一种空气气氛下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接方法技术

一种空气气氛下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接方法，它涉及一种陶瓷的低温连接方法。本发明专利技术要解决现有常用陶瓷连接方法存在连接温度高、连接时间长、环境气氛要求高的问题。方法：一、预处理；二、将预处理后的钎料片置于两块预处理后的陶瓷之间，待连接件上下表面均设置与外接电源相连接的电极，将待连接件和表面设置的电极均置于连接炉上下压头之间，并施加单轴压力；三、连接前先调节电流值，将连接炉升温至连接温度，升高电压直至陶瓷导通，然后在特定电流下保温连接。本发明专利技术用于空气气氛下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接。下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接。下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接。

【技术实现步骤摘要】
一种空气气氛下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接方法


[0001]本专利技术涉及一种陶瓷的低温连接方法。

技术介绍

[0002]陶瓷材料具有优良性能，在诸多领域有着非常广泛的应用。如钙钛矿可应用于固体燃料电池、传感器等领域；MAX相兼具金属与陶瓷的优异性能，具有良好的耐磨性、高温化学性质稳定；碳化硅陶瓷具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优异性能，在航空航天、机械加工、清洁能源等领域有着非常广泛的应用，如碳化硅可用于航空发动机火焰筒、喷管调节片等高温部件的制造，以及磨削用磨具、磨料的制备，同时，由于碳化硅抗辐照，高温化学性能稳定，是核反应堆包层的首选材料。然而，由于陶瓷材料具有硬度高、塑性差的特点，这使得将陶瓷制备成大型、复杂构件面临着很大的挑战，因此，陶瓷加工制造技术的改进成为了学者们研究的热点。
[0003]焊接是一种常用的材料加工方法，焊接可以将不同材料、不同形状的部件有效连接成大型、复杂构件，如碳化硅陶瓷常用的连接方法有扩散连接、钎焊等。由于碳化硅内部C
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Si键合稳定，难以发生元素扩散，所以碳化硅陶瓷扩散连接通常需要加入中间层，并在高温、高压的环境下实现连接。由于碳化硅陶瓷难以被常规钎料润湿，如空气反应钎焊常用的Ag
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CuO钎料，故碳化硅陶瓷钎焊通常选用能与碳化硅发生反应的活性钎料，如Ag
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Cu
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Ti，然而由于活性钎料易氧化，所以钎焊过程需要在真空环境下进行。上述常用的连接方法，通常需要真空环境，设备造价较高，连接时间较长。/>
技术实现思路

[0004]本专利技术要解决现有常用陶瓷连接方法存在连接温度高、连接时间长、环境气氛要求高的问题，进而提供一种空气气氛下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接方法。
[0005]一种空气气氛下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接方法，它按以下步骤进行的：
[0006]一、将导电陶瓷及钎料片分别进行预处理，得到预处理后的陶瓷及预处理后的钎料片；
[0007]二、将预处理后的钎料片置于两块预处理后的陶瓷之间，得到待连接件，待连接件上下表面均设置与外接电源相连接的电极，将待连接件和表面设置的电极均置于连接炉上下压头之间，并施加单轴压力；
[0008]三、连接前先将电流值调整至0.5A～12A，然后在空气气氛下，将连接炉升温至连接温度，并在连接温度下保温，然后在连接温度下，启动外接电源，以恒定速率升高外电场电压值直至陶瓷导通，电压瞬间下降并趋于稳定，电流瞬间上升至0.5A～12A并趋于稳定，在电流为0.5A～12A的条件下，保温1s～120s，保温完成后切断电源并冷却，得到陶瓷连接件。
[0009]本专利技术的有益效果是：
[0010]1、本专利技术利用碳化硅导电的特性，采用空气气氛下电场辅助闪光钎焊的方法，可以在400℃到600℃的温度区间内实现碳化硅陶瓷的可靠连接。电场的辅助局部加热为连接界面营造高温环境，界面升温迅速，界面温度高于钎料熔点，钎料融化，与碳化硅母材发生化学反应实现良好润湿，不需要真空环境，在空气气氛下，钎料或中间层基本不发生氧化；连接时间短(1s～120s)，可以有效抑制接头有害相的生成，连接效率高，接头强度高于同种钎料真空钎焊所得接头强度，实现了碳化硅陶瓷的低温高质量连接。
[0011]2、利用Ag
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Cu
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Ti钎料，在保持连接温度400℃，电流10A，压力0.4MPa的前提下，碳化硅陶瓷连接件接头抗剪强度最高可达70MPa。根据报道，Ag
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Cu
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Ti钎料真空钎焊碳化硅陶瓷所得接头强度普遍处于20～50MPa之间，由此可知，本专利技术提出的闪光钎焊使接头强度有较大提升，在空气气氛下即可实现碳化硅陶瓷的低温可靠连接。
附图说明
[0012]图1为实施例一空气气氛下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接方法示意图，1为氧化铝上下压头，2为铂片电极，3为钎料片，4为碳化硅陶瓷，5为单轴压力，6为马弗炉，7为加热电阻丝，8为外接电源；
[0013]图2为实施例二制备的碳化硅陶瓷连接件的接头组织照片；
[0014]图3为实施例三制备的碳化硅陶瓷连接件的接头组织照片；
[0015]图4为实施例四制备的碳化硅陶瓷连接件的接头组织照片；
[0016]图5为实施例五制备的碳化硅陶瓷连接件的接头组织照片；
[0017]图6为实施例六制备的碳化硅陶瓷连接件的接头组织照片；
[0018]图7为实施例七制备的碳化硅陶瓷连接件的接头组织照片；
[0019]图8为实施例八制备的碳化硅陶瓷连接件的接头组织照片。
具体实施方式
[0020]具体实施方式一：一种空气气氛下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接方法，它按以下步骤进行的：
[0021]一、将导电陶瓷及钎料片分别进行预处理，得到预处理后的陶瓷及预处理后的钎料片；
[0022]二、将预处理后的钎料片置于两块预处理后的陶瓷之间，得到待连接件，待连接件上下表面均设置与外接电源相连接的电极，将待连接件和表面设置的电极均置于连接炉上下压头之间，并施加单轴压力；
[0023]三、连接前先将电流值调整至0.5A～12A，然后在空气气氛下，将连接炉升温至连接温度，并在连接温度下保温，然后在连接温度下，启动外接电源，以恒定速率升高外电场电压值直至陶瓷导通，电压瞬间下降并趋于稳定，电流瞬间上升至0.5A～12A并趋于稳定，在电流为0.5A～12A的条件下，保温1s～120s，保温完成后切断电源并冷却，得到陶瓷连接件。
[0024]本具体实施方式步骤三焊前电流调整具体措施为：利用精密电阻将电流调整到所需电流值，选取的电阻规格为10Ω～30Ω，2500W～8000W。
[0025]本具体实施方式步骤三以恒定速率升高外电场电压值直至样品导通，样品导通主
要表现为：电压瞬间下降、电流瞬间上升，且二者在变化阶段呈现非线性负相关趋势，随即电压、电流趋于稳。导通后的电流值即为事先设定好的数值，样品导通到关闭电源所经历的时间即为连接时间，连接时间为1s～120s。
[0026]本具体实施方式步骤三连接温度区间内，所使用的钎料或中间层不会发生融化，且连接炉升温过程钎料或中间层基本不发生氧化，该连接温度低于常规的钎焊或扩散连接所需的温度。
[0027]本具体实施方式步骤三中钎料片大于碳化硅待连接面的尺寸，以避免连接过程中出现未钎透。
[0028]本具体实施方式对设备要求较低，设备造价低，常见的箱式马弗炉、管式马弗炉均可用于连接，经过改造的加热台也可使用。
[0029]本具体实施方式可以使用的外电场形式多样，如交流电源、直流电源、脉冲电源。
[0030]本具体实施方式适用于经过表面处理的陶瓷材料，陶瓷常见的表面处理有：表面金属化处理、表面激光刻槽处理、表面改性(物理涂敷、化学包覆、沉淀反应等)等。
[0031]本具体实施方式的有益效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空气气氛下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接方法，其特征在于是它按以下步骤进行的：一、将导电陶瓷及钎料片分别进行预处理，得到预处理后的陶瓷及预处理后的钎料片；二、将预处理后的钎料片置于两块预处理后的陶瓷之间，得到待连接件，待连接件上下表面均设置与外接电源相连接的电极，将待连接件和表面设置的电极均置于连接炉上下压头之间，并施加单轴压力；三、连接前先将电流值调整至0.5A～12A，然后在空气气氛下，将连接炉升温至连接温度，并在连接温度下保温，然后在连接温度下，启动外接电源，以恒定速率升高外电场电压值直至陶瓷导通，电压瞬间下降并趋于稳定，电流瞬间上升至0.5A～12A并趋于稳定，在电流为0.5A～12A的条件下，保温1s～120s，保温完成后切断电源并冷却，得到陶瓷连接件。2.根据权利要求1所述的一种空气气氛下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接方法，其特征在于步骤一中将导电陶瓷进行预处理具体是按以下步骤进行：切割导电陶瓷，然后对切割好的陶瓷的待连接表面依次用1200#、1500#和2000#的金刚石磨盘进行打磨，再利用无水乙醇或丙酮超声清洗1min～5min并干燥；步骤一中将钎料片进行预处理具体是按以下步骤进行：将钎料片剪裁，然后利用无水乙醇或丙酮超声清洗1min～5min并干燥。3.根据权利要求2所述的一种空气气氛下电场辅助闪光钎焊导电陶瓷的低温连接方法，其特征在于步骤一中所述的导电陶瓷为碳化硅陶瓷、钙钛矿陶瓷、尖晶石陶瓷、MAX相陶瓷、离子导体陶瓷或纤维增强的陶瓷基复合材料。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李淳，周龙，崔宏达，司晓庆，曹健，亓钧雷，冯吉才，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：