一種激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于陶瓷與金屬連接技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低應(yīng)力且力學(xué)性能均勻的激 光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 陶瓷材料在航空、航天、軍工、核能、汽車等方面應(yīng)用廣泛。但這種材料塑性差，加 工困難，不易制成大型或形狀復(fù)雜的構(gòu)件，因此其使用受到限制。一般的金屬材料具有優(yōu)良 的成型能力，但與陶瓷材料相比，其高溫性能、耐腐蝕性能及極端條件下的服役性能較差。 為了發(fā)揮兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，有必要實(shí)現(xiàn)對(duì)陶瓷和金屬之間的連接。目前，連接陶瓷與金 屬最常見(jiàn)的方法是釬焊，采用該技術(shù)制成的陶瓷-金屬接頭不僅能發(fā)揮陶瓷和金屬各自的 優(yōu)良性能，滿足更多設(shè)計(jì)與加工需求，同時(shí)還有成本低、操作簡(jiǎn)單、連接強(qiáng)度高及性能穩(wěn)定 等諸多優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 陶瓷-金屬連接主要涉及到兩個(gè)問(wèn)題：（1)潤(rùn)濕性問(wèn)題：由于金屬釬料表面的物理 和化學(xué)性質(zhì)與陶瓷相比差異較大，一般的金屬釬料難以對(duì)陶瓷表面形成潤(rùn)濕；（2)殘余應(yīng) 力問(wèn)題：一般的金屬材料與陶瓷之間熱膨脹系數(shù)差異較大，釬焊降溫過(guò)程中，容易在接頭的 連接界面附近形成高的殘余應(yīng)力。
[0004] 對(duì)于潤(rùn)濕性問(wèn)題可以往釬料內(nèi)添加活性元素，通過(guò)活性元素與陶瓷之間的反應(yīng)來(lái) 得到解決。對(duì)于殘余應(yīng)力問(wèn)題，常見(jiàn)的緩解方法有：調(diào)整陶瓷和金屬的CTE差；采用較低 的溫度或慢的冷卻速度；接頭中插入中間層或緩沖層；采用緩和結(jié)構(gòu)等。由于陶瓷和金屬 之間的熱膨脹系數(shù)相差很大，調(diào)整兩種材料的CTE錯(cuò)配及降溫慢冷的方法效果十分有限； 而插入中間層或緩解層往往會(huì)使得釬料層內(nèi)引入額外的反應(yīng)相，損害接頭的力學(xué)性能。為 了獲得低殘余應(yīng)力且穩(wěn)定可靠的陶瓷-金屬接頭，需要找出一種緩解接頭殘余應(yīng)力的新方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種低應(yīng)力且力學(xué)性能 均勻的激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法。
[0006] 所述的一種激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法，其特征在于包括以下 步驟： 1) 選用特定粒徑范圍的碳化硅粉末，采用氫氟酸酸洗除去其中的雜質(zhì)，隨后烘干得碳 化硅粉末； 2) 將步驟1 )得到的碳化硅粉末通過(guò)粉末供給裝置連續(xù)送粉，在金屬待焊面上實(shí)施激 光熔敷，令碳化硅粉末均勻分布于金屬的待連接表面； 3 )對(duì)激光熔敷后的焊件進(jìn)行熱處理，消除激光熔敷過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力； 4 )采用常規(guī)的釬焊方式實(shí)施釬焊，得到低殘余應(yīng)力且應(yīng)力分布均勻的釬焊接頭。
[0007] 所述的一種激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法，其特征在于步驟3 )中 所述熱處理為在650-700°C條件下保溫2-3h后，隨爐緩冷。
[0008] 所述的一種激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法，其特征在于步驟3 )中 激光熔敷前對(duì)金屬進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300-350 °C。
[0009] 所述的一種激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法，其特征在于激光熔敷 前對(duì)被處理物進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300-350°C。
[0010] 所述的一種激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法，其特征在于碳化硅粉 末粒徑為10-50 ym。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，較之傳統(tǒng)的緩解殘余應(yīng)力方法，本方法得到的釬焊接頭有殘余 應(yīng)力低、力學(xué)性能均勻、接頭內(nèi)成分穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是使用該方法形成釬焊接頭的原理示意圖 圖中陶瓷焊件，2-釬縫，3-碳化硅粉末，4-金屬焊件。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并 不僅限于此： 如圖1所示，本發(fā)明的激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法，包括以下步驟： 1) 選用特定粒徑范圍的碳化硅粉末3,采用氫氟酸酸洗除去其中的雜質(zhì)，隨后烘干得碳 化硅粉末3 ; 2) 將步驟1 )得到的碳化硅粉末3通過(guò)粉末供給裝置連續(xù)送粉，在金屬待焊面上實(shí)施 激光熔敷，令碳化硅粉末3均勻分布于金屬焊件4的待連接表面； 3 )對(duì)激光熔敷后的金屬焊件4進(jìn)行熱處理，消除激光熔敷過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力； 4 )采用常規(guī)的釬焊方式實(shí)施釬焊，碳化硅粉末3熔化進(jìn)入釬縫2中，與陶瓷焊件1連 接，得到低殘余應(yīng)力且應(yīng)力分布均勻的釬焊接頭。
[0014] 實(shí)施例1 :以釬焊連接碳化硅陶瓷與Ni基合金為例。
[0015] 首先，選用粒徑為10 的碳化硅粉末，采用氫氟酸酸洗的方式除去其中的雜質(zhì)， 隨后烘干； 第二，在激光熔敷前對(duì)待處理的哈氏合金進(jìn)行預(yù)熱處理，在300-350°C下保溫0. 5h ; 第三，在哈氏合金待焊面上實(shí)施激光熔敷，令碳化硅陶瓷顆粒均勻分布于Ni基合金的 待連接截面； 第四，對(duì)激光熔敷后焊件進(jìn)行熱處理，在650-700°C條件下保溫2-3h后，隨爐緩冷，以 消除激光熔敷過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力； 第五，采用常規(guī)的釬焊方式實(shí)施釬焊，得到低殘余應(yīng)力且應(yīng)力分布均勻的釬焊接頭。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，較之傳統(tǒng)的緩解殘余應(yīng)力方法，本方法得到的釬焊接頭有殘余 應(yīng)力低、力學(xué)性能均勻、接頭內(nèi)成分穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 選用特定粒徑范圍的碳化硅粉末，采用氫氟酸酸洗除去其中的雜質(zhì)，隨后烘干得碳 化硅粉末； 2) 將步驟1)得到的碳化硅粉末通過(guò)粉末供給裝置連續(xù)送粉，在金屬待焊面上實(shí)施激 光熔敷，令碳化硅粉末均勻分布于金屬的待連接表面； 3 )對(duì)激光熔敷后的焊件進(jìn)行熱處理，消除激光熔敷過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力； 4 )采用常規(guī)的釬焊方式實(shí)施釬焊，得到低殘余應(yīng)力且應(yīng)力分布均勻的釬焊接頭。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法，其特征在 于步驟3 )中所述熱處理為在650-700°C條件下保溫2-3h后，隨爐緩冷。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法，其特征在 于步驟3 )中激光熔敷前對(duì)金屬進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300-350°C。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法，其特征在 于激光熔敷前對(duì)被處理物進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度為300-350°C。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法，其特征在 于碳化娃粉末粒徑為10-50ym。
【專利摘要】本發(fā)明是一種激光熔敷技術(shù)用于連接陶瓷與金屬的新方法。該方法選用特定粒徑范圍的碳化硅粉末，通過(guò)粉末供給裝置連續(xù)送粉，在哈氏合金待焊面上實(shí)施激光熔敷，令碳化硅陶瓷顆粒均勻分布于金屬的待連接表面。再對(duì)激光熔敷后焊件進(jìn)行熱處理，以消除激光熔敷過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。隨后釬焊得到的接頭具有殘余應(yīng)力低、力學(xué)性能均勻、接頭內(nèi)成分穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】C04B37/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105174991
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】賀艷明, 沈寒旸, 楊建國(guó), 謝志剛, 高增梁
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年9月25日