专利名称：高温钎料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钎料。
背景技术：
复合材料的化学活性低，常规钎料难以润湿其表面，现有方法采用Ag-Cu-Ti系活性钎料 对C/SiC复合材料与Ti合金进行活性钎焊，所得钎焊后的C/SiC复合材料与Ti合金的接头室温 抗剪强度为84MPa 160MPa， 50CTC的接头抗剪强度为51MPa 104MPa，此方法获得的接头使 用温度为50(TC以下，并且Ag-Cu-Ti系活性钎料的使用温度为40(TC 50(rC。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了解决采用现有钎料钎焊复合材料所得接头抗剪强度低 的问题，提供了一种高温钎料。
本发明高温钎料按质量百分比由20。/。 60。/。Ti及TiH2中的一种、30。/。 70。/。Ni和余量的Nb组
成；其中Ti或TiH2的纯度^99. 0%， Ni的纯度^99. 0%， Nb的纯度^99. 0%。
应用本发明的高温钎料钎焊C/SiC复合材料与C/SiC复合材料的钎焊接头的室温三点弯曲 强度为50MPa 71MPa， C/SiC复合材料与金属的钎焊接头室温抗剪强度为90MPa 180MPa，并 且钎焊接头的80(TC高温抗剪强度保留率大于69。/。， 100(TC的高温抗剪强度保留率大于42。/0， 应用本发明的高温钎料钎焊石墨与Nb的接头室温抗剪强度为30MPa 68MPa。
具体实施例方式
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
一本实施方式中高温钎料按质量百分比由20% 60%11、 30% 70%附和余 量的Nb组成；其中Ti的纯度^99. 0% (质量)，Ni的纯度^99.0。/。(质量)，Nb的纯^99. 0% (
质量)。
本实施方式中高温钎料的制备方法如下 一、按质量百分比将20% 60%11、 30% 70。/。Ni和余量的Nb组成的混合物加入到石墨坩埚中，然后在1200。C 1400。C、真空度为1X 10—3Pa 5X 10—Spa的条件下对混合物真空熔炼10min 120min，得到合金锭；或者在氩气压 力为O. 04MPa 0. 08MPa、熔炼电流密度为150A/ci/ 250A/ci/的条件下对混合物在水冷铜坩 埚中进行电弧熔炼，然后再进行0 5次重熔，得到合金锭；二、采用电火花线切割机床将合金锭切割成厚度为0.01mm 2mm的箔片，再将箔片表面进行机械抛光，至箔片的表面粗糙度 为6.4 12.5;或者将步骤一得到的合金锭装入高真空单辊甩带机的石英玻璃管内，然后在 120(TC 160(TC条件下使合金锭完全熔化，得到合金液，然后在氩气的体积浓度大于99%、 氩气压力为O. 01MPa 0. 2MPa、喷嘴至辊面的距离为O. 5mm 5mm的条件下将合金液采用喷嘴 缝隙宽度为3mm 5mm的石英管喷射到直径为450mm、辊轮的线速度为lm/s 100m/s的铜辊表 面，得到厚度为0.01mm 2mm的箔片，再将箔片表面进行机械抛光，至箔片的表面粗糙度为 6. 4 12. 5，即得高温钎料。本实施方式中的高温钎料也可以不进行熔炼，直接采用纯度满足上述要求的Ti箔片、 Ni箔片和Nb箔片直接复合使用。本实施方式中用高温钎料钎焊的方法如下将除去表面油污和氧化物的母材、高温钎料 和待连接材料，按照母材/高温钎料/待连接材料的顺序组成焊接结构，再将焊接结构放入真 空热压炉中，抽真空至真空度为1X10—4Pa lX10—3Pa，再以2。C/min 10(TC/min的升温速 度使真空热压炉内的温度升至105(TC 135(rC，然后保持105(TC 135(TC的温度lmin 120min，再以rC/min 10(TC/min的降温速度使真空热压炉内的温度冷却至室温，即完成对 焊接结构的焊接；其中高温钎料的面积为待连接材料被连接面面积的100% 120%;所述的母 材为C/SiC复合材料、石墨、SiC陶瓷或C/C复合材料；所述的待连接材料为Nb、 TC4、 Ti-50Al (原子百分比)合金、Zr-2. 5Nb合金、GH3128或C-103铌合金。本实施方式所得C/SiC复合材料与C/SiC复合材料的钎焊接头的室温三点弯曲强度为 50MPa 71MPa， C/SiC复合材料与金属的钎焊接头室温抗剪强度为90MPa 180MPa，并且钎焊 接头的80(TC高温抗剪强度保留率大于69y。， 10001:的高温抗剪强度保留率大于42%，本实施 方式得到的石墨与Nb的接头室温抗剪强度为30MPa 68MPa。本实施方式中所用的电火花线切割机床为市售电火花线切割机床，本实施方式中所用的 高真空单辊甩带机为中国科学院沈阳科仪所研制的HVDS-II高真空单辊甩带机，本实施方式 中所用的真空热压炉为美国真空工业公司生产的Centorr 6-1650-15T真空热压炉。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一不同的是高温钎料按质量百分比由25% 55%Ti、 35。/。 65。/。Ni和余量的Nb组成。其它与具体实施方式
一相同。经测试，采用本实施方式所得的高温钎料钎焊，所得的焊接接头的室温抗剪强度为 95MPa 170MPa。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是高温钎料按质量百分比由30% 50%Ti、 40。/。 60。/。Ni和余量的Nb组成。其它与具体实施方式
一相同。经测试，采用本实施方式所得的高温钎料钎焊，所得的焊接接头的室温抗剪强度为 92MPa 173MPa。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一不同的是高温钎料按质量百分比由35% 45%Ti、 45。/。 55。/。Ni和余量的Nb组成。其它与具体实施方式
一相同。
经测试，采用本实施方式所得的高温钎料钎焊，所得的焊接接头的室温抗剪强度为 100MPa 150MPa。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一不同的是高温钎料按质量百分比由 40%Ti、 50。/。Ni和余量的Nb组成。其它与具体实施方式
一相同。
经测试，采用本实施方式所得的高温钎料钎焊，所得的焊接接头的室温抗剪强度为 100MPa 160MPa。
具体实施方式
六本实施方式中高温钎料按质量百分比由20。/。 60。/。TiH2、 30% 70%附和 余量的Nb组成；其中TiH2的纯度^99.0。/。(质量)，Ni的纯度^99.0。/。(质量)，Nb的纯度 5=99.0% (质量)。
本实施方式中高温钎料的制备方法如下 一、按质量百分比将20% 60% TiH2、 30% 70。/。Ni和余量的Nb组成的混合物加入到石墨坩埚中，然后在1200。C 1400。C、真空度为1X 10—3Pa 5X 10—Spa的条件下对混合物真空熔炼10min 120min，得到合金锭；或者在氩气压 力为O. 04MPa 0. 08MPa、熔炼电流密度为150A/ci/ 250A/ci/的条件下对混合物在水冷铜坩 埚中进行电弧熔炼，然后再进行0 5次重熔，得到合金锭；二、采用电火花线切割机床将合 金锭切割成厚度为0.01mm 2mm的箔片，再将箔片表面进行机械抛光，至箔片的表面粗糙度 为6.4 12.5;或者将步骤一得到的合金锭装入高真空单辊甩带机的石英玻璃管内，然后在 120(TC 160(TC条件下使合金锭完全熔化，得到合金液，然后在氩气的体积浓度大于99%、 氩气压力为O. 01MPa 0. 2MPa、喷嘴至辊面的距离为O. 5mm 5mm的条件下将合金液采用喷嘴 缝隙宽度为3mm 5mm的石英管喷射到直径为450mm、辊轮的线速度为lm/s 100m/s的铜辊表 面，得到厚度为0.01mm 2mm的箔片，再将箔片表面进行机械抛光，至箔片的表面粗糙度为 6. 4 12. 5，即得高温钎料。
本实施方式中用高温钎料钎焊的方法如下将除去表面油污和氧化物的母材、高温钎料 和待连接材料，按照母材/高温钎料/待连接材料的顺序组成焊接结构，再将焊接结构放入真 空热压炉中，抽真空至真空度为1X10—4Pa lX10—3Pa，再以2。C/min 10(TC/min的升温速 度使真空热压炉内的温度升至105(TC 135(rC，然后保持105(TC 135(TC的温度lmin 120min，再以rC/min 10(TC/min的降温速度使真空热压炉内的温度冷却至室温，即完成对焊接结构的焊接；其中钎料箔片的面积为待连接材料被连接面面积的100% 120%;所述的母 材为C/SiC复合材料、石墨、SiC陶瓷或C/C复合材料；所述的待连接材料为Nb、 TC4、 Ti-50at.。/。A1 (原子百分比)合金、Zr-2. 5Nb合金、GH3128或C-103铌合金。
本实施方式所得C/SiC复合材料与C/SiC复合材料的钎焊接头的室温三点弯曲强度为 50MPa 71MPa， C/SiC复合材料与金属的钎焊接头室温抗剪强度达到90MPa 180MPa，并且钎 焊接头的80(TC高温抗剪强度保留率大于69y。， 10001:的高温抗剪强度保留率大于42%，本实 施方式得到的石墨与Nb的接头室温抗剪强度为30MPa 68MPa。
本实施方式中所用的电火花线切割机床为市售电火花线切割机床，本实施方式中所用的 高真空单辊甩带机为中国科学院沈阳科仪所研制的HVDS-II高真空单辊甩带机，本实施方式 中所用的真空热压炉为美国真空工业公司生产的Centorr 6-1650-15T真空热压炉。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
六不同的是高温钎料按质量百分比由25% 55% TiH2、 35。/。 65。/。Ni和余量的Nb组成。其它与具体实施方式
六相同。
经测试，采用本实施方式所得的高温钎料钎焊，所得的焊接接头的室温抗剪强度为 98MPa 156MPa。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
六不同的是高温钎料按质量百分比由30% 50% TiH2、 40。/。 60。/。Ni和余量的Nb组成。其它与具体实施方式
六相同。
经测试，采用本实施方式所得的高温钎料钎焊，所得的焊接接头的室温抗剪强度为 102MPa 166MPa。
具体实施方式
九本实施方式与具体实施方式
六不同的是高温钎料按质量百分比由35% 45% TiH2、 45。/。 55。/。Ni和余量的Nb组成。其它与具体实施方式
六相同。
经测试，采用本实施方式所得的高温钎料钎焊，所得的焊接接头的室温抗剪强度为 130MPa 172MPa。
具体实施方式
十本实施方式与具体实施方式
六不同的是高温钎料按质量百分比由40% TiH2、 50。/。Ni和余量的Nb组成。其它与具体实施方式
六相同。
经测试，采用本实施方式所得的高温钎料钎焊，所得的焊接接头的室温抗剪强度为 l權Pa 180MPa。
具体实施方式
^^一本实施方式中高温钎料按质量百分比由35。/。Ti、 38。/。Ni和余量的Nb制成。
高温钎料的制备方法如下 一、按质量百分比将35。/。Ti、 38。/。Ni和余量的Nb组成的混合物 加入到石墨坩埚中，然后在130(TC、真空度为1X10—Spa的条件下对混合物真空熔炼10min，
6得到合金锭；二、采用电火花线切割机床将合金锭切割成厚度为0.01mm的箔片，再将箔片表 面进行机械抛光，至箔片的表面粗糙度为6.4，即得高温钎料。本实施方式中用高温钎料钎焊的方法如下将除去表面油污和氧化物的C/SiC复合材料 、高温钎料和Nb，按照C/SiC复合材料/高温钎料/Nb的顺序组成焊接结构，再将焊接结构放 入真空热压炉中，抽真空至真空度为1X10—4Pa，再以2'C/min的升温速度使真空热压炉内的 温度升至1240。C，然后保持124(TC的温度10min，再以rC/min的降温速度使真空热压炉内的 温度冷却至室温，即完成对焊接结构的焊接；其中高温钎料的面积为待连接材料被连接面面 积的100%。经测试，本实施方式所得C/SiC复合材料与Nb接头的室温抗剪强度达到158MPa， 80CTC时 的抗剪强度达到11 OMPa ， 1 OO(TC时的抗剪强度达到72MPa 。
具体实施方式
十二本实施方式中高温钎料按质量百分比由28% 35%11、 36% 42%附和 余量的Nb制成。高温钎料的制备方法如下 一、按质量百分比将28。/。 35。/。Ti、 36。/。 42。/。Ni和余量的Nb组 成的混合物加入到水冷铜坩埚中，然后在氩气压力为0.04MPa 0.08MPa、熔炼电流密度为 150A/cm2 250A/cm2的条件下对混合物进行熔炼，然后再进行0 5次重熔，得到合金锭；二 、采用电火花线切割机床将合金锭切割成厚度为0.4mm的箔片，再将箔片表面用600tt砂纸打 磨，至箔片的表面粗糙度为6.4，即得高温钎料。本实施方式中用高温钎料钎焊的方法如下将除去表面油污和氧化物的C/SiC复合材料 、高温钎料和C-103，按照C/SiC复合材料/高温钎料/ C-103的顺序组成焊接结构，再将焊接 结构放入真空热压炉中，抽真空至真空度为1X10—4Pa，再以5。C/min 4(TC/min的升温速 度使真空热压炉内的温度升至1100。C 1320。C，然后保持1100。C 1320。C的温度5 min 70min，再以3。C/min 5(TC/min的降温速度使真空热压炉内的温度冷却至10(rC 60(rC，然 后随炉冷却至室温，即完成对焊接结构的焊接；其中高温钎料的面积为待连接材料被连接面 面积的120%。经测试，本实施方式所得的C/SiC复合材料与C-103的接头室温抗剪强度最高达到 100MPa 150MPa， 800°C时的抗剪强度为105MPa 128MPa， IOO(TC时的抗剪强度最高为72MPa 80MPa。
具体实施方式
十三本实施方式中高温钎料按质量百分比由30% 36%厚度为0. 02mm 0. 15mm的Ti箔、38% 48%厚度为0. 02mm 0. 15mm的Ni箔和余量的厚度为0. 02mm 0. 15mm的 Nb箔制成。本实施方式中高温钎料的制备方法如下按质量百分比将30% 36%厚度为0. 02mm 0. 15mm的Ti箔、38% 48%厚度为0. 02mm 0. 15mm的Ni箔和余量的厚度为0. 02mm 0. 15mm的 Nb箔，进行叠层组成复合箔，其中Ti箔同时接触Ni箔和Nb箔，Ni箔和Nb箔不直接接触，将复 合箔用剪刀剪开成所需大小，既得复合箔片高温钎料。本实施方式中用高温钎料钎焊的方法如下将除去表面油污和氧化物的C/SiC复合材料 、复合箔片高温钎料和Nb，按照C/SiC复合材料/复合箔片高温钎料/Nb的顺序组成焊接结构 ，再将焊接结构放入真空热压炉中，抽真空至真空度为1X10—4Pa lX10—3Pa，再以5。C /min 5(TC/min的升温速度使真空热压炉内的温度升至106(TC 128(rC，然后保持106(TC 128(TC的温度lmin 60min，再以2。C/min 5(TC/min的降温速度使真空热压炉内的温度冷却 至室温，即完成对焊接结构的焊接；其中高温钎料的面积为待连接材料被连接面面积的100% 120%。经测试，C/SiC复合材料与Nb接头的室温抗剪强度为150MPa 180MPa， 800。C时的抗剪强 度为110MPa 128MPa， 100CTC时的抗剪强度为70MPa 82MPa。
具体实施方式
十四本实施方式中高温钎料按质量百分比将28% 35%11、 36% 42%附和 余量的Nb制成。本实施方式中高温钎料的制备方法如下 一、按质量百分比将28% 35%11、 36% 42。/。Ni和余量的Nb组成的混合物加入到水冷铜坩埚中，然后在氩气压力为O. 04MPa 0. 08MPa 、熔炼电流密度为150A/cm2 250A/cm2的条件下对混合物进行熔炼，然后再进行0 5次重熔 ，得到合金锭；二、采用电火花线切割机床将合金锭切割成厚度为0.4mm的箔片，再将箔片 表面用600tt砂纸打磨，至箔片的表面粗糙度为6.4，即得高温钎料。本实施方式中用高温钎料钎焊的方法如下除去表面油污和氧化物的石墨、高温钎料和 Nb，按照石墨/高温钎料/ Nb的顺序组成焊接结构，再将焊接结构放入真空热压炉中，抽真 空至真空度为1X10—4Pa，再以35。C/min的升温速度使真空热压炉内的温度升至120(TC，然 后保持120(TC的温度60min，再以5(TC/min的降温速度使真空热压炉内的温度冷却至30(TC ， 然后随炉冷却至室温，即完成对焊接结构的焊接；其中高温钎料的面积为待连接材料被连接 面面积的120%。经测试，本实施方式所得的石墨与Nb的接头室温抗剪强度为30MPa 68MPa。
具体实施方式
十五本实施方式中高温钎料按质量百分比将25。/。 35。/。的Ti、 28% 37%的 Ni和余量的Nb制成。本实施方式中高温钎料的制备方法如下 一、按质量百分比将25。/。 35。/。的Ti、 28% 37。/。的Ni和余量的Nb组成的混合物加入到水冷铜坩埚中，然后在氩气压力为O. 06MPa、熔炼电 流密度为180A/cm2的条件下对混合物进行熔炼，然后再进行0 5次重熔，得到合金锭；二、 采用电火花线切割机床将合金锭切割成厚度为O. 6mm 0. 8mm的箔片，再将箔片表面用600tt砂 纸打磨，至箔片的表面粗糙度为6.4，即得高温钎料。
本实施方式中用高温钎料钎焊的方法如下将除去表面油污和氧化物的C/SiC复合材料 、高温钎料和C/SiC复合材料，按照C/SiC复合材料/高温钎料/ C/SiC复合材料的顺序组成焊 接结构，再将焊接结构放入真空热压炉中，抽真空至真空度为1X10—4Pa，再以2(TC/min的 升温速度使真空热压炉内的温度升至130(TC，然后保持130(TC的温度45min，再以2(TC/min 的降温速度使真空热压炉内的温度冷却至40(TC，然后随炉冷却至室温，即完成对焊接结构 的焊接；其中高温钎料的面积为待连接材料被连接面面积的100%。
经测试本实施方式所得的C/SiC复合材料与C/SiC复合材料的钎焊接头室温三点弯曲强度 为50MPa 71MPa。
权利要求
1.高温钎料，其特征在于高温钎料按质量百分比由20％～60％Ti、30％～70％Ni和余量的Nb组成；其中Ti的纯度≥99.0％(质量)，Ni的纯度≥99.0％(质量)，Nb的纯度≥99.0％(质量)。
2.根据权利要求l所述的高温钎料，其特征在于高温钎料按质量百分 比由25% 55%Ti 、 35% 65%Ni和余量的Nb组成。
3.根据权利要求l所述的高温钎料，其特征在于高温钎料按质量百分 比由30% 50%Ti、 40。/。 60。/。Ni和余量的Nb组成。
4.根据权利要求l所述的高温钎料，其特征在于高温钎料按质量百分 比由35% 45%Ti、 45。/。 55。/。Ni和余量的Nb组成。
5.根据权利要求l所述的高温钎料，其特征在于高温钎料按质量百分 比由40。/。Ti、 50。/。Ni和余量的Nb组成。
6.高温钎料，其特征在于高温钎料按质量百分比由20。/。 60。/。TiH2、 30。/。 70。/。Ni和余量的Nb组成；其中TiH2的纯度^99. 0% (质量)，Ni的纯度^99. 0% (质量) ，Nb的纯度^99. 0% (质量)。
7.根据权利要求6所述的高温钎料，其特征在于高温钎料按质量百分 比由25% 55% TiH2、 35。/。 65。/。Ni和余量的Nb组成。
8.根据权利要求6所述的高温钎料，其特征在于高温钎料按质量百分 比由30% 50% TiH2、 40。/。 60。/。Ni和余量的Nb组成。
9.根据权利要求6所述的高温钎料，其特征在于高温钎料按质量百分 比由35% 45% TiH2、 45。/。 55。/。Ni和余量的Nb组成。
10.根据权利要求6所述的高温钎料，其特征在于高温钎料按质量百 分比由40% TiH2、 50。/。Ni和余量的Nb组成。
全文摘要
高温钎料，它涉及一种钎料。本发明解决了采用现有钎料钎焊复合材料所得接头抗剪强度低的问题。本发明钎料由Ti及TiH<sub>2</sub>中的一种、Ni和Nb组成。应用本发明的高温钎料钎焊C/SiC复合材料与C/SiC复合材料的钎焊接头的室温三点弯曲强度为50MPa～71MPa，C/SiC复合材料与金属的钎焊接头室温抗剪强度为90MPa～180MPa，并且钎焊接头的800℃高温抗剪强度保留率大于69％，1000℃的高温抗剪强度保留率大于42％，应用本发明的高温钎料钎焊石墨与Nb的接头室温抗剪强度为30MPa～68MPa。
文档编号B23K35/32GK101653884SQ20091030435
公开日2010年2月24日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者冯吉才, 刘承勃, 刘玉章, 张丽霞 申请人:哈尔滨工业大学