本发明涉及紫铜与石墨的钎焊钎料及钎焊方法，属于钎焊领域。
背景技术：
石墨具有高熔点、低密度、低热膨胀系数以及较高的耐热冲击性能。石墨还具有良好的导电性能和优良的抗腐蚀性能，石墨是比强度较高的耐高温材料。但是石墨自身较低的机械强度则限制了它的应用，常常需要与金属基体组成的复合材料，实现性能方面的互补。紫铜具有优良的导电性、塑性、延展性和耐蚀性。紫铜和石墨的可靠连接能拓展两种材料的应用性，在这些应用中，钎焊起到了十分重要的作用。
石墨与金属的钎焊主要有以下难点：(1)石墨对大多数钎料的润湿性较差或者完全不润湿；(2)石墨的线膨胀系数比大多数金属低，焊后容易产生应力集中而开裂；(3)石墨自身存在一定的孔隙率，钎料熔化后容易流入石墨孔隙，使表层钎料难以铺展。
石墨与铜的钎焊方法可分为两类，一类是在石墨或金属表面处理后进行钎焊，主要是在石墨或铜表面镀一层Ni、Cu或用等离子喷镀一层Ti、Zr等，然后采用钎料进行钎焊。但是这种方法增加了一道工序，工艺复杂，实际应用不广。第二种是采用活性钎料直接钎焊，这是目前应用较多的方法。利用钎料中含有的活性元素在高温下与石墨发生反应，在界面处生成碳化物改善润湿性，Ti、Nb、Zr等活性元素对碳的亲和力大，与Cu、Ag易形成活性钎料。采用常见的钎焊石墨和紫铜的活性钎料主要有Ti基的Ag-Cu钎料，其中，Ti基的Ag-Cu钎料钎焊温度随成分变化有较大变动。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种紫铜与石墨的钎焊钎料及钎焊方法，提供的钎料是一种综合性能良好的经济型钎料，设计的钎焊工艺简单合理，两者配合使用最终能获得力学性能优越的钎焊接头。
技术方案：为实现上述目的，本发明的紫铜与石墨的钎焊钎料，所述钎料按重量百分比计的元素成分包括：Ag20％～25％，Cu10％～15％，Ti10％～15％，余量为Al。
作为优选，所述钎料为箔片状，厚度为0.1～0.5mm。
所述钎料的成分及质量百分比配比为：Ag20％，Cu10％，Ti10％，余量为Al；钎料厚度为0.1mm。或者所述钎料的成分及质量百分比配比为：Ag22％，Cu12％，Ti12％，余量为Al；钎料厚度为0.3mm。或者所述钎料的成分及质量百分比配比为：Ag25％，Cu15％，Ti15％，余量为Al；钎料厚度为0.5mm。
一种使用上述的一种紫铜与石墨的钎焊钎料的钎焊方法，包括以下步骤：
(1)准备阶段：对待焊的紫铜和石墨试样端面进行清理，除去表面的杂质、油污以及氧化膜，利用W40～W7号金相砂纸进行研磨光滑，利用W7号金相砂纸将钎料箔片双面进行研磨光滑，研磨后将待焊试样及钎料箔片一起置于丙酮中，采用超声波清洗15～20min，并进行烘干处理；
(2)装配阶段：将清洗后的钎料置于紫铜与石墨待焊表面之间，将紫铜、石墨和钎料以紫铜在上，石墨在下，中间为钎料的顺序，以对接的方式放入真空炉。
(3)钎焊连接阶段：将装配好的试样置于真空度不低于1×10-3Pa的钎焊设备中，首先以8～12℃/min的速率升温至800～850℃，保温15～20min，再以8～12℃/min的速率升温至1000～1030℃，保温时间15～20min，再以10～15℃/min的速率冷却至400～450℃，保温时间5～10min，最后随炉冷却至室温，完成焊接。
本发明提供的钎焊材料，改变了过去以Ti基为主的Ag-Cu钎料，通过使用Al基的Ag-Cu-Ti钎料，一方面改善了钎料对石墨的润湿铺展性，使钎料具有良好的钎焊工艺性能，耐热耐腐蚀性能和加工性能，满足铜和石墨钎焊接头在复杂环境中的性能要求。另一方面由于Al替代了Ti，使得钎料的成本大大降低。
具体表现在：适量的Al与Ti的组合可以在高温下形成致密的TiAl3金属间化合物，具有较好的高温抗氧化及蠕变性能。虽然TiAl3的塑性较差，但在结合层中TiAl3占比不多，主要成分为强度、硬度较高的TiC和塑韧性较好的Ag-Cu固溶体，细小的TiC和TiAl3颗粒弥散分布在Ag-Cu固溶体周围，较软的Ag-Cu固溶体基体可以起到缓解应力的作用，TiC和TiAl3颗粒可以提高接头的强度，三者的适当分布使得钎焊接头具有优良的抗高温氧化性能、较高的强度和不错的塑韧性。
本发明提供的钎焊工艺是采用先将将紫铜、石墨和钎料以紫铜在上，石墨在下，中间为钎料的顺序，以对接的方式放入真空炉完成钎焊。高真空环境配合合理的工艺参数设定，使得整个构件无变形，无微观裂纹、气孔和夹杂等缺陷，有助于获得力学性能良好的钎焊接头。
有益效果：相比现有技术，本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的Al基Ag-Cu-Ti-无铅钎料钎焊温度在950℃～1030℃，钎料熔化温度适中，钎料熔化均匀，通过添加相关有益元素，使得钎料对石墨具有良好的润湿性和铺展性，获得的钎焊接头强度高，耐蚀性好，完全能应用于复杂环境中，是一种综合性能良好的经济型钎料；
(2)本发明设计的钎焊工艺简单合理，采用真空炉中钎焊方法，钎焊过程无须添加钎剂及其他保护措施，高真空环境配合合理的工艺参数设定，使得整个构件无变形，无微观裂纹、气孔和夹杂等缺陷，有助于获得力学性能良好的钎焊接头；
(3)本发明提供的Al基Ag-Cu-Ti-无铅钎料具有优异的高温性能，能与母材充分发生固溶冶金反应，配合使用本发明简单实用的钎焊工艺最终能获得综合性能良好的连接接头。
具体实施方式
实施例1
选择紫铜与石墨进行对接接头真空钎焊。其中紫铜与石墨试样尺寸均为20mm×20mm×5mm，待钎焊面为20mm×5mm截面。
钎料的成分及质量百分比配比为：Ag20％，Cu10％，Ti10％，余量为Al。钎料厚度为0.1mm。
钎焊工艺步骤为：
(1)准备阶段：对待焊的紫铜和石墨试样端面进行清理，除去表面的杂质、油污以及氧化膜，利用W40～W7号金相砂纸进行研磨光滑，利用W7号金相砂纸将钎料箔片双面进行研磨光滑，研磨后将待焊试样及钎料箔片一起置于丙酮中，采用超声波清洗15min，并进行烘干处理；
(2)装配阶段：将清洗后的钎料箔片置于紫铜与石墨待焊表面之间，将紫铜、石墨和钎料以紫铜在上，石墨在下，中间为钎料的顺序，以对接的方式放入真空炉。
(3)钎焊连接阶段：将装配好的试样置于真空度不低于1×10-3Pa的钎焊设备中，首先以8min的速率升温至800℃，保温15min，再以8℃/min的速率升温至1000℃，保温时间15min，再以10℃/min的速率冷却至400℃，保温时间5min，最后随炉冷却至室温，完成焊接。
结果：钎焊获得的紫铜与石墨接头成型良好，母材与钎料中的元素扩散充分，反应层厚度适中。金相观察发现钎焊区形成致密的界面结合，合金成分分布均匀，常温平均剪切强度为8.1MPa。
实施例2
选择紫铜与石墨进行对接接头真空钎焊。其中紫铜与石墨试样尺寸均为20mm×20mm×5mm，待钎焊面为20mm×5mm截面。
钎料的成分及质量百分比配比为：Ag22％，Cu12％，Ti12％，余量为Al。钎料厚度为0.3mm。
钎焊工艺步骤为：
(1)准备阶段：对待焊的紫铜和石墨试样端面进行清理，除去表面的杂质、油污以及氧化膜，利用W40～W7号金相砂纸进行研磨光滑，利用W7号金相砂纸将钎料箔片双面进行研磨光滑，研磨后将待焊试样及钎料箔片一起置于丙酮中，采用超声波清洗15min，并进行烘干处理；
(2)装配阶段：将清洗后的钎料箔片置于紫铜与石墨待焊表面之间，将紫铜、石墨和钎料以紫铜在上，石墨在下，中间为钎料的顺序，以对接的方式放入真空炉。
(3)钎焊连接阶段：将装配好的试样置于真空度不低于1×10-3Pa的钎焊设备中，首先以10min的速率升温至830℃，保温18min，再以10℃/min的速率升温至1010℃，保温时间18min，再以12℃/min的速率冷却至430℃，保温时间8min，最后随炉冷却至室温，完成焊接。
结果：钎焊获得的紫铜与石墨接头成型良好，母材与钎料中的元素扩散充分，反应层厚度适中。金相观察发现钎焊区形成致密的界面结合，合金成分分布均匀，常温平均剪切强度为8.8MPa。
实施例3
选择紫铜与石墨进行对接接头真空钎焊。其中紫铜与石墨试样尺寸均为20mm×20mm×5mm，待钎焊面为20mm×5mm截面。
钎料的成分及质量百分比配比为：Ag25％，Cu15％，Ti15％，余量为Al。钎料厚度为0.5mm。
钎焊工艺步骤为：
(1)准备阶段：对待焊的紫铜和石墨试样端面进行清理，除去表面的杂质、油污以及氧化膜，利用W40～W7号金相砂纸进行研磨光滑，利用W7号金相砂纸将钎料箔片双面进行研磨光滑，研磨后将待焊试样及钎料箔片一起置于丙酮中，采用超声波清洗15min，并进行烘干处理；
(2)装配阶段：将清洗后的钎料箔片置于紫铜与石墨待焊表面之间，将紫铜、石墨和钎料以紫铜在上，石墨在下，中间为钎料的顺序，以对接的方式放入真空炉。
(3)钎焊连接阶段：将装配好的试样置于真空度不低于1×10-3Pa的钎焊设备中，首先以15min的速率升温至850℃，保温20min，再以15℃/min的速率升温至1030℃，保温时间20min，再以15℃/min的速率冷却至450℃，保温时间10min，最后随炉冷却至室温，完成焊接。
结果：钎焊获得的紫铜与石墨接头成型良好，母材与钎料中的元素扩散充分，反应层厚度适中。金相观察发现钎焊区形成致密的界面结合，合金成分分布均匀，常温平均剪切强度为9.1MPa。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。