一種釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方、制備方法及應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于釬焊的預(yù)處理材料。為解決采用現(xiàn)有氧化鋯陶瓷與金屬材料的釬焊方法所得器件不適于在惡劣環(huán)境中工作，金屬化層導(dǎo)電性能不高等問題，本發(fā)明提供了一種釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方、制備方法及應(yīng)用。該配方包括粉料、溶劑、添加劑和鉑粉；將該配方混合后研磨可制成漿料；將所得漿料印刷或涂覆在氧化鋯素坯表面進(jìn)行共燒結(jié)，制得金屬化層。所得金屬化層附著力高，能夠長期應(yīng)用于腐蝕性氣氛的高溫環(huán)境，抗氧化能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，導(dǎo)電性能良好，金屬化效果優(yōu)異，顯著擴(kuò)展了氧化鋯陶瓷與金屬材料釬焊器件的應(yīng)用范圍，為高性能陶瓷器件的研制提供了可靠保障。
【專利說明】一種釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方、制備方法及應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于釬焊的預(yù)處理材料，特別涉及一種釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方、制備方法及應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]氧化鋯陶瓷材料具有多方面的優(yōu)異性能，由其制備的耐磨器件、結(jié)構(gòu)器件、傳感器等廣泛應(yīng)用于原子能、電力、汽車、冶金、環(huán)保、化工等各領(lǐng)域。如增韌氧化鋯陶瓷，其具有很高的機(jī)械強(qiáng)度和優(yōu)異的耐磨性能，可用于制造機(jī)械零件、耐磨結(jié)構(gòu)器件等；又如功能氧化鋯陶瓷，其在一定溫度下具有氧離子的傳導(dǎo)性能，可用來制備固體電解質(zhì)燃料電池、氧泵、汽車氧傳感器、氧化鋯氧分析儀等。
[0003]在實(shí)際應(yīng)用中，氧化鋯陶瓷常用于復(fù)合陶瓷器件的制備。制備時(shí)，需要先將氧化鋯粉料制成一定形狀的素坯，然后將素坯放入高溫爐內(nèi)燒結(jié)。當(dāng)需要制備的器件形狀較為復(fù)雜時(shí)，如帶有突出的尖角等結(jié)構(gòu)，此時(shí)若采用此種工藝將氧化鋯素坯直接燒結(jié)為所需器件，則常會(huì)出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中問題，并且這種應(yīng)力集中無法像金屬那樣通過局部塑性變形得以轉(zhuǎn)移和釋放。
[0004]為解決這一問題，本領(lǐng)域中通常將外形結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單的氧化鋯陶瓷與金屬材料釬焊在一起形成完整的器件，充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)各自的不足，這對(duì)于改善器件內(nèi)部應(yīng)力分布狀態(tài)、降低制造成本、拓寬氧化鋯陶瓷材料的應(yīng)用范圍等都具有重要意義。
[0005]當(dāng)前，對(duì)于氧化鋯陶瓷與金屬材料的釬焊，國內(nèi)主要采用鑰錳金屬化法或鎢金屬化法，所得金屬化層導(dǎo)電性能一般，適用于中、低溫釬焊，釬料以銀基釬料為主。但如果器件的工作環(huán)境較為惡劣，如需要長時(shí)間在較高溫度、腐蝕性氣氛等條件下使用，或者對(duì)金屬化層導(dǎo)電性能要求較高時(shí)，則包括鑰錳金屬化法或鎢金屬化法等常用方法難以勝任。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決采用現(xiàn)有氧化鋯陶瓷與金屬材料的釬焊方法所得器件不適于在惡劣環(huán)境中工作，金屬化層導(dǎo)電性能不高等問題，本發(fā)明提供了一種釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方、制備方法及應(yīng)用。
[0007]所述釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方組成如下:
[0008]粉料:Mn粉:0 ?10%，A1 粉:0 ?10% ,Mg 粉:0 ?10%，CaO 粉:0 ?10% ,Al2O3粉:1 ?10%，MgO 粉:0 ?10%，MnO 粉:1 ?10%，ZrO2 粉:0 ?10%，S12 粉:1 ?10% ；
[0009]溶劑:乙醇:1?15%，丙酮:1?15%，辛烯:1?10%，甲基乙基酮:1?10%，異丙醇:1?10%，松油醇:1?10% ；
[0010]添加劑:桉葉油:1?15%,桉葉油醇:1?15%,蓖麻硬化油:1?15%,蓖麻油脂肪酸:1?15%，吹制油:0?15%，已二酸二甲酯:0?15%，二乙二醇丁醚醋酸酯:0?15%,松香:0?15%,甲基纖維素:0?15%,鄰苯二甲酸二乙酯:0?15%,聚乙烯醇:0?15%,甲基丙烯酸酯:0?15% ；
[0011]上述所有組分的含量所采用的百分比均為相應(yīng)組分占漿料配方總量的重量百分比；
[0012]所述粉料、溶劑和添加劑的用量還應(yīng)滿足以下要求:即粉料、溶劑和添加劑占漿料配方總量的重量百分比分別為3?20%、6?20%、5?30% ；
[0013]余量為平均粒徑0.1?10 μ m的超細(xì)鉬粉。
[0014]所述粉料占漿料配方總量的重量百分比優(yōu)選為3?8%。
[0015]所述溶劑占漿料配方總量的重量百分比優(yōu)選為6?15%。
[0016]所述添加劑占漿料配方總量的重量百分比優(yōu)選為20?30%。
[0017]所述超細(xì)鉬粉的平均粒徑優(yōu)選為0.5?5 μ m。
[0018]所述釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料的制備方法包括以下步驟:將前述釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方混合后研磨制成漿料。
[0019]前述釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料的制備方法中，在研磨前對(duì)混合的配方進(jìn)行超聲分散為優(yōu)選。
[0020]一種所述釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料的應(yīng)用，即將其應(yīng)用于釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化層的制備，具體包括以下步驟:
[0021](一 )將由前述釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料的制備方法制得的漿料印刷或涂覆在氧化鋯素坯表面；
[0022]( 二 )對(duì)印刷或涂覆有漿料的氧化鋯素坯進(jìn)行共燒結(jié)，首先以0.5?5°C /min的升溫速率加熱至80?120°C內(nèi)的某溫度，保溫60?120min ;接著以0.5?3°C /min的升溫速率加熱至300?600°C內(nèi)的某溫度，保溫60?120min ;然后以0.5?3°C /min的升溫速率加熱至700?1200°C內(nèi)的某溫度，保溫60?120min ;最后以0.5?3°C /min的升溫速率加熱至1250?1700°C內(nèi)的某溫度，保溫60?120min后自然冷卻至常溫，制得金屬化層。
[0023]對(duì)于氧化鋯陶瓷與金屬材料釬焊工藝來說，其關(guān)鍵點(diǎn)主要在于氧化鋯陶瓷表面的金屬化，其中金屬化層的附著力、耐高溫性能和導(dǎo)電性能等是金屬化效果的關(guān)鍵因素。本發(fā)明的釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方以鉬為基料，合理搭配多種無機(jī)和有機(jī)組分，通過較為簡單的研磨混合等操作制成漿料，而后將漿料印刷或涂覆在氧化鋯素坯表面并與之共燒結(jié)，從而得到覆有金屬化層的氧化鋯陶瓷。所得覆有金屬化層的氧化鋯陶瓷與金屬材料釬焊后的檢測(cè)表明:該金屬化層附著力高，大于14N/mm2 ;能夠長期應(yīng)用于500?1000°C腐蝕性氣氛的高溫環(huán)境，抗氧化能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定；導(dǎo)電性能良好，表面電阻小于0.8Ω，表明本發(fā)明具有優(yōu)異的金屬化效果，顯著擴(kuò)展了氧化鋯陶瓷與金屬材料釬焊器件的應(yīng)用范圍，能夠更為充分的體現(xiàn)出氧化鋯陶瓷與金屬材料各自的優(yōu)越性能，為高性能陶瓷器件的研制提供了可靠保障。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。
[0025]實(shí)施例1
[0026]一、釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方組成如下:
[0027]粉料:Mnijv:0.2% ,Al 粉:0.5%，Mg 粉:0.1%，CaO 粉:0.4%，Al2O3 粉:I %, MnO粉:1%，S12 粉:1% ；
[0028]溶劑:乙醇:2.8%，丙酮:2.4%，辛烯:1.3%，甲基乙基酮:1.6%，異丙醇:1.2%，松油醇:2.0% ;
[0029]添加劑:桉葉油:4.5%，桉葉油醇:2.4%，蓖麻硬化油:2.8 %，蓖麻油脂肪酸:1.5%，吹制油:2.4%，二乙二醇丁醚醋酸酯:2.!^，松香:^1^，甲基纖維素:1.2%，聚乙烯醇:0.9%，甲基丙烯酸酯:1.7% ；
[0030]上述所有組分的含量所采用的百分比均為相應(yīng)組分占漿料配方總量的重量百分比；
[0031]余量為平均粒徑0.3 μ m的超細(xì)鉬粉。
[0032]二、將前述釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方混合后進(jìn)行超聲分散，然后研磨制成漿料。
[0033]三、制備釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化層，具體采用以下步驟:
[0034](一 )將制得的漿料印刷在氧化鋯素坯表面；
[0035]( 二)對(duì)印刷有漿料的氧化鋯素坯進(jìn)行共燒結(jié)，首先以1.(TC /min的升溫速率加熱至90°C，保溫80min ;接著以1.(TC /min的升溫速率加熱至550°C，保溫IlOmin ;然后以1.(TC /min的升溫速率加熱至790°C，保溫70min ;最后以1.(TC /min的升溫速率加熱至1600°C,保溫90min后自然冷卻至常溫,制得金屬化層。
[0036]實(shí)施例2
[0037]一、釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方組成如下:
[0038]粉料:A1粉:0.9%, Mgijv:0.4%, CaO 粉:1.2%，Al2O3 粉:2.7%，MgO 粉:0.7%,MnO 粉:1.8%, ZrO2 粉:0.9%, S12 粉:1.5% ；
[0039]溶劑:乙醇:3.2%，丙酮:2.1%，辛烯:1.4%，甲基乙基酮:1.8%，異丙醇:1.2%，松油醇:2.0% ;
[0040]添加劑:桉葉油:3.5%，桉葉油醇:1.6%，蓖麻硬化油:2.4%，蓖麻油脂肪酸:1.8%,已二酸二甲酯:1.5%，二乙二醇丁醚醋酸酯:2.1%，松香:0.8%，鄰苯二甲酸二乙酯:1.4%，聚乙烯醇:2.0% ；
[0041]上述所有組分的含量所采用的百分比均為相應(yīng)組分占漿料配方總量的重量百分比；
[0042]余量為平均粒徑2.0 μ m的超細(xì)鉬粉。
[0043]二、將前述釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方混合后研磨制成漿料。
[0044]三、制備釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化層，具體采用以下步驟:
[0045](一 )將制得的漿料涂覆在氧化鋯素坯表面；
[0046]( 二)對(duì)涂覆有漿料的氧化鋯素坯進(jìn)行共燒結(jié)，首先以4.(TC /min的升溫速率加熱至120°C，保溫80min ;接著以2.0°C /min的升溫速率加熱至450°C，保溫85min ;然后以1.(TC /min的升溫速率加熱至900°C，保溫10min ;最后以1.(TC /min的升溫速率加熱至1400°C，保溫120min后自然冷卻至常溫，制得金屬化層。
[0047]實(shí)施例3
[0048]一、釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方組成如下:
[0049]粉料:Al2O3粉:2.7%，MnO 粉:2.2%，S12 粉:1.5% ；
[0050]溶劑:乙醇:2.7%，丙酮:3.0%，辛烯:1.6%，甲基乙基酮:1.8%，異丙醇:1.2%，松油醇:1.4% ；
[0051]添加劑:桉葉油:5.5%，桉葉油醇:2.4%，蓖麻硬化油:3.8%，蓖麻油脂肪酸:1.8% ；
[0052]上述所有組分的含量所采用的百分比均為相應(yīng)組分占漿料配方總量的重量百分比；
[0053]余量為平均粒徑3.Ομπι的超細(xì)鉬粉。
[0054]二、將前述釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方混合后研磨制成漿料。
[0055]三、制備釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化層，具體采用以下步驟:
[0056](一 )將制得的漿料印刷在氧化鋯素坯表面；
[0057]( 二)對(duì)印刷有漿料的氧化鋯素坯進(jìn)行共燒結(jié)，首先以3.(TC /min的升溫速率加熱至80°C，保溫70min ;接著以3.(TC /min的升溫速率加熱至350°C，保溫IlOmin ;然后以3.(TC /min的升溫速率加熱至1150°C，保溫90min ;最后以3.(TC /min的升溫速率加熱至1550°C,保溫95min后自然冷卻至常溫,制得金屬化層。
[0058]由實(shí)施例1-3制得的金屬化層微觀結(jié)構(gòu)致密，晶界明顯，附著力在14.7-16.3N/mm2范圍內(nèi)，表面電阻在0.63-0.78之間，證明附著力和導(dǎo)電性能均十分良好。
【權(quán)利要求】
1.一種釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方，其特征在于該配方組成如下: 粉料:Mn 粉:0 ?10%，Al 粉:0 ?10%,Mg 粉:0 ?10%，CaO 粉:0 ?10%，Al2O3 粉:I ?10%，MgO 粉:0 ?10%，MnO 粉:1 ?10%，ZrO2 粉:0 ?10%，S12 粉:1 ?10% ； 溶劑:乙醇:1?15%，丙酮:1?15%，辛烯:1?10%，甲基乙基酮:1?10%，異丙醇:1?10%，松油醇:1?10% ； 添加劑:桉葉油:1?15%，桉葉油醇:1?15%，蓖麻硬化油:1?15%，蓖麻油脂肪酸:1?15%,吹制油:0?15%,已二酸二甲酯:0?15%, 二乙二醇丁醚醋酸酯:0?15%,松香:0?15%,甲基纖維素:0?15%,鄰苯二甲酸二乙酯:0?15%,聚乙烯醇:0?15%,甲基丙烯酸酯:0?15% ； 上述所有組分的含量所采用的百分比均為相應(yīng)組分占漿料配方總量的重量百分比； 所述粉料、溶劑和添加劑的用量還應(yīng)滿足以下要求:即粉料、溶劑和添加劑占漿料配方總量的重量百分比分別為3?20%、6?20%、5?30% ； 余量為平均粒徑0.1?10 μ m的超細(xì)鉬粉。
2.如權(quán)利要求1所述的釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方，其特征在于:所述粉料占漿料配方總量的重量百分比為3?8%。
3.如權(quán)利要求1所述的釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方，其特征在于:所述溶劑占漿料配方總量的重量百分比為6?15%。
4.如權(quán)利要求1所述的釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方，其特征在于:所述添加劑占漿料配方總量的重量百分比為20?30%。
5.如權(quán)利要求1所述的釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方，其特征在于:所述超細(xì)鉬粉的平均粒徑為0.5?5 μ m。
6.一種釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料的制備方法，其特征在于:采用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料配方，將配方混合后研磨制成漿料。
7.如權(quán)利要求6所述的釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料的制備方法，其特征在于:在研磨前對(duì)混合的配方進(jìn)行超聲分散。
8.一種釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化漿料的應(yīng)用，其特征在于:將權(quán)利要求6制成的漿料應(yīng)用于釬焊用氧化鋯陶瓷金屬化層的制備，具體包括以下步驟: (一)將漿料印刷或涂覆在氧化鋯素坯表面； (二)對(duì)印刷或涂覆有漿料的氧化鋯素坯進(jìn)行共燒結(jié)，首先以0.5?5°C /min的升溫速率加熱至80?120°C內(nèi)的某溫度，保溫60?120min ;接著以0.5?3°C /min的升溫速率加熱至300?600°C內(nèi)的某溫度，保溫60?120min ;然后以0.5?3°C /min的升溫速率加熱至700?1200°C內(nèi)的某溫度，保溫60?120min ;最后以0.5?3°C /min的升溫速率加熱至1250?1700°C內(nèi)的某溫度，保溫60?120min后自然冷卻至常溫，制得金屬化層。
【文檔編號(hào)】C04B41/88GK104387118SQ201410659359
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】魯盛會(huì), 向藍(lán)翔, 李金英 申請(qǐng)人:中國原子能科學(xué)研究院