一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法
【专利摘要】本发明公开了一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，步骤一、将质量分数为1.5~3wt.%的纳米氮化硅颗粒、质量分数为2~4wt.%的Ti粉与AgCu粉末进行机械球磨4~6h，提到复合钎料；步骤二、将球磨后的复合钎料与预处理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材进行装配，保持钎料粉厚度在50~200μm之间；步骤三、将装配好的钎焊接头放入真空炉中，在真空环境下加热至840℃~900℃，保温5min~30min，即实现多孔陶瓷与合金基体之间高强度的有效连接，本发明技术方案能够有效解决多孔陶瓷与TiAl基合金的连接问题，获得力学性能优良的钎焊接头。
【专利说明】
一种多孔氮化硅陶瓷与T i Al基合金的真空钎焊方法
技术领域
[0001]本发明涉及雷达天线罩制造技术领域，具体涉及一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法。
【背景技术】
[0002]我们知道，多孔氮化硅陶瓷因其良好的透波性，室温和高温环境中都具备优秀的机械性能，以及较低的介电常数而被应用于制造雷达天线罩的罩体材料，而雷达天线罩体在应用过程中需要与具有高的比强度、比刚度，良好的抗氧化性及优异的高温力学性能的TiAl基合金支架进行有效的连接。然而陶瓷与金属之间的热膨胀系数和杨氏模量等存在较大的差异，在连接过程中母材之间易产生较大的残余应力而影响连接接头的性能。为了解决这一问题，研究人员在陶瓷与金属的连接中引入了复合钎料的概念，即在普通金属基钎料中引入第二相颗粒或纤维等，使其在连接过程中产生了类似与金属基复合钎料的界面组织以缓解异种材料母材之间的热膨胀系数、杨氏模量的差异。这种复合钎料的思路被引入并应用到本发明之中，以得到多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的有效钎焊连接。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种能够实现多孔陶瓷与合金基体之间高强度的有效连接，钎焊接头力学性能优良的多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法。
[0004]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，包括如下步骤:
步骤一、将纳米氮化娃颗粒、Ti粉和AgCu粉末机械球磨4?6h，得到复合钎料，所述的复合钎料中含有重量分数为I.5~3wt.%的纳米氮化硅颗粒，重量分数为2?4wt.%的Ti粉、余量为AgCu粉末；
步骤二、将球磨后的复合钎料与预处理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材进行装配，保持钎料粉厚度在50?200μπι之间，
步骤三、将装配好的钎焊接头放入真空炉中，在真空环境下加热至840°C~900°C，保温5min?30mino
[0005]本发明中步骤一中所述的纳米氮化娃颗粒的尺寸为20nm?50nm，Ti粉和AgCu共晶粉末的尺寸为I Ομπι?50μηι。
[0006]本发明步骤二中多孔氮化硅母材的孔隙率为45%?60%。
[0007]本发明步骤二中预处理后的TiAl基合金是指化学组分为T1-46Al-2Nb-2Cr的TiAl
I=IO
[0008]本发明步骤二中预处理后的多孔氮化硅母材是指组分为92%Si3N4 +6% Y2 O3 +2%AI2 O3的多孔陶瓷。
[0009]本发明步骤二中TiAl基合金和多孔氮化硅母材的待焊面用200#、400#、800#SiC砂纸进行打磨，并在丙酮溶液中超声清洗15min?20min。
[0010]本发明步骤三中，为保证钎料与母材之间的充分接触，在装配件上方施加0.5MPa?2MPa的轴向压力，更优先I.5MPa的轴向压力，以提高接头质量。
[0011]进一步，本发明的钎焊方法在钎焊过程中保证炉内真空度为10—2?10—4Pa,钎焊升温速率为5°C/min?10°C/min，冷却速率为l°C/min?5°C/min。
[0012]本发明步骤三中，为保证钎料与母材之间的充分接触，在装配件上方施加1.5MPa的轴向压力，钎焊过程中保证炉内真空度为I O—4Pa，钎焊升温速率为1 °C /min，冷却速率为I0C/min0
[0013]本发明实现多孔陶瓷与合金基体之间高强度的有效连接，钎焊接头的力学性能优良，提高了多孔陶瓷与金属钎焊接头的扩广应用。
【附图说明】
[0014]图1是本发明的一种连接接头的背散射照片。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，包括如下步骤:
步骤一、将纳米氮化娃颗粒、Ti粉和AgCu粉末机械球磨4?6h，得到复合钎料，所述的复合钎料中含有重量分数为I.5~3wt.%的纳米氮化硅颗粒，重量分数为2?4wt.%的Ti粉、余量为AgCu粉末；
步骤二、将球磨后的复合钎料与预处理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材进行装配，保持钎料粉厚度在50?200μπι之间，
步骤三、将装配好的钎焊接头放入真空炉中，在真空环境下加热至840°0900°(:，保温5min?30min;所述的纳米氮化娃颗粒的尺寸为20nm?50nm，Ti粉和AgCu共晶粉末的尺寸为10μπι~50μπι;骤二中多孔氮化硅母材的孔隙率为45%?60%;步骤二中预处理后的TiAl基合金是指化学组分为T1-46Al-2Nb-2Cr的TiAl合金;步骤二中预处理后的多孔氮化硅母材是指组分为92%Si3N4 +6% Y2 O3 +2%A12 O3的多孔陶瓷;步骤二中TiAl基合金和多孔氮化硅母材的待焊面用200#、400#、800#SiC砂纸进行打磨，并在丙酮溶液中超声清洗15min?20min;步骤三中，为保证钎料与母材之间的充分接触，在装配件上方施加0.5MPa?2MPa的轴向压力，以提高接头质量;钎焊过程中保证炉内真空度为10—2?10—4Pa，钎焊升温速率为5 °C/min?10 °C/min，冷却速率为l°C/min?5°C/min，另外，本发明步骤三中，为保证钎料与母材之间的充分接触，在装配件上方施加1.5MPa的轴向压力，钎焊过程中保证炉内真空度为10—4Pa,钎焊升温速率为10°C/min，冷却速率为l°C/min。
[0017]实施例1:
步骤一、多孔氮化硅的孔隙率为45%?60%，将质量分数为1.5?3wt.%尺寸为20nm?50nm的纳米氮化娃颗粒、质量分数为2?4wt.%尺寸为ΙΟμπι?50μηι的Ti粉与AgCu粉末进行机械球磨4?6h0
[0018]步骤二、TiAl基合金和多孔氮化硅母材的待焊面用200#、400#、800#SiC砂纸进行打磨，并在丙酮溶液中超声清洗15min?20min。将球磨后的复合钎料与预处理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材进行装配，保持钎料粉厚度在50?200μπι之间。
[0019]步骤三、为保证钎料与母材之间的充分接触，在装配件上方施加0.5MPa?2MPa的轴向压力，将装配好的钎焊接头放入真空炉中，在真空度10—2?10—4Pa环境下以升温速率为5°C/min?10°C/min加热至840°C?900°C，保温5min?30min，再以I°C/min?5°C/min的冷却速率冷却至室温。
[0020]实施例2:
本实施例与实施例1的不同点在于步骤一中多孔氮化硅的孔隙率为50%。其它步骤与具体实施例1相同。
[0021]实施例3:
本实施例与实施例2的不同点在于步骤一中纳米氮化硅颗粒的质量百分比为2wt.%，Ti粉的质量百分比为2wt.%。其它步骤与具体实施例2相同。
[0022]实施例4:
本实施例与实施例3的不同点在于步骤三中钎焊工艺参数为升温速率10°C/min，钎焊温度为860°C，保温时间为lOmin，后以TC/min冷却至室温。其它步骤与具体实施例3相同。
[0023]实施例5:
本实施例与实施例3的不同点在于步骤三中钎焊工艺参数为升温速率10°C/min，钎焊温度为880°C，保温时间为20min，后以3°C/min冷却至室温。其它步骤与具体实施例3相同。
[0024]实施例6:
本实施例与实施例3的不同点在于步骤三中钎焊工艺参数为升温速率5 °C/min，钎焊温度为900°C，保温时间为lOmin，后以5°C/min冷却至室温。其它步骤与具体实施例3相同。
[0025]实施例7:
本实施例与实施例2的不同点在于步骤二中钎料粉的厚度为ΙΟΟμπι。其它步骤与具体实施例2相同。
[0026]实施例8:
本实施例与实施例2的不同点在于步骤三中，为保证钎料与母材之间的充分接触，在装配件上方施加1.5MPa的轴向压力，钎焊过程中保证炉内真空度为10—4Pa,钎焊升温速率为10°〇/!!1；[11，冷却速率为1°(^/111；[11。
[0027]以上对本发明实施例所提供的一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1.一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一、将纳米氮化娃颗粒、Ti粉和AgCu粉末机械球磨4?6h，得到复合钎料，所述的复合钎料中含有重量分数为I.5~3wt.%的纳米氮化硅颗粒，重量分数为2?4wt.%的Ti粉、余量为AgCu粉末； 步骤二、将球磨后的复合钎料与预处理后的TiAl基合金和多孔氮化硅母材进行装配，保证钎料粉厚度在50?200μπι之间， 步骤三、将装配好的钎焊接头放入真空炉中，在真空环境下加热至840°0900°(:，保温5min?30mino2.根据权利要求1所述的一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，其特征在于:步骤一中所述的纳米氮化娃颗粒的粒径为20nm?50nm，Ti粉和AgCu共晶粉末的粒径为1um?5Oumο3.根据权利要求1所述的一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，其特征在于:步骤二中多孔氮化硅母材的孔隙率为45%?60%。4.根据权利要求1所述的一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，其特征在于:步骤二中预处理后的TiAl基合金是指化学组分为T1-46Al-2Nb-2Cr的TiAl合金。5.根据权利要求1或4所述的一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，其特征在于:步骤二中预处理后的多孔氮化硅母材是指组分为92%Si3N4 +6% Y2 O3 +2%A12 O3的多孔陶瓷。6.根据权利要求1所述的一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，其特征在于:步骤二中TiAl基合金和多孔氮化硅母材的待焊面用200#、400#、800#SiC砂纸进行打磨，并在丙酮溶液中超声清洗15min?20min。7.根据权利要求1所述的一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，其特征在于:步骤三中，为保证钎料与母材之间的充分接触，在装配件上方施加0.5MPa?2MPa的轴向压力。8.根据权利要求1或7所述的一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，其特征在于:钎焊过程中保证炉内真空度为I X 10—2?I X 10—4Pa，钎焊升温速率为5°C/min?10°C/min，冷却速率为 I °C/min?5°C/min。9.根据权利要求8所述的一种多孔氮化硅陶瓷与TiAl基合金的真空钎焊方法，其特征在于:步骤三中装配件上方施加轴向压力为1.5MPa。
【文档编号】C04B37/02GK106007773SQ201610347362
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】宋晓国, 赵璇, 赵一璇, 檀财旺, 赵洪运, 刘多, 曹健, 冯吉才
【申请人】哈尔滨工业大学（威海）