原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及Ti基钎料的制备方法。
【背景技术】
[0002]—直以来，陶瓷和金属的连接问题都是焊接技术领域研究的重点，在众多的连接方法中，钎焊因工艺简单且接头力学性能好，成为当前连接陶瓷与金属的主要方法。当前，在许多情况下，陶瓷与金属连接构件需要在高温环境下使用，而已有研究表明，陶瓷与金属连接构件的高温使用性，关键取决于钎料的高温力学性能，但由于陶瓷和金属的热膨胀系数差异较大，在接头产生的较大残余应力会大幅降低构件的高温力学性能；此外，钎料与母材的界面反应问题也会严重影响接头的高温力学性能。传统的钎料很难解决上述问题，因此合理的采用增强体来改善钎料的高温力学性能十分必要。
[0003]近年来，新型碳纳米材料研究十分火热，它们往往具有优异的热学性能、电学性能及机械性能等特性，在航空航天、光电器件、电化学电容器等领域有着十分广阔的应用前景。石墨烯和碳纳米管具有极高的强度、韧度、优异的热稳定性，此外，它们具有极低的线膨胀系数，分别为-8.0X 10 6K \ -5.86X 10 9Κ \是用来降低传统钎料线膨胀系数的理想增强体。然而当前，采用传统方法制备的石墨烯/碳纳米管增强复合材料方法比较复杂，且石墨烯和碳纳米管在复合钎料中的分散性较差并容易团聚，导致了它们物理化学性能的下降，从而严重影响钎料的高温力学性能。
【发明内容】
[0004]本发明要解决现有石墨烯与碳纳米管在Ti基钎料中难以均匀分散以及传统Ti基钎料热膨胀系数较高及高温力学性能差的问题，而提供原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料的方法。
[0005]原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料的方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0006]一、将Ni(N03)2.6H20和TiH2粉末置于无水乙醇中混合，然后在温度为80 °C?100°C的条件下，磁力搅拌至无水乙醇全部挥发，再经研磨，得到Ni (N03)2.打比复合粉末；
[0007]所述的Ni (Ν03)2.6H20与打比粉末的质量比为1: (1?10);
[0008]二、将Ni (N03)2.TiH2复合粉末置于等离子体增强化学气相沉积真空装置中，抽真空至5Pa以下，以气体流量为lOsccm?40sccm通入氢气，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为lOOPa?400Pa，并在压强为lOOPa?400Pa和氢气气氛下，以20°C /min的升温速率将温度升温至500 °C?560 °C ；
[0009]三、以气体流量为lOsccm?80sccm通入甲烧气体，调节氢气的气体流量为5sccm?20sccm，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为200Pa?800Pa，然后在射频功率为100W?300W、压强为200Pa?800Pa和温度为500°C?560°C的条件下进行沉积，沉积时间为15min?45min ；
[0010]四、停止通入氢气，以气体流量为15sccm?45sccm通入氩气，调节甲烷气体流量为5sccm?50sccm，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为500Pa?lOOOPa，然后在射频功率为100W?300W、压强为500Pa?lOOOPa和温度为500°C?560°C的条件下进行沉积，沉积时间为15min?45min，沉积结束后，停止通入甲烷气体，在氩气气氛下冷却，得到石墨烯/碳纳米管增强打比复合粉末；
[0011]五、将石墨烯/碳纳米管增强TiH2复合粉末、TiH2粉末及金属粉末混合并研磨，得到原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料，即完成原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料的方法；
[0012]步骤五中得到的原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料为原位生长石墨烯/碳纳米管增强TiZrCuNi钎料时，所述的金属粉末为Zr金属粉末、Cu金属粉末和Ni金属粉末；
[0013]步骤五中得到的原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料为原位生长石墨烯/碳纳米管增强TiZrCu钎料时，所述的金属粉末为Zr金属粉末和Cu金属粉末；
[0014]步骤五中得到的原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料为原位生长石墨烯/碳纳米管增强AgCuTi钎料时，所述的金属粉末为Cu金属粉末和Ag金属粉末；
[0015]步骤五中得到的原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料为原位生长石墨烯/碳纳米管增强TiCuNi钎料时，所述的金属粉末为Cu金属粉末和Ni金属粉末；
[0016]步骤五中得到的原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料为原位生长石墨烯/碳纳米管增强TiNi钎料时，所述的金属粉末为Ni金属粉末；
[0017]步骤五中得到的原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料为原位生长石墨烯/碳纳米管增强TiNiNb钎料时，所述的金属粉末为Ni金属粉末和Nb金属粉末；
[0018]步骤五中得到的原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料为原位生长石墨烯/碳纳米管增强TiCuCo钎料时，所述的金属粉末为Cu金属粉末和Co金属粉末；
[0019]步骤五中得到的原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料为原位生长石墨烯/碳纳米管增强SnCuTi钎料时，所述的金属粉末为Sn金属粉末和Cu金属粉末。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021 ] 本发明原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料的方法，通过等离子体增强化学气相沉积方法，在低温的条件下，于TiH2上制备了均匀分散的石墨烯和碳纳米管，石墨烯和碳纳米管均具有优异的高温强度以及极低的线膨胀系数，可以发挥双重强化作用，进而可降低Ti基钎料的线膨胀系数，有效提高钎料的高温力学性能。同时，所制备的石墨烯/碳纳米管具有三维混合结构，可以进一步强化复合钎料的性能。
[0022]综上本发明原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料的方法具有以下优点:
[0023]1、本发明采用等离子体增强化学气相沉积方法，较传统的化学气相沉积方法能够大幅降低工作温度。
[0024]2、本发明中石墨烯和碳纳米管均具有优异的高温强度以及极低的线膨胀系数，可以发挥双重强化作用，进而可降低Ti基钎料的线膨胀系数，有效提高钎料的高温力学性會泛。
[0025]3、本发明在TiH2上同时原位制备碳纳米管和石墨烯，均匀分散的石墨烯/碳纳米管具有三维混合结构，可以强化复合钎料的性能。
[0026]本发明采用的方法简单、高效，适合工业生产。
[0027]本发明用于原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料的方法。
【具体实施方式】
[0028]本发明技术方案不局限于以下所列举的【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】之间的任意组合。
[0029]【具体实施方式】一:本实施方式所述的原位生长石墨烯/碳纳米管增强Ti基钎料的方法，具体是按照以下步骤进行的:
[0030]一、将Ni(N03)2.6H20和TiH2粉末置于无水乙醇中混合，然后在温度为80 °C?100°C的条件下，磁力搅拌至无水乙醇全部挥发，再经研磨，得到Ni (N03)2.打比复合粉末；
[0031]所述的Ni (Ν03)2.6H20与打比粉末的质量比为1: (1?10);
[0032]二、将Ni (N03)2.TiH2复合粉末置于等离子体增强化学气相沉积真空装置中，抽真空至5Pa以下，以气体流量为lOsccm?40sccm通入氢气，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为lOOPa?400Pa，并在压强为lOOPa?400Pa和氢气气氛下，以20°C /min的升温速率将温度升温至500 °C?560 °C ；
[0033]三、以气体流量为lOsccm?80sccm通入甲烧气体，调节氢气的气体流量为5sccm?20sccm，调节等离子体增强化学气相沉积真空装置中压强为200Pa?800Pa，然后在射频功率为