一种用于SiC陶瓷钎焊的Sn基钎料及其制备方法与流程

技术领域：

本发明涉及的是复合钎料制备工艺领域，具体涉及的是一种用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料及其制备方法。

背景技术：
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sic陶瓷由于化学性能稳定、热膨胀系数小、耐磨性能好、机械强度高、耐化学腐蚀等特点，现已广泛应用于石油、化工、航空和航天等领域。制备sic陶瓷材料的烧结技术也已趋于成熟，但sic陶瓷的复杂大构件成品率依然很低，因此工业上常常采用将小尺寸的sic陶瓷进行焊接而组成大构件的方法。其中必然涉及到sic陶瓷与sic陶瓷的焊接，而sic陶瓷焊接所面临的难题之一就是sic陶瓷与金属钎料界面的残余应力问题。

由于sic陶瓷与金属钎料的线膨胀系数差距很大，钎焊接头中会产生很大的残余应力，导致接头性能下降，不能使界面结合强度有效的发挥，而且工件尺寸越大，越难实现成功连接。并且焊接温度越高残余应力越大，如在低温下焊接，残余应力也会相应减小。为了缓解sic陶瓷钎焊时残余应力，降低钎焊结构开裂危险，提出通过使用低温的复合钎料来缓解残余应力的解决思路。

技术实现要素：
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本发明的一个目的是提供一种用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料，这种用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料用于解决传统复合钎料制备工艺复杂、钎料与母材润湿性能差的问题，并且还解决了sic陶瓷焊接接头存在的残余应力大的问题，本发明的另一个目的是提供这种用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料是由泡沫铝合金骨架、填充合金制备的复合钎料，填充合金由纯铝、sn-9zn合金、zn-5al合金、纳米银线组成，按质量百分含量计，泡沫铝合金骨架为5.30％~61.20％，纯铝为0.65％~13.00％，sn-9zn合金为24.70％~86.00％，zn-5al合金为0.20％~16.50％，纳米银线为0.002％~0.10％。

上述用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料的制备方法：

一、填充合金配制：按质量百分含量，称取0.65％~13.00％的纯铝、24.70％~86.00％的sn-9zn合金、0.20％~16.50％zn-5al合金和0.002％~0.10％的纳米银线为填充合金原料；

二、复合钎料的骨架制备：用线切割机切割泡沫铝，得到厚度为1mm的闭孔泡沫铝薄片，闭孔泡沫铝孔隙率为70%~80％，将质量百分含量5.30％~61.20％的闭孔泡沫铝薄片先后放入无水乙醇和丙醇中进行超声清洗；

三、钎料熔炼：将步骤一中的zn-5al合金和sn-9zn合金依次加入坩埚，同时向炉中充入氩气保护，在490~680℃的条件下保温2~20分钟，接着加入步骤一填充合金总质量0.01％~2.1％的六氯乙烷精炼2~20分钟；在坩埚中加入步骤一中的纯铝在470~650℃的条件下熔炼2~20分钟；将所述闭孔泡沫铝薄片和步骤一中的纳米银线放入坩埚，然后采用水冷超声波头放入在熔融钎料合金中，间断的施加频率为20~40千赫兹、振幅为5~20微米的超声波5~100秒，最后在空气中冷却，得到泡沫铝合金骨架sn合金填充的复合钎料合金块；

四、采用线切割方法将浇铸好的复合钎料合金块切成宽度为10~30毫米、厚度为2~3毫米的合金带，得到用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的复合钎料是泡沫al作为骨架，sn合金作为填充金属，因此能够有效的降低钎焊接头的残余内应力；本发明的钎料克服了sic陶瓷焊接接头使用高温钎料进行高温焊接而带来的应力问题，形成了一种简单易行的连接方式。

2、本发明钎料的制备方法所需工艺设备简单易操作，极易实现低温钎料大批量的制备。

3、本发明的复合钎料，具有焊接温度低、与sic陶瓷润湿性好、力学性能高等特点，

4、采用本发明的复合钎料进行焊接sic陶瓷，焊接温度可显著降低，sic陶瓷与金属材料之间的残余应力会大幅度减小。

附图说明：

图1为本发明中切割后泡沫铝合金骨架；

图2为本发明复合钎料片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

这种用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料是由泡沫铝合金骨架、填充合金制备的复合钎料，填充合金由纯铝、sn-9zn合金、zn-5al合金、纳米银线组成，按质量百分含量计，泡沫铝合金骨架为5.30％~61.20％，纯铝为0.65％~13.00％，sn-9zn合金为24.70％~86.00％，zn-5al合金为0.20％~16.50％，纳米银线为0.002％~0.10％。

上述用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料的制备方法：

一、填充合金配制：按质量百分含量称取0.65％~13.00％的纯al、24.70％~86.00％的sn-9zn合金、0.20％~16.50％zn-5al合金和0.002％~0.10％的纳米银线为填充合金原料。

二、复合钎料的骨架：线切割机切割泡沫铝，得到厚度为1mm的泡沫铝薄片，参阅图1。将质量百分含量5.30％~61.20％的闭孔泡沫al（孔隙率为70%~80％）薄片先后放入无水乙醇和丙醇中进行超声清洗。

三、钎料熔炼：将步骤一中将zn-5al合金和sn-9zn合金依次加入坩埚，同时向炉中充入氩气保护，在490~680℃的条件下保温2~20分钟，接着加入填充合金总质量0.01％~2.1％的六氯乙烷精炼2~20分钟。在坩埚中加入合金总质量0.65％~13.00％纯al在470~650℃的条件下熔炼2~20分钟。将闭孔泡沫铝薄片和0.002％~0.1％的纳米银线放入坩埚，然后采用水冷超声波头放入在熔融合金中，间断的施加频率为20~40千赫兹、振幅为5~20微米的超声波5~100秒。最后在空气中冷却，得到泡沫al合金骨架sn合金填充的复合钎料。

四、加工成型：采用线切割方法将浇铸好的复合钎料合金块切成宽度为10~30毫米、厚度为0.5~3毫米的合金片，可得到所需要的复合钎料，参阅图2。

本发明在焊接过程中可以降低残余应力，为sic陶瓷的低应力连接开辟了新途径。

技术特征：

1.一种用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料，其特征在于：这种用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料是由泡沫铝合金骨架、填充合金制备的复合钎料，填充合金由纯铝、sn-9zn合金、zn-5al合金、纳米银线组成，按质量百分含量计，泡沫铝合金骨架为5.30％~61.20％，纯铝为0.65％~13.00％，sn-9zn合金为24.70％~86.00％，zn-5al合金为0.20％~16.50％，纳米银线为0.002％~0.10％。

2.一种权利要求1所述的用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料的制备方法，其特征在于：

一、填充合金配制：按质量百分含量，称取0.65％~13.00％的纯铝、24.70％~86.00％的sn-9zn合金、0.20％~16.50％zn-5al合金和0.002％~0.10％的纳米银线为填充合金原料；

二、复合钎料的骨架制备：用线切割机切割泡沫铝，得到厚度为1mm的闭孔泡沫铝薄片，闭孔泡沫铝孔隙率为70%~80％，将质量百分含量5.30％~61.20％的闭孔泡沫铝薄片先后放入无水乙醇和丙醇中进行超声清洗；

三、钎料熔炼：将步骤一中的zn-5al合金和sn-9zn合金依次加入坩埚，同时向炉中充入氩气保护，在490~680℃的条件下保温2~20分钟，接着加入步骤一填充合金总质量0.01％~2.1％的六氯乙烷精炼2~20分钟；在坩埚中加入步骤一中的纯铝在470~650℃的条件下熔炼2~20分钟；将所述闭孔泡沫铝薄片和步骤一中的纳米银线放入坩埚，然后采用水冷超声波头放入在熔融钎料合金中，间断的施加频率为20~40千赫兹、振幅为5~20微米的超声波5~100秒，最后在空气中冷却，得到泡沫铝合金骨架sn合金填充的复合钎料合金块；

四、采用线切割方法将浇铸好的复合钎料合金块切成宽度为10~30毫米、厚度为2~3毫米的合金带，得到用于sic陶瓷钎焊的sn基钎料。

技术总结
本发明涉及的是一种用于SiC陶瓷钎焊的Sn基钎料及其制备方法，其中用于SiC陶瓷钎焊的Sn基钎料是由泡沫铝合金骨架、填充合金制备的复合钎料，填充合金由纯铝、Sn‑9Zn合金、Zn‑5Al合金、纳米银线组成，按质量百分含量计，泡沫铝合金骨架为5.30％~61.20％，纯铝为0.65％~13.00％，Sn‑9Zn合金为24.70％~86.00％，Zn‑5Al合金为0.20％~16.50％，纳米银线为0.002％~0.10％。本发明的复合钎料是泡沫Al作为骨架，Sn合金作为填充金属，因此能够有效的降低钎焊接头的残余内应力，克服了SiC陶瓷焊接接头使用高温钎料进行高温焊接而带来的应力问题。

技术研发人员：马志鹏;张茗瑄;夏法锋;于心泷;夏杨嘉雯;王晓冬
受保护的技术使用者：东北石油大学
技术研发日：2020.03.23
技术公布日：2020.05.15