專利名稱：連接Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料及用其進(jìn)行釬焊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連接陶瓷和金屬釬焊的復(fù)合釬料及用其進(jìn)行釬焊的方法。
背景技術(shù)：
先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷作為一種新型結(jié)構(gòu)材料，以其耐高溫、高強(qiáng)度、超硬度、耐磨損、抗腐蝕以及低熱導(dǎo)等獨(dú)特的優(yōu)異性能，在國防、能源、航空航天、機(jī)械、石化、冶金、電子等行業(yè)，日益顯示出廣闊的應(yīng)用前景，引起各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的重視，競相投入大量的人力、物力予以研究。氮化硅陶瓷(Si3N4)是當(dāng)今工程結(jié)構(gòu)新材料中的重要組成部分。該類陶瓷中Si與N之間是典型的共價(jià)鍵結(jié)合，導(dǎo)致Si3N4陶瓷具有一系列優(yōu)異的物理、化學(xué)及力學(xué)性能，如低 的熱膨脹系數(shù)、抗氧化、耐高溫、耐腐蝕、高的本征強(qiáng)度、硬度、耐磨損、以及優(yōu)良的高溫力學(xué)性能，是結(jié)構(gòu)陶瓷中最具有應(yīng)用前景的材料之一，也是發(fā)展十分迅速的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。由于Si3N4陶瓷脆性大、延性低、難以變形和切削加工困難。另外，陶瓷材料固有的脆性，可導(dǎo)致極小的臨界裂紋，增大了陶瓷構(gòu)件在制作加工中的難度，妨礙了在工程結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用。金屬材料通常具有良好的塑性和韌性，但其高溫性能、硬度、耐腐蝕性較差。實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體的要求，合理地把金屬和陶瓷結(jié)合為一體，即可獲得綜合性能良好的陶瓷-金屬結(jié)構(gòu)件。因此，為了充分發(fā)揮兩類材料的優(yōu)點(diǎn)，必須解決陶瓷與金屬的連接問題。目前，活性金屬釬焊法由于操作工藝簡單、連接強(qiáng)度高、接頭尺寸和形狀適應(yīng)性廣等成為連接Si3N4陶瓷與金屬的首選方法，各國材料工作者在連接陶瓷的釬料選擇上進(jìn)行了大量的研究，現(xiàn)在發(fā)展比較成熟的釬料體系主要為Ag-Cu-Ti，該釬料對Si3N4陶瓷顯示了良好的潤濕能力。然而，由于該釬料與被連接的Si3N4陶瓷之間存在較大的熱膨脹系數(shù)差異，從釬焊溫度冷卻至室溫過程中，接頭內(nèi)容易產(chǎn)生高的殘余應(yīng)力，這在一定程度上損害了接頭的連接性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有復(fù)合釬料釬焊連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼所得到的焊接接頭產(chǎn)生的高殘余應(yīng)力，接頭強(qiáng)度低的問題，而提供連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料及用其進(jìn)行釬焊的方法。本發(fā)明用于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料由混合粉末和增強(qiáng)相組成；其中混合粉末由質(zhì)量百分比為60% 75%的Ag粉、20% 35%的Cu粉和3% 6%的Ti粉組成；增強(qiáng)相為占混合粉末體積百分比5% 40%的Mo粉或WC粉。本發(fā)明連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法，是通過下列步驟實(shí)現(xiàn)一、按質(zhì)量百分比將60% 75%的Ag粉、20% 35%的Cu粉和3% 6%的Ti粉混合，得到混合粉末；
二、向混合粉末中加入占混合粉末體積百分比5% 40 %的增強(qiáng)相，得到粉末A，然后將粉末A放入球磨罐中，以200 300r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理I IOh,得到復(fù)合釬料；三、將復(fù)合釬料與羥乙基纖維素混合成膏狀，在20 100°C溫度下烘干成厚度為80 260 μ m的復(fù)合釬料薄片；四、將Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干；五、將復(fù)合釬料薄片裝配在清洗后的Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用502膠固定，得到待焊件；六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至100 160Pa，抽真空至I. OX 10_3 3. OX 10_3Pa，以10°C /min的加熱速度將待焊件升溫到300°C，保溫30min,然后以10°C /min的速度升溫到900°C,保溫IOmin,再以5°C /min的速度降溫至300°C，然后隨爐冷卻至室溫，即完成連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法；其中所述增強(qiáng)相為Mo粉或WC粉，步驟二中球料質(zhì)量比為10 I ；步驟三中復(fù)合釬料與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合。本發(fā)明連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法，是通過下列步驟實(shí)現(xiàn)一、按質(zhì)量百分比將60% 75%的Ag粉、20% 35%的Cu粉和3% 6%的Ti粉混合，得到混合粉末，然后將混合粉末均分成A份和B份；二、向A份混合粉末中加入占A份混合粉末體積百分比5% 10%的增強(qiáng)相，向B份混合粉末中加入占B份混合粉末體積百分比11% 40 %的增強(qiáng)相，得到粉末A和粉末B，然后將粉末A和粉末B分別放入球磨罐中，以200 300r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理I 10h，得到復(fù)合釬料A和復(fù)合釬料B ；三、將復(fù)合釬料A和復(fù)合釬料B分別與羥乙基纖維素混合成膏狀，在20 100°C溫度下烘干成每片厚度為80 260 μ m的復(fù)合釬料薄片A和復(fù)合釬料薄片B ；四、將Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干；五、將復(fù)合釬料薄片A和B裝配在清洗后的Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用502膠固定，得到待焊件，復(fù)合釬料薄片B置于Si3N4陶瓷待焊面一側(cè)，復(fù)合釬料薄片A置于42CrMo鋼的待焊面一側(cè)，形成從Si3N4陶瓷待焊面到42CrMo鋼的待焊面復(fù)合釬料中增強(qiáng)相體積百分比含量由高到低的梯度變化；六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至100 160Pa，抽真空至I. OX 10_3 3. OX 10_3Pa，以10°C /min的加熱速度將待焊件升溫到300°C，保溫30min,然后以10°C /min的速度升溫到900°C,保溫IOmin,再以5°C /min的速度降溫至300°C，然后隨爐冷卻至室溫，即完成連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法；其中所述增強(qiáng)相為Mo粉或WC粉，步驟二中球料質(zhì)量比為10 : I ;步驟三中復(fù)合釬料A與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合；復(fù)合釬料B與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合。本發(fā)明連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法，是通過下列步驟實(shí)現(xiàn)
一、按質(zhì)量百分比將60% 75%的Ag粉、20% 35%的Cu粉和3% 6%的Ti粉混合，得到混合粉末，然后將混合粉末均分成A份、B份和C份；二、向A份混合粉末中加入占A份混合粉末體積百分比5% 10%的增強(qiáng)相，向B份混合粉末中加入占B份混合粉末體積百分比11% 19%的增強(qiáng)相，向C份混合粉末中加入占C份混合粉末體積百分比20% 40 %的增強(qiáng)相，得到粉末A、粉末B和粉末C，然后將粉末A、粉末B和粉末C分別放入球磨罐中，以200 300r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理I IOh,得到復(fù)合釬料A、復(fù)合釬料B和復(fù)合釬料C ；三、將復(fù)合釬料A、復(fù)合釬料B和復(fù)合釬料C分別與羥乙基纖維素混合成膏狀，在20 100°C溫度下烘干成每片厚度為80 260 μ m的復(fù)合釬料薄片A、復(fù)合釬料薄片B和復(fù)合釬料薄片C ；四、將Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干； 五、將復(fù)合釬料薄片A、B和C裝配在清洗后的Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用502膠固定，得到待焊件，復(fù)合釬料薄片C置于Si3N4陶瓷待焊面一側(cè)，復(fù)合釬料薄片A置于42CrMo鋼的待焊面一側(cè)，復(fù)合釬料薄片B置于復(fù)合釬料薄片C和復(fù)合釬料薄片A之間，形成從Si3N4陶瓷待焊面到42CrMo鋼的待焊面復(fù)合釬料中增強(qiáng)相體積百分比含量由高到低的梯度變化；六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至100 160Pa，抽真空至I. OX 10_3 3. OX 10_3Pa，以10°C /min的加熱速度將待焊件升溫到300°C，保溫30min,然后以10°C /min的速度升溫到900°C,保溫IOmin,再以5°C /min的速度降溫至300°C，然后隨爐冷卻至室溫，即完成連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法；其中所述增強(qiáng)相為Mo粉或WC粉，步驟二中球料質(zhì)量比為10 : I ;步驟三中復(fù)合釬料A與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合；復(fù)合釬料B與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合；復(fù)合釬料C與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合。本發(fā)明提供的用于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料中的Ag和Cu均具有良好的塑性，Ti是活性元素，在釬焊過程中實(shí)現(xiàn)復(fù)合釬料對Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的良好潤濕性。本發(fā)明連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料降低了釬焊連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼所得到的焊接接頭產(chǎn)生的高殘余應(yīng)力，提高了釬焊接頭強(qiáng)度。連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料的釬焊過程，通過復(fù)合釬料中增強(qiáng)相體積百分比含量的梯度變化，實(shí)現(xiàn)彈性模量或線膨脹系數(shù)從被連接Si3N4陶瓷到42CrMo鋼的梯度變化。Si3N4陶瓷和42CrMo鋼作為工程常用材料，因此本發(fā)明應(yīng)用于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的前景廣闊。
圖I是具體實(shí)施方式
十二復(fù)合釬料釬焊接頭的背散射電子照片；圖2是具體實(shí)施方式
十三復(fù)合釬料釬焊接頭的背散射電子照片；圖3是具體實(shí)施方式
十四復(fù)合釬料釬焊接頭的背散射電子照片；圖4是具體實(shí)施方式
十四復(fù)合釬料薄片裝配圖，I表示復(fù)合釬料。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式用于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料由混合粉末和增強(qiáng)相組成；其中混合粉末由質(zhì)量百分比為60% 75 %的Ag粉、20% 35 %的Cu粉和3% 6%的Ti粉組成；增強(qiáng)相為占混合粉末體積百分比5% 40%的Mo粉或WC粉。
具體實(shí)施方式
二 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同的是用于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料由混合粉末和增強(qiáng)相組成；其中混合粉末由質(zhì)量百分比為65% 73%的Ag粉、22% 30%的Cu粉和4% 5. 5%的Ti粉組成；增強(qiáng)相為占混合粉末體積百分比10% 30 %的Mo粉或WC粉。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式采用具體實(shí)施方式
一所述的用于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)一、按質(zhì)量百分比將60% 75%的Ag粉、20% 35%的Cu粉和3% 6%的Ti粉 混合，得到混合粉末；二、向混合粉末中加入占混合粉末體積百分比5% 40 %的增強(qiáng)相，得到粉末A，然后將粉末A放入球磨罐中，以200 300r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理I IOh,得到復(fù)合釬料；三、將復(fù)合釬料與羥乙基纖維素混合成膏狀，在20 100°C溫度下烘干成厚度為80 260 μ m的復(fù)合釬料薄片；四、將Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干；五、將復(fù)合釬料薄片裝配在清洗后的Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用502膠固定，得到待焊件；六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至100 160Pa，抽真空至I. OX 10_3 3. OX 10_3Pa，以10°C /min的加熱速度將待焊件升溫到300°C，保溫30min,然后以10°C /min的速度升溫到900°C,保溫IOmin,再以5°C /min的速度降溫至300°C，然后隨爐冷卻至室溫，即完成連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法；其中所述增強(qiáng)相為Mo粉或WC粉,步驟二中球料質(zhì)量比為10 I ；步驟三中復(fù)合釬料與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合。本實(shí)施方式步驟四用丙酮超聲清洗之前，用B4C將Si3N4陶瓷待焊面打磨平整，然后依次用W3. 5和W0. 5的金剛石研磨膏將Si3N4陶瓷待焊面研磨光滑；將42CrMo鋼待焊面依次用600#、1000#和1600#金相砂紙打磨平整，然后分別用型號為O. 5μ m的金剛石拋光劑將Si3N4陶瓷待焊面和42CrMo鋼的待焊面拋光。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三不同的是步驟一按質(zhì)量百分比將70%的Ag粉、25%的Cu粉和5%的Ti粉混合。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
三或四不同的是步驟二向混合粉末中加入占混合粉末體積百分比20%的增強(qiáng)相。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
三或四相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式采用具體實(shí)施方式
一所述的用于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)一、按質(zhì)量百分比將60% 75%的Ag粉、20% 35%的Cu粉和3% 6%的Ti粉混合，得到混合粉末，然后將混合粉末均分成A份和B份；
二、向A份混合粉末中加入占A份混合粉末體積百分比5% 10%的增強(qiáng)相，向B份混合粉末中加入占B份混合粉末體積百分比11% 40 %的增強(qiáng)相，得到粉末A和粉末B，然后將粉末A和粉末B分別放入球磨罐中，以200 300r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理I 10h，得到復(fù)合釬料A和復(fù)合釬料B ；三、將復(fù)合釬料A和復(fù)合釬料B分別與羥乙基纖維素混合成膏狀，在20 100°C溫度下烘干成每片厚度為80 260 μ m的復(fù)合釬料薄片A和復(fù)合釬料薄片B ；四、將Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干；五、將復(fù)合釬料薄片A和B裝配在清洗后的Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用502膠固定，得到待焊件，復(fù)合釬料薄片B置于Si3N4陶瓷待焊面一側(cè)，復(fù)合釬料薄片A置于42CrMo鋼的待焊面一側(cè)，形成從Si3N4陶瓷待焊面到42CrMo鋼的待焊面復(fù)合釬料中增強(qiáng)相體積百分比含量由高到低的梯度變化；、
六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至100 160Pa，抽真空至I. OX 10_3 3. OX 10_3Pa，以10°C /min的加熱速度將待焊件升溫到300°C，保溫30min,然后以10°C /min的速度升溫到900°C,保溫IOmin,再以5°C /min的速度降溫至300°C，然后隨爐冷卻至室溫，即完成連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法；其中所述增強(qiáng)相為Mo粉或WC粉，步驟二中球料質(zhì)量比為10 : I ;步驟三中復(fù)合釬料A與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合；復(fù)合釬料B與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合。本實(shí)施方式步驟四用丙酮超聲清洗之前，用B4C將Si3N4陶瓷待焊面打磨平整，然后依次用W3. 5和W0. 5的金剛石研磨膏將Si3N4陶瓷待焊面研磨光滑；將42CrMo鋼待焊面依次用600#、1000#和1600#金相砂紙打磨平整，然后分別用型號為O. 5μ m的金剛石拋光劑將Si3N4陶瓷待焊面和42CrMo鋼的待焊面拋光。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六不同的是步驟二向A份混合粉末中加入占A份混合粉末體積百分比6 %的增強(qiáng)相，向B份混合粉末中加入占B份混合粉末體積百分比22%的增強(qiáng)相。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六或七不同的是步驟二以220 260r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理3 8h。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六或七相同。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
六至八之一不同的是步驟三在30 80°C溫度下烘干成每片厚度為100 160 μ m的復(fù)合釬料薄片A和復(fù)合釬料薄片B。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
六至八之一相同。
具體實(shí)施方式
十本實(shí)施方式采用具體實(shí)施方式
一所述的用于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)一、按質(zhì)量百分比將60% 75%的Ag粉、20% 35%的Cu粉和3% 6%的Ti粉混合，得到混合粉末，然后將混合粉末均分成A份、B份和C份；二、向A份混合粉末中加入占A份混合粉末體積百分比5% 10%的增強(qiáng)相，向B份混合粉末中加入占B份混合粉末體積百分比11% 19%的增強(qiáng)相，向C份混合粉末中加入占C份混合粉末體積百分比20% 40 %的增強(qiáng)相，得到粉末A、粉末B和粉末C，然后將粉末A、粉末B和粉末C分別放入球磨罐中，以200 300r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理I IOh,得到復(fù)合釬料A、復(fù)合釬料B和復(fù)合釬料C ；三、將復(fù)合釬料A、復(fù)合釬料B和復(fù)合釬料C分別與羥乙基纖維素混合成膏狀，在20 100°C溫度下烘干成每片厚度為80 260 μ m的復(fù)合釬料薄片A、復(fù)合釬料薄片B和復(fù)合釬料薄片C ；四、將Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干；五、將復(fù)合釬料薄片A、B和C裝配在清洗后的Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用502膠固定，得到待焊件，復(fù)合釬料薄片C置于Si3N4陶瓷待焊面一側(cè)，復(fù)合釬料薄片A置于42CrMo鋼的待焊面一側(cè)，復(fù)合釬料薄片B置于復(fù)合釬料薄片C和復(fù)合釬料薄片A之間，形成從Si3N4陶瓷待焊面到42CrMo鋼的待焊面復(fù)合釬料中增強(qiáng)相體積百分比含量由高到低的梯度變化；六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至100 160Pa，抽真空至I. OX 10_3 3. OX 10_3Pa，以10°C /min的加熱速度將待焊件升溫到300°C，保溫30min,然后以10°C /min的速度升溫到900°C,保溫IOmin,再以5°C /min的速度降溫至300°C，然后隨爐冷卻至室溫，即完成連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法；其中所述增強(qiáng)相為Mo粉或WC粉，步驟二中球料質(zhì)量比為10 : I ;步驟三中復(fù)合釬料A與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合；復(fù)合釬料B與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合；復(fù)合釬料C與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合。本實(shí)施方式步驟四用丙酮超聲清洗之前，用B4C將Si3N4陶瓷待焊面打磨平整，然后依次用W3. 5和W0. 5的金剛石研磨膏將Si3N4陶瓷待焊面研磨光滑；將42CrMo鋼待焊面依次用600#、1000#和1600#金相砂紙打磨平整，然后分別用型號為O. 5μπι的金剛石拋光劑將Si3N4陶瓷待焊面和42CrMo鋼的待焊面拋光。
具體實(shí)施方式
i^一 本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
十不同的是步驟二向A份混合粉末中加入占A份混合粉末體積百分比8 %的增強(qiáng)相，向B份混合粉末中加入占B份混合粉末體積百分比16%的增強(qiáng)相，向C份混合粉末中加入占C份混合粉末體積百分比25%的增強(qiáng)相。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
十相同。
具體實(shí)施方式
十二 本實(shí)施方式采用具體實(shí)施方式
一所述的用于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)一、按質(zhì)量百分比將69 %的Ag粉、27 %的Cu粉和4%的Ti粉混合，得到混合粉末；二、向混合粉末中加入占混合粉末體積百分比10%的增強(qiáng)相，得到粉末A，然后將粉末A放入球磨罐中，以250r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理2h,得到復(fù)合釬料；三、將復(fù)合釬料與羥乙基纖維素混合成膏狀，在80°C溫度下烘干成厚度為240 μ m的復(fù)合釬料薄片；四、將Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干；五、將復(fù)合釬料薄片裝配在清洗后的Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用502膠固定，得到待焊件；六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至120Pa，抽真空至I. 0X10_3Pa，以10°C /min的加熱速度將待焊件升溫到300°C，保溫30min，然后以10°c /min的速度升溫到900°C，保溫lOmin，再以5°C /min的速度降溫至300°C，然后隨爐冷卻至室溫，即完成連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法；其中所述增強(qiáng)相為Mo粉，步驟二中球料質(zhì)量比為10 : I ；步驟三中復(fù)合釬料與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合。本實(shí)施方式步驟四用丙酮超聲清洗之前，用B4C將Si3N4陶瓷待焊面打磨平整，然后依次用W3. 5和WO. 5的金剛石研磨膏將Si3N4陶瓷待焊面研磨光滑；將42CrMo鋼待焊面依次用600#、1000#和1600#金相砂紙打磨平整，然后分別用型號為O. 5μ m的金剛石拋光劑將Si3N4陶瓷待焊面和42CrMo鋼的待焊面拋光。本實(shí)施方式采用連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料釬焊接頭的背散射電子照片如圖I所示。采用三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測得本實(shí)施方式的釬焊接頭的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為587. 3Mpa。
具體實(shí)施方式
十三本實(shí)施方式用于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)本發(fā)明連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法，是通過下列步驟實(shí)現(xiàn) 一、按質(zhì)量百分比將69 %的Ag粉、27 %的Cu粉和4 %的Ti粉混合，得到混合粉末，然后將混合粉末均分成A份和B份；二、向A份混合粉末中加入占A份混合粉末體積百分比5%的增強(qiáng)相，向B份混合粉末中加入占B份混合粉末體積百分比20%的增強(qiáng)相，得到粉末A和粉末B，然后將粉末A和粉末B分別放入球磨罐中，以250r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理2h,得到復(fù)合釬料A和復(fù)合釬料B ；三、將復(fù)合釬料A和復(fù)合釬料B分別與羥乙基纖維素混合成膏狀，在80°C溫度下烘干成每片厚度為120 μ m的復(fù)合釬料薄片A和復(fù)合釬料薄片B ；四、將Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干；五、將復(fù)合釬料薄片A和B裝配在清洗后的Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用502膠固定，得到待焊件，復(fù)合釬料薄片B置于Si3N4陶瓷待焊面一側(cè)，復(fù)合釬料薄片A置于42CrMo鋼的待焊面一側(cè)，形成從Si3N4陶瓷待焊面到42CrMo鋼的待焊面復(fù)合釬料中增強(qiáng)相體積百分比含量由高到低的梯度變化；六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至120Pa，抽真空至I. 0X10_3Pa，以10°C /min的加熱速度將待焊件升溫到300°C，保溫30min，然后以IO0C /min的速度升溫到900°C，保溫lOmin，再以5°C /min的速度降溫至300°C，然后隨爐冷卻至室溫，即完成連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法；其中所述增強(qiáng)相為Mo粉，步驟二中球料質(zhì)量比為10 : I ；步驟三中復(fù)合釬料A與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合；復(fù)合釬料B與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合。本實(shí)施方式步驟四用丙酮超聲清洗之前，用B4C將Si3N4陶瓷待焊面打磨平整，然后依次用W3. 5和WO. 5的金剛石研磨膏將Si3N4陶瓷待焊面研磨光滑；將42CrMo鋼待焊面依次用600#、1000#和1600#金相砂紙打磨平整，然后分別用型號為O. 5μ m的金剛石拋光劑將Si3N4陶瓷待焊面和42CrMo鋼的待焊面拋光。
本實(shí)施方式采用連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼釬焊的復(fù)合梯度釬料釬焊接頭的背散射電子照片如圖2所示。采用三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測得本實(shí)施方式的釬焊接頭的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為346. 4Mpa。
具體實(shí)施方式
十四本實(shí)施方式用于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)一、按質(zhì)量百分比將69%的Ag粉、27%的Cu粉和4%的Ti粉混合，得到混合粉末，然后將混合粉末均分成A份、B份和C份；二、向A份混合粉末中加入占A份混合粉末體積百分比5%的增強(qiáng)相，向B份混合粉末中加入占B份混合粉末體積百分比15%的增強(qiáng)相，向C份混合粉末中加入占C份混合粉末體積百分比30%的增強(qiáng)相，得到粉末A、粉末B和粉末C，然后將粉末A、粉末B和粉末C分別放入球磨罐中，以250r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理2h,得到復(fù)合釬料A、復(fù)合釬料B和復(fù)合釬料C ；
三、將復(fù)合釬料A、復(fù)合釬料B和復(fù)合釬料C分別與羥乙基纖維素混合成膏狀，在80°C溫度下烘干成每片厚度為80 μ m的復(fù)合釬料薄片A、復(fù)合釬料薄片B和復(fù)合釬料薄片C；四、將Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干；五、將復(fù)合釬料薄片A、B和C裝配在清洗后的Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用502膠固定，得到待焊件，復(fù)合釬料薄片C置于Si3N4陶瓷待焊面一側(cè)，復(fù)合釬料薄片A置于42CrMo鋼的待焊面一側(cè)，復(fù)合釬料薄片B置于復(fù)合釬料薄片C和復(fù)合釬料薄片A之間，形成從Si3N4陶瓷待焊面到42CrMo鋼的待焊面復(fù)合釬料中增強(qiáng)相體積百分比含量由高到低的梯度變化；六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至120Pa，抽真空至I. 0X10_3Pa，以10°C /min的加熱速度將待焊件升溫到300°C，保溫30min，然后以IO0C /min的速度升溫到900°C，保溫lOmin，再以5°C /min的速度降溫至300°C，然后隨爐冷卻至室溫，即完成采用連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼釬焊的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法；其中所述增強(qiáng)相為Mo粉，步驟二中球料質(zhì)量比為10 : I ；步驟三中復(fù)合釬料A與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合；復(fù)合釬料B與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合；復(fù)合釬料C與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合。本實(shí)施方式步驟四用丙酮超聲清洗之前，用B4C將Si3N4陶瓷待焊面打磨平整，然后依次用W3. 5和WO. 5的金剛石研磨膏將Si3N4陶瓷待焊面研磨光滑；將42CrMo鋼待焊面依次用600#、1000#和1600#金相砂紙打磨平整，然后分別用型號為O. 5μ m的金剛石拋光劑將Si3N4陶瓷待焊面和42CrMo鋼的待焊面拋光。本實(shí)施方式采用連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼釬焊的復(fù)合釬料釬焊接頭的背散射電子照片如圖3所示。復(fù)合釬料薄片裝配圖如圖4所示。采用三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度測得本實(shí)施方式的釬焊接頭的三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度為215. 8MPa。
權(quán)利要求
1.連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料，其特征在于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料由混合粉末和增強(qiáng)相組成；其中混合粉末由質(zhì)量百分比為60% 75%的Ag粉、20% 35 %的Cu粉和3% 6 %的Ti粉組成；增強(qiáng)相為占混合粉末體積百分比5% 40 %的Mo粉或WC粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料，其特征在于連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料由混合粉末和增強(qiáng)相組成；其中混合粉末由質(zhì)量百分比為65% 73 %的Ag粉、22% 30 %的Cu粉和4% 5. 5 %的Ti粉組成；增強(qiáng)相為占混合粉末體積百分比10% 30 %的Mo粉或WC粉。
3.采用如權(quán)利要求I所述的連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法，其特征在于釬焊的方法是通過下列步驟實(shí)現(xiàn) 一、按質(zhì)量百分比將60% 75%的Ag粉、20% 35%的Cu粉和3% 6%的Ti粉混合，得到混合粉末； 二、向混合粉末中加入占混合粉末體積百分比5% 40%的增強(qiáng)相，得到粉末A，然后將粉末A放入球磨罐中，以200 300r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理I IOh,得到復(fù)合釬料； 三、將復(fù)合釬料與羥乙基纖維素混合成膏狀，在20 100°C溫度下烘干成厚度為80 260 μ m的復(fù)合釬料薄片； 四、將Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干； 五、將復(fù)合釬料薄片裝配在清洗后的Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用502膠固定，得到待焊件； 六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至100 160Pa，抽真空至I. OX 10_3 3. OX10_3Pa，以10°C /min的加熱速度將待焊件升溫到300°C，保溫30min,然后以10°C /min的速度升溫到900°C,保溫IOmin,再以5°C /min的速度降溫至300°C，然后隨爐冷卻至室溫，即完成連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法；其中所述增強(qiáng)相為Mo粉或WC粉，步驟二中球料質(zhì)量比為10 I ； 步驟三中復(fù)合釬料與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合。
4.采用如權(quán)利要求I所述的連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法，其特征在于釬焊的方法是通過下列步驟實(shí)現(xiàn) 一、按質(zhì)量百分比將60% 75%的Ag粉、20% 35%的Cu粉和3% 6%的Ti粉混合，得到混合粉末，然后將混合粉末均分成A份和B份； 二、向A份混合粉末中加入占A份混合粉末體積百分比5% 10%的增強(qiáng)相，向B份混合粉末中加入占B份混合粉末體積百分比11% 40 %的增強(qiáng)相，得到粉末A和粉末B，然后將粉末A和粉末B分別放入球磨罐中，以200 300r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理I IOh,得到復(fù)合釬料A和復(fù)合釬料B ； 三、將復(fù)合釬料A和復(fù)合釬料B分別與羥乙基纖維素混合成膏狀，在20 100°C溫度下烘干成每片厚度為80 260 μ m的復(fù)合釬料薄片A和復(fù)合釬料薄片B ； 四、將Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干； 五、將復(fù)合釬料薄片A和B裝配在清洗后的Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用502膠固定，得到待焊件，復(fù)合釬料薄片B置于Si3N4陶瓷待焊面一側(cè)，復(fù)合釬料薄片A置于42CrMo鋼的待焊面一側(cè)，形成從Si3N4陶瓷待焊面到42CrMo鋼的待焊面復(fù)合釬料中增強(qiáng)相體積百分比含量由高到低的梯度變化； 六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至100 160Pa，抽真空至I. OX 10_3 3. OX10_3Pa，以10°C /min的加熱速度將待焊件升溫到300°C，保溫30min,然后以10°C /min的速度升溫到900°C,保溫IOmin,再以5°C /min的速度降溫至300°C，然后隨爐冷卻至室溫，即完成連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法; 其中所述增強(qiáng)相為Mo粉或WC粉，步驟二中球料質(zhì)量比為10 I ； 步驟三中復(fù)合釬料A與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合；復(fù)合釬料B與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法，其特征在于步驟二向A份混合粉末中加入占A份混合粉末體積百分比6 %的增強(qiáng)相，向B份混合粉末中加入占B份混合粉末體積百分比22%的增強(qiáng)相。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法，步驟三在30 80°C溫度下烘干成每片厚度為100 160 μ m的復(fù)合釬料薄片A和復(fù)合釬料薄片B。
7.采用如權(quán)利要求I所述的連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法，其特征在于釬焊的方法是通過下列步驟實(shí)現(xiàn) 一、按質(zhì)量百分比將60% 75%的Ag粉、20% 35%的Cu粉和3% 6%的Ti粉混合，得到混合粉末，然后將混合粉末均分成A份、B份和C份； 二、向A份混合粉末中加入占A份混合粉末體積百分比5% 10%的增強(qiáng)相，向B份混合粉末中加入占B份混合粉末體積百分比11% 19%的增強(qiáng)相，向C份混合粉末中加入占C份混合粉末體積百分比20% 40 %的增強(qiáng)相，得到粉末A、粉末B和粉末C，然后將粉末A、粉末B和粉末C分別放入球磨罐中，以200 300r/min的轉(zhuǎn)速球磨處理I IOh,得到復(fù)合釬料A、復(fù)合釬料B和復(fù)合釬料C ； 三、將復(fù)合釬料A、復(fù)合釬料B和復(fù)合釬料C分別與羥乙基纖維素混合成膏狀，在20 .100°C溫度下烘干成每片厚度為80 260 μ m的復(fù)合釬料薄片A、復(fù)合釬料薄片B和復(fù)合釬料薄片C ； 四、將Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面用丙酮超聲清洗30min后取出，自然晾干； 五、將復(fù)合釬料薄片A、B和C裝配在清洗后的Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的待焊面之間，用.502膠固定，得到待焊件，復(fù)合釬料薄片C置于Si3N4陶瓷待焊面一側(cè)，復(fù)合釬料薄片A置于42CrMo鋼的待焊面一側(cè)，復(fù)合釬料薄片B置于復(fù)合釬料薄片C和復(fù)合釬料薄片A之間，形成從Si3N4陶瓷待焊面到42CrMo鋼的待焊面復(fù)合釬料中增強(qiáng)相體積百分比含量由高到低的梯度變化； 六、將步驟五得到的待焊件置于真空釬焊爐中，在待焊件兩端加壓至100 160Pa，抽真空至I. OX 10_3 3. OX10_3Pa，以10°C /min的加熱速度將待焊件升溫到300°C，保溫.30min,然后以10°C /min的速度升溫到900°C,保溫IOmin,再以5°C /min的速度降溫至.300°C，然后隨爐冷卻至室溫，即完成連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法；其中所述增強(qiáng)相為Mo粉或WC粉，步驟二中球料質(zhì)量比為10 I ； 步驟三中復(fù)合釬料A與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合；復(fù)合釬料B與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合；復(fù)合釬料C與羥乙基纖維素按質(zhì)量比95 5混合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料進(jìn)行釬焊的方法，其特征在于步驟二向A份混合粉末中加入占A份混合粉末體積百分比8 %的增強(qiáng)相，向B份混合粉末中加入占B份混合粉末體積百分比16%的增強(qiáng)相，向C份混合粉末中加入占C份混合粉末體積百分比25%的增強(qiáng)相。
全文摘要
連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料及用其進(jìn)行釬焊的方法，它涉及連接陶瓷和鋼的釬料及其釬焊方法。它要解決現(xiàn)有釬料連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼得到的焊接接頭產(chǎn)生的高殘余應(yīng)力，接頭強(qiáng)度低的問題。釬料由Ag粉、Cu粉、Ti粉及增強(qiáng)相制成。方法是將Ag粉、Cu粉、Ti粉及增強(qiáng)相混合經(jīng)球磨處理，再與羥乙基纖維素混合烘干制成復(fù)合釬料薄片，將復(fù)合釬料薄片置于Si3N4陶瓷待焊面和42CrMo鋼待焊面之間，得到待焊件，然后將待焊件放入真空釬焊爐中進(jìn)行真空釬焊，即完成連接Si3N4陶瓷和42CrMo鋼的復(fù)合釬料的釬焊。本發(fā)明釬焊接頭產(chǎn)生的殘余應(yīng)力低，焊接接頭強(qiáng)度高，應(yīng)用于陶瓷和鋼的釬焊連接。
文檔編號B23K1/008GK102689108SQ20121020524
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者張 杰, 王興, 賀艷明 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)