本发明属于金属加工领域，具体涉及一种钛合金-k4玻璃异种材料的复合连接方法。
背景技术：
由于玻璃属于非晶体材料，主要为硅氧四面体网状结构，具有非常稳定的电子配对和很强的化学稳定性，与金属存在本质上的不同，要想获得良好的连接接头具有较大的难度。同时，k4玻璃属于硼硅玻璃的一种，具有优良的光学稳定性，抗热震性和离子导电性能，因此被广泛应用在光学仪器、传感器和电子封装领域。
目前，国内外对于玻璃和金属的连接研究主要集中在玻璃和铝、铜、可伐合金的连接上，tsann-shyichern对可伐合金在不同温度和时间下预氧化，发现700℃，5～15min时，可形成厚度为4～7μm的致密氧化膜（主要feo），氧化膜具有良好的粘附性，可以实现可伐合金与玻璃的牢固连接。gensasakil研究证实了al/玻璃键合界面的纳米晶γ-al2o3起到钉扎作用，从而实现al/玻璃的有效连接。
由于钛合金氧化膜的润湿性较差，传统封接方法难以实现钛合金与玻璃的有效连接，piotrmrozek（anodicbondingofglasseswithinterlayersforfullytransparentdeviceapplications）研究了通过浮法玻璃表面真空蒸镀纳米级ti膜，以ti膜为中间层，采用阳极焊的方法实现玻璃与玻璃的封接，但是并没有解决较厚较大的钛合金块体与玻璃阳极键合时由于较大内应力而导致连接强度不高的问题，同时由于在连接过程中ti膜表面发生氧化，生成氧化膜，所以连接后的工件强度受氧化膜层与ti膜基体的连接强度的严重制约，强度有限。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种钛合金-k4玻璃异种材料的复合连接方法。
实现本发明的目的的技术解决方案是：
一种钛合金-k4玻璃异种材料的复合连接方法，通过真空热压的方法将喷砂处理和酸蚀处理之后的钛合金与k4玻璃实现机械互锁结合，然后运用场致扩散连接技术，施加电场促进钛合金与玻璃接头附近离子迁移和界面元素扩散，实现金属与k4玻璃的冶金结合，降低连接所需温度，减少焊接时间，从而达到减少内应力的产生，提高焊接的效率和焊接强度，其具体步骤为：
先对钛合金进行去污去氧化膜处理，再对其表面进行喷砂和酸蚀处理，然后将k4玻璃叠放在钛合金表面，在真空热压炉中，抽真空至2×10-3-3×10-3pa，升温至750℃~850℃，保温0.5~1h，同时施加压力0.5~1mpa，保压20~30min，保压结束之后缓慢降温至400~500℃，然后在工件两端施加500~800v电压，直至电流完全消失即可，最终实现钛合金与k4玻璃的复合连接。
进一步的，所述的钛合金与k4玻璃均为块体。
进一步的，钛合金为tc4块体，采用250~300μm的al2o3粉末对钛合金表面进行喷砂处理；采用浓度为5.5-6.0mol/l浓盐酸、8.5-9.0mol/l浓硫酸的混合酸腐蚀液，于60±10℃下酸蚀处理45-70min。
进一步的，抽真空至2×10-3~3×10-3pa后，升温至780℃，同时施加压力0.5mpa。
进一步的，保压结束之后缓慢降温至450℃，在工件两端施加600v电压。
本发明与现有技术相比，其显著优点是：（1）采用真空热压，一方面可以实现k4玻璃和钛合金的紧密接触，有助于场致扩散连接过程中的离子迁移与元素扩散，另一方面，对钛合金表面进行喷砂和酸蚀处理之后，通过真空热压，实现k4玻璃和钛合金的机械互锁结合，有利于提高最后焊件的连接强度。（2）通过场致扩散连接技术工作温度低，焊接时间短的特点，极大的降低工件残余应力的影响，同时提高焊接效率，实现k4玻璃与钛合金的冶金结合，提高k4玻璃与钛合金的连接强度。（3）本发明可以实现真空热压和场致扩散的连续作业，真正做到真空热压方法和场致扩散连接技术复合使用，从而极大的减少内应力，提高连接强度，提升焊接效率。
附图说明
图1为本发明钛合金-k4玻璃异种材料的复合连接工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1，首先分别对k4玻璃和钛合金进行表面清洗，再对钛合金单独进行喷砂和酸蚀处理，然后将k4玻璃叠放在钛合金上，放入真空炉中进行热压处理，最后进行场致扩散连接，从而实现k4与钛合金的有效连接。
实施例1
首先对直径60mm，厚度为6mm的tc4钛合金进行表面去污去氧化膜处理，然后采用250μm的al2o3粉末斜对钛合金表面进行长达20min的喷砂处理，然后放置在60℃的腐蚀液（浓度为5.8mol/l浓盐酸与8.96mol/l浓硫酸）中浸泡一小时，再取出超声清洗即可，对同样大小的k4玻璃也进行超声清洗，将k4玻璃叠放在tc4表面，放入真空热压炉中，将真空抽至2×10-3pa，以10℃/min的速度升温至750℃，保温30min，保证炉内工件温度均匀，然后对工件施加1mpa的压力，半小时之后，卸载压力，将炉内温度以5℃/min的速度缓降至450℃，对上压头所接负极，工作台所接的正极施加电压500v，观测电流显示，直至电流完全消失，即可关闭电源，随炉冷却至室温，观察所得tc4钛合金与k4玻璃实现100%的结合率，同时接头剪切强度可达到23mpa。
实施例2
同样对直径为60mm，厚度为6mm的圆形tc4钛合金进行表面去污去氧化膜处理，然后采用250μm的al2o3粉末斜对钛合金表面进行长达20min的喷砂处理，然后放置在60℃的腐蚀液（浓度为5.8mol/l浓盐酸与8.96mol/l浓硫酸）中浸泡一小时，再取出超声清洗即可，对同样大小的k4玻璃也进行超声清洗，将玻璃叠放在tc4表面，放入真空热压炉中，将真空抽至2×10-3pa，以10℃/min的速度升温至780℃，保温30min，保证炉内工件温度均匀，为保证工件变形量以及防止玻璃碎裂，施加压力减小为0.5mpa，半小时之后，卸载压力，将炉内温度以5℃/min的速度缓降至450℃，对上压头所接负极，工作台所接的正极施加电压500v，观测电流显示，直至电流完全消失，即可关闭电源，随炉冷却至室温。同样进行剪切实验的tc4与k4玻璃的接头强度可达25mpa，同时保证两者结合率100%。
实施例3
对直径为75mm，厚度为8mm的圆形tc4钛合金进行表面清洗，然后采用250μm的al2o3粉末斜对钛合金表面进行长达20min的喷砂处理，同样放置在60℃的腐蚀液（浓度为5.8mol/l浓盐酸与8.96mol/l浓硫酸）中浸泡一小时，再取出超声清洗即可，对同样大小的k4玻璃也进行超声清洗，将玻璃叠放在tc4表面，放入真空热压炉中，将真空抽至2×10-3pa，以10℃/min的速度升温至780℃，保温30min，保证炉内工件温度均匀，施加压力依然为0.5mpa，半小时之后，卸载压力，同时将炉内温度以5℃/min的速度缓降至450℃，对上压头所接负极，工作台所接的正极施加电压升至600v，电流完全消失，即可关闭电源，随炉冷却至室温。最终得到100%的结合率以及大约28mpa的剪切强度。