专利名称：陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法
技术领域：
本发明涉及钎焊焊接方法。
背景技术：
陶瓷及陶瓷基复合材料在航空航天领域应用越来越多，在很多结构件中要 涉及到陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的连接。但由于二者的热膨胀系数相差较 大，对焊接提出了很高的要求，因此通常采用机械连接的方式进行连接。而机 械连接势必会给结构件带来一定的消极重量。因此解决陶瓷及陶瓷基复合材料 与金属的焊接问题是其在上述领域中得以广泛应用的有力保障。公开号为CN1528714A的专利提出了一种碳、陶瓷非金属材料与金属材 料的连接方法，即对陶瓷或复合材料进行除油、活化、敏化、预镀的表面处理， 再采用化学镀镍或铜的工艺实现陶瓷或复合材料表面金属化，之后放到电铸电 解液中经过20-40小时的电铸，最后利用金属电铸镀层的可焊性和塑性加工性 能，把电铸镀层稍许加工后直接与金属件焊接或螺纹连接。可见该方法过程冗 繁，工艺较为复杂耗时。发明内容本发明的目的是为了解决现有陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的连接工艺 复杂的问题，提供了一种陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法。本发明陶瓷与钛合金的钎焊焊接方法如下将表面经过打磨和超声清洗处理后的陶瓷、钛合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷/AgCu/Ni/钛合金的顺序 叠放，然后放入真空度为lxl(T5torr 5xl()-5torr的真空钎焊炉中，然后以 10 20°C/min的加热速度使钎焊温度为950~1080°C ，并且在温度为 950 1080°C、保温时间为l~45min的条件下进行钎焊连接，然后先以 5 1(TC/min的速度冷却到250 30(TC，再随炉冷却至室温，即完成钎焊连接； 其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110nm~280,， AgCu 箔片和Ni箔片的厚度比为1.25-20: 1。本发明陶瓷与钛合金的钎焊焊接方法的步骤一中所述的陶瓷是A1203陶瓷 或Si02玻璃陶瓷；步骤一中所述的钛合金是TC4合金或Ti3Al合金。本发明陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法如下将表面经过打磨和 超声清洗处理后的陶瓷基复合材料、钛合金、AgQi箔片和Ni箔片按照陶瓷 基复合材料/AgCu/Ni/钛合金的顺序叠放，然后放入真空度为lxl(T5torr ~5xl0-5torr的真空钎焊炉中，然后以10~20°C/min的加热速度使钎焊温度为 950~1080°C，并且在温度为950~1080°C、保温时间为l~45min的条件下进行 钎焊连接，然后先以5 10°C/min的速度冷却到250~30(TC，再随炉冷却至室 温，即完成钎焊连接；其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为 110jim 28(Him， AgCu箔片和Ni箔片的厚度比为1.25-20: 1。本发明陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法的步骤一所述的陶瓷基复 合材料是Ni基TiC金属陶瓷或C/SiC复合材料；步骤一中所述的钛合金是TC4 合金或TVV1合金。本发明实现了陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接，工艺过程简单 易行，接头的抗剪强度可达26 227MPa。本发明方法在升温过程中，AgCu箔 片首先熔化，然后Ti和Ni形成反应液相，且AgCu箔片的熔化对随后Ti、 Ni 反应液相的形成起到了促进作用。并且液态Ti元素本身扩散能力极强，所以 Ti合金从接头的Ti合金侧扩散到陶瓷或陶瓷基复合材料侧，Ti合金与之反应， 形成反应层，实现连接。本发明在焊前不需对陶瓷或复合材料进行表面预金属 化，只需将钎料按顺序放置到陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金中间，直接钎焊 而成，过程简单。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方 式间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式中陶瓷与钛合金的钎焊焊接方法如下将表 面经过打磨和超声清洗处理后的陶瓷、钛合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷/AgCu/Ni/钛合金的顺序叠放，然后放入真空度为lxlO-Storr 5xlO-Storr的真 空钎焊炉中，然后以10~20°C/min的加热速度使钎焊温度为950 1080°C，并 且在温度为950~1080°C、保温时间为l~45min的条件下进行钎焊连接，然后先以5~10°C/min的速度冷却到250~300°C，再随炉冷却至室温，即完成钎焊 连接；其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为ll(Vm~280nm， AgCu箔片和Ni箔片的厚度比为1.25-20: 1。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中AgCu 箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为115nm 20(Him。其它与具体实施方 式一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中AgCu 箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为205pm 275^im。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中所述的陶瓷是Al203陶瓷或Si02玻璃陶瓷。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一中所述的钛合金是TC4合金或Ti3Al合金。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二中真空度 为1.5xl(r5torr 2xl(T5torr。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二中真空度为2.5><10-5torr 4.5xl0-5torr。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二中钎焊温度为955 980'C。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二中钎焊温 度为985 1075'C。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二中钎焊温 度为97(TC。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十一本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二中钎焊 温度为1000°C。其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十二本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤二中加热 速度为15"C/min，其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
十三本实施方式与具体实施方式
一不同的是陶瓷与钛合金的钎焊焊接方法如下 一、将表面经过打磨和丙酮溶液超声清洗处理后的Si02玻璃陶瓷、TC4合金、AgCu箔片和Ni箔片按照Si02玻璃陶瓷/AgCu/Ni/TC4 合金的次序进行组装，其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为 11(Him 280pim; 二、将经过步骤一组装后的材料放入真空钎焊炉中，在真空 度为lxlO-5torr~5xl(r5torr、钎焊温度为970~980°C、加热速度为10~20°C/min、 保温时间为10~15min的条件下进行钎焊连接，然后先以5~10°C/min的速度冷 却到250 30(TC，最后随炉冷却至室温，即完成Si02玻璃陶瓷与TC4合金的 钎焊连接。钎焊后进行焊接接头的强度测试，接头的抗剪强度为110MPa，断裂发生 在Si02母材上，此时焊接接头强度超过了 Si02母材强度。
具体实施方式
十四本实施方式与具体实施方式
一不同的是陶瓷与钛合金 的钎焊焊接方法如下 一、将表面经过打磨和丙酮溶液超声清洗处理后的A1203 陶瓷、TC4合金、AgCu箔片和Ni箔片按照Al203陶瓷/AgCu/Ni/TC4合金的 次序进行组装，其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为 11(Him 280^im; 二、将经过步骤一组装后的材料放入真空钎焊炉中，在真空 度为lxl0-5torr 5xl(T5torr、钎焊温度为970 1000°C 、加热速度为10~20°C/min、 保温时间为15~20min的条件下进行钎焊连接，然后先以5 10°C/min的速度冷 却到250 30(TC，最后随炉冷却至室温，即完成Al203陶瓷与TC4合金的钎焊 连接。钎焊后进行焊接接头的强度测试，接头的抗剪强度为38MPa，断裂发生在 八1203陶瓷母材上。
具体实施方式
十五本实施方式中陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方 法如下将表面经过打磨和超声清洗处理后的陶瓷基复合材料、钛合金、AgCu 箔片和Ni箔片按照陶瓷基复合材料/AgCu/Ni/钛合金的顺序叠放，然后放入真 空度为lxl(r5torr ~5xl(r5torr的真空钎焊炉中，然后以10~20°C/min的加热速 度使钎焊温度为950 1080°C，并且在温度为950 1080。C、保温时间为l~45min 的条件下进行钎焊连接，然后先以5 10°C/min的速度冷却到250~300°C，再 随炉冷却至室温，即完成钎焊连接；其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔 片的总厚度为110, 280拜，AgCu箔片和Ni箔片的厚度比为L25 20: 1。
具体实施方式
十六本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤一中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为115pm 200拜。其它与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
十七本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤一中AgQi箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为205nm 275pm。其它与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
十八本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤一所述的陶瓷基复合材料是Ni基TiC金属陶瓷或C/SiC复合材料。其它与具体实施 方式十五相同。
具体实施方式
十九本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤一中所 述的钛合金是TC4合金或Ti3Al合金。其它与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
二十本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤二中真 空度为1.5xl(T5torr~2xlO'5torr。其它与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
二十一本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤二中 真空度为2.5xl(T5t0rr 4.5xl(r5torr。其它与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
二十二本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤二中 钎焊温度为955 98(TC。其它与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
二十三本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤二中 钎焊温度为985~1075°C。其它与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
二十四本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤二中 钎焊温度为97(TC。其它与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
二十五本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤二中 钎焊温度为100(TC。其它与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
二十六本实施方式与具体实施方式
十五不同的是步骤二中加热速度为15°C/min，其它与具体实施方式
十五相同。
具体实施方式
二十七本实施方式中陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法如下 一、将表面经过打磨和丙酮溶液超声清洗处理后的Ni基TiC金属 陶瓷、TC4合金、AgCu箔片和Ni箔片按照Ni基TiC金属陶瓷/AgCu/Ni/ TC4 合金的次序进行组装，其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为 ll(Him 28(^m; 二、将经过步骤一组装后的材料放入真空钎焊炉中，在真空度为lxl0-5torr 5xl0-5torr、钎焊温度为1050~1080°C、加热速度为10~20°C/min、 保温时间为10~15min的条件下进行钎焊连接，然后先以5 10°C/min的速度冷 却到250 30(TC，最后随炉冷却至室温，即完成Ni基TiC金属陶瓷与TC4合金的钎焊连接。钎焊后进行焊接接头的强度测试，接头的抗剪强度为227MPa，断裂发生在钎焊焊缝处。
具体实施方式
二十八本实施方式中陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法如下 一、将表面经过打磨和丙酮溶液超声清洗处理后的C/SiC复合材料、TC4合金、AgCu箔片和Ni箔片按照C/SiC复合材料/AgCu/Ni/TC4合金的次 序进行组装，其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为 110)am 28(Him; 二、将经过步骤一组装后的材料放入真空钎焊炉中，在真空 度为lxl(T5torr 5xl(T5torr、钎焊温度为970 1000。C、加热速度为10 20°C/min、 保温时间为15 20min的条件下进行钎焊连接，然后先以5 10°C/min的速度冷 却到250 300°C ，最后随炉冷却至室温，即完成C/SiC复合材料与TC4合金的 钎焊连接。钎焊后进行焊接接头的强度测试，接头的抗剪强度为26MPa，断裂发生在钎焊焊缝处。
具体实施方式
二十九本实施方式中陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接 方法如下 一、将表面经过打磨和丙酮溶液超声清洗处理后的Ni基TiC金属 陶瓷、T^A1合金、AgCu箔片和Ni箔片按照Ni基TiC金属陶瓷/AgCu/Ni/Ti3Al 合金的次序进行组装，其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为 110^im~280^im; 二、将经过步骤一组装后的材料放入真空钎焊炉中，在真空 度为lxl0-5torr 5xl0-5torr、钎焊温度为1050~1080°C 、加热速度为10~20°C/min、 保温时间为10~15min的条件下进行钎焊连接，然后先以5 10。C/min的速度冷 却到250 300。C，最后随炉冷却至室温，即完成Ni基TiC金属陶瓷与Ti3Al 合金的钎焊连接。钎焊后进行焊接接头的强度测试，接头的抗剪强度为137MPa，断裂发生 在钎焊焊缝处。
权利要求
1、一种陶瓷与钛合金的钎焊连接方法，其特征在于陶瓷与钛合金的钎焊焊接方法如下将表面经过打磨和超声清洗处理后的陶瓷、钛合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷/AgCu/Ni/钛合金的顺序叠放，然后放入真空度为1×10-5torr～5×10-5torr的真空钎焊炉中，然后以10～20℃/min的加热速度使钎焊温度为950～1080℃，并且在温度为950～1080℃、保温时间为1～45min的条件下进行钎焊连接，然后先以5～10℃/min的速度冷却到250～300℃，再随炉冷却至室温，即完成钎焊连接；其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110μm～280μm，AgCu箔片和Ni箔片的厚度比为1.25～20∶1。
2、 根据权利要求1所述的陶瓷与钛合金的钎焊连接方法，其特征在于步骤 一中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为115pm 20(Him。
3、 根据权利要求1所述的陶瓷与钛合金的钎焊连接方法，其特征在于步骤 一中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为205pm 275|_im。
4、 根据权利要求1所述的陶瓷与钛合金的钎焊连接方法，其特征在于步骤 一中所述的陶瓷是八1203陶瓷或Si02玻璃陶瓷。
5、 根据权利要求1所述的陶瓷与钛合金的钎焊连接方法，其特征在于步骤 一中所述的钛合金是TC4合金或Ti3Al合金。
6、 一种陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接方法，其特征在于陶瓷基复合 材料与钛合金的钎焊焊接方法如下将表面经过打磨和超声清洗处理后的陶瓷 基复合材料、钛合金、AgCu箔片和Ni箔片按照陶瓷基复合材料/AgCu/Ni/钛 合金的顺序叠放，然后放入真空度为lxl(T5torr 5xl0-storr的真空钎焊炉中， 然后以10~20°C/min的加热速度使钎焊温度为950~1080°C，并且在温度为 9S0 1080。C、保温时间为l"5min的条件下进行钎焊连接，然后先以 5 1(TC/min的速度冷却到250 30(TC，再随炉冷却至室温，即完成钎焊连接； 其中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为110, 280,， AgCu 箔片和Ni箔片的厚度比为L25 20: 1。
7、 根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接方法，其特 征在于步骤一中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为 115拜 20(Vm。
8、 根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接方法，其特 征在于步骤一中AgCu箔片和Ni箔片组成的钎料箔片的总厚度为 205fxm~275(xmc
9、 根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接方法，其特 征在于步骤一所述的陶瓷基复合材料是Ni基TiC金属陶瓷或C/SiC复合材料。
10、 根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接方法，其 特征在于步骤一中所述的钛合金是TC4合金或Ti3Al合金。
全文摘要
陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊焊接方法，它涉及钎焊焊接方法。本发明解决了现有陶瓷及陶瓷基复合材料与金属的连接工艺复杂的问题。本发明的方法如下将表面过打磨和超声清洗处理的陶瓷或陶瓷基复合材料中的一种与表面过打磨和超声清洗处理的钛合金、AgCu箔片和Ni箔片叠放，然后在真空钎焊炉中进行钎焊连接。本发明实现了陶瓷及陶瓷基复合材料与钛合金的钎焊连接，工艺过程简单易行，接头的抗剪强度可达26～227MPa。
文档编号C04B37/02GK101333116SQ200810136840
公开日2008年12月31日 申请日期2008年7月30日 优先权日2008年7月30日
发明者冯吉才, 多 刘, 张丽霞 申请人:哈尔滨工业大学