它步驟與具體實施例3相同。
[0023]實施例5:
本實施例與實施例3的不同點在于步驟三中釬焊工藝參數為升溫速率10°C/min，釬焊溫度為880°C，保溫時間為20min，后以3°C/min冷卻至室溫。其它步驟與具體實施例3相同。
[0024]實施例6:
本實施例與實施例3的不同點在于步驟三中釬焊工藝參數為升溫速率5 °C/min，釬焊溫度為900°C，保溫時間為lOmin，后以5°C/min冷卻至室溫。其它步驟與具體實施例3相同。
[0025]實施例7:
本實施例與實施例2的不同點在于步驟二中釬料粉的厚度為ΙΟΟμπι。其它步驟與具體實施例2相同。
[0026]實施例8:
本實施例與實施例2的不同點在于步驟三中，為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加1.5MPa的軸向壓力，釬焊過程中保證爐內真空度為10—4Pa,釬焊升溫速率為10°〇/!!1；[11，冷卻速率為1°(^/111；[11。
[0027]以上對本發明實施例所提供的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
【主權項】
1.一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、將納米氮化娃顆粒、Ti粉和AgCu粉末機械球磨4?6h，得到復合釬料，所述的復合釬料中含有重量分數為I.5~3wt.%的納米氮化硅顆粒，重量分數為2?4wt.%的Ti粉、余量為AgCu粉末； 步驟二、將球磨后的復合釬料與預處理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材進行裝配，保證釬料粉厚度在50?200μπι之間， 步驟三、將裝配好的釬焊接頭放入真空爐中，在真空環境下加熱至840°0900°(:，保溫5min?30mino2.根據權利要求1所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟一中所述的納米氮化娃顆粒的粒徑為20nm?50nm，Ti粉和AgCu共晶粉末的粒徑為1um?5Oumο3.根據權利要求1所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟二中多孔氮化硅母材的孔隙率為45%?60%。4.根據權利要求1所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟二中預處理后的TiAl基合金是指化學組分為T1-46Al-2Nb-2Cr的TiAl合金。5.根據權利要求1或4所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟二中預處理后的多孔氮化硅母材是指組分為92%Si3N4 +6% Y2 O3 +2%A12 O3的多孔陶瓷。6.根據權利要求1所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟二中TiAl基合金和多孔氮化硅母材的待焊面用200#、400#、800#SiC砂紙進行打磨，并在丙酮溶液中超聲清洗15min?20min。7.根據權利要求1所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟三中，為保證釬料與母材之間的充分接觸，在裝配件上方施加0.5MPa?2MPa的軸向壓力。8.根據權利要求1或7所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:釬焊過程中保證爐內真空度為I X 10—2?I X 10—4Pa，釬焊升溫速率為5°C/min?10°C/min，冷卻速率為 I °C/min?5°C/min。9.根據權利要求8所述的一種多孔氮化硅陶瓷與TiAl基合金的真空釬焊方法，其特征在于:步驟三中裝配件上方施加軸向壓力為1.5MPa。
【文檔編號】C04B37/02GK106007773SQ201610347362
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月24日
【發明人】宋曉國, 趙璇, 趙一璇, 檀財旺, 趙洪運, 劉多, 曹健, 馮吉才
【申請人】哈爾濱工業大學（威海）