一種氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料的低溫快速焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料焊接技術(shù)，具體涉及一種氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料的低溫快速焊接方法，在500-1200°C溫度范圍內(nèi)，在臨界電流密度(實(shí)現(xiàn)材料之間快速焊接所需的最小電流密度)輔助下實(shí)現(xiàn)材料之間快速焊接的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近半個(gè)世紀(jì)以來，隨著對(duì)陶瓷材料理論研究的深入和開發(fā)利用，以Zr02陶瓷為代表之一的高性能結(jié)構(gòu)陶瓷在工程技術(shù)領(lǐng)域中越來越受到重視。氧化鋯(Zr02)陶瓷是二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的一類具有很大應(yīng)用前景的新型結(jié)構(gòu)陶瓷，因?yàn)槠渚哂袃?yōu)良的力學(xué)性能及耐高溫、耐腐蝕性，所以倍受海內(nèi)外學(xué)者的矚目。同時(shí)，雖然氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高韌性等優(yōu)良性能，但其低溫和高溫性能仍然不能滿足當(dāng)前需要，而復(fù)合化是改善其性能的有效途徑之一，即向氧化鋯基體中添加顆粒、晶須或片晶，利用其與基體的作用機(jī)制實(shí)現(xiàn)性能改善，從而形成了一系列氧化鋯基復(fù)合陶瓷材料。另外，自1975年Ganrie Hannik和Pascoet發(fā)現(xiàn)Zr02陶瓷相變?cè)鲰g特性以來，以ZrO 2為增韌劑的復(fù)合材料也得到了空前的發(fā)展。
[0003]不但在結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域倍受青睞，氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料還被廣泛應(yīng)用于壓電元器件、陶瓷電容器等功能陶瓷領(lǐng)域。
[0004]目前關(guān)于氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料材料焊接的研究大多是在一定的高溫(多 1200 °C )下進(jìn)行的，文獻(xiàn)“Microstructure and mechanical ProPertiesof suPerPlastically joined yttria-Partially-stabi1ized zirconia(Y-PSZ)ceramics [J].Journal of the EuroPean Ceramic Society 2000，20:147—151.，，報(bào)道了一種在1400°C下通過塑性變形實(shí)現(xiàn)氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料之間的焊接，該方法的實(shí)質(zhì)是在一定的高溫下通過離子的熱擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)陶瓷之間的焊接。有時(shí)為了降低焊接溫度通過加入一定的中間層進(jìn)行擴(kuò)散焊或釬焊，文獻(xiàn)“Joining of Zirconia-to-ZirconiaUsing Ca0-Mg0-Si02-Al203Glasses [J].Journal of the Ceramic Society of Japan1996，104[4]:345-347” 報(bào)道了采用 Ca0-Mg0_Si02-Al203玻璃作為中間層，在 1250 °C 和1350°C進(jìn)行擴(kuò)散焊接。這些方法不但焊接溫度高，并且需要的時(shí)間長(多1小時(shí))。文獻(xiàn)“Electric field assisted bonding of ceramics[J].Materials Science andEngineering A, 2000, 287:159 - 170.”采用了電場輔助下的焊接，但由于其采用的電流/電壓小，沒有達(dá)到臨界值，所以其焊接行為與普通的沒有電場輔助的焊接類似，仍然需要在較高的溫度(彡1200°C )和較長時(shí)間(彡1小時(shí))下進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問題
[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料的低溫快速焊接方法，通過在一定壓強(qiáng)下(彡0.5MPa)，500-1200°C溫度范圍內(nèi)，給樣品施加臨界值以上的電流密度，實(shí)現(xiàn)氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料之間的快速焊接。
[0007]技術(shù)方案
[0008]—種氧化錯(cuò)或氧化錯(cuò)基復(fù)合材料的低溫快速焊接方法，其特征在于步驟如下:
[0009]步驟1:將燒結(jié)致密的氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料表面拋光；
[0010]步驟2:將需要焊接的氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料表面緊貼在一起，施加0.1MPa以上且低于氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度，即施加的壓力大小等于抗壓強(qiáng)度乘以焊接面積；
[0011]步驟3:加熱到焊接溫度為500°C彡T彡1200°C ；
[0012]步驟4:在被焊接的部位上施加一個(gè)不小于臨界值的電流密度的電流；并保持不小于30s的時(shí)間，完成氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料的焊接；所述不小于臨界值的電流密度的電流為:不小于臨界值的電流密度乘以需要焊接的面積等于操作時(shí)所施加的電流值。
[0013]所述步驟4中臨界值的電流密度J = 568-0.464T，其中J表示臨界電流密度，單位為mA/mm2;T表示焊接溫度，單位為°C。
[0014]所述步驟3中的加熱方式采用輻射加熱、激光加熱或燒結(jié)爐加熱，或采用其他加熱方式。
[0015]所述步驟1中表面拋光至1 μπι以下。
[0016]有益效果
[0017]本發(fā)明提出的一種氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料的低溫快速焊接方法，依據(jù)在于，氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料之間可以通過擴(kuò)散進(jìn)行質(zhì)量傳遞，進(jìn)而形成材料之間的擴(kuò)散連接。當(dāng)氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料中通過的電流密度大于某臨界值時(shí)可以在材料中實(shí)現(xiàn)快速傳質(zhì)。本發(fā)明采用臨界電場輔助的方法，在500°C到1200°C溫度范圍、臨界電流密度以上，通過施加預(yù)設(shè)壓力，實(shí)現(xiàn)氧化鋯與氧化鋯、氧化鋯與氧化鋯基復(fù)合材料或氧化鋯基復(fù)合材料與氧化鋯基復(fù)合材料之間的快速焊接。
【附圖說明】
[0018]圖1:本發(fā)明所涉及的氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料焊接示意圖
[0019]圖2:氧化錯(cuò)陶瓷在700°C、電流密度為350mA/mm2條件下經(jīng)過lOmin焊接所得樣品的掃描電鏡(SEM)照片。
[0020]圖3:氧化錯(cuò)陶瓷在700°C、電流密度為450mA/mm2條件下經(jīng)過lOmin焊接所得樣品的掃描電鏡(SEM)照片。
【具體實(shí)施方式】
[0021]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0022]實(shí)施例1:
[0023]步驟1:將燒結(jié)致密的氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料表面拋光至1 μπι以下；
[0024]步驟2:將需要焊接的氧化鋯或氧化鋯基復(fù)合材料表面緊貼在一起，施加3MPa的壓強(qiáng)，即施加的壓力大小等于抗壓強(qiáng)度乘以焊接面積；
[0025]步驟3:加熱到焊接溫度為700°C ;所述加熱方式采用輻射加熱、激光加熱或燒結(jié)爐加熱，或采用其他加熱方式
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