买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：安徽工程大学

摘要：本发明公开了一种用于钎焊陶瓷和高温合金的AgCu复合钎料，属于钎焊钎料领域，所述AgCu复合钎料包括双层AgCu钎料和泡沫Cu中间层，且泡沫Cu中间层填充于双层AgCu钎料之间。本发明通过采用添加有泡沫Cu中间层的AgCu复合钎料，能有效在钎焊温度为1173K下保温15分钟后，通过焊缝中出现的Cu基固溶体Cus，s减轻钎料和2个母材CTE的不匹配性，有利于释放钎焊过程中陶瓷与金属之间CTE不匹配所产生的残余热应力，提高钎焊接头的剪切强度，通过熔融的AgCu钎料润湿两端母材表面，并使得含有部分母材的熔融钎料填充到泡沫Cu中间层的孔隙中产生交错，从而使得陶瓷和高温合金与AgCu复合钎料之间充分连接，达到提高钎焊接头处连接性能的目的。

主权项：1.一种用于钎焊陶瓷和高温合金的AgCu复合钎料，其特征在于：所述AgCu复合钎料包括双层AgCu钎料和泡沫Cu中间层，且泡沫Cu中间层填充于双层AgCu钎料之间。

全文数据：一种用于钎焊陶瓷和高温合金的AgCu复合钎料技术领域本发明涉及钎焊钎料领域，具体的涉及一种用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料。背景技术近年来，陶瓷因其优异的物理、化学和机械性能而被广泛应用于航空航天、生物材料和电子学领域。但由于陶瓷材料的脆性使其难以加工，从而限制了该材料的发展与应用。到目前为止，许多研究都致力于将陶瓷与金属通过钎焊进行连接。Ag、Cu、Ni和Ti基钎料都是用于陶瓷和合金钎焊的材料，但是贵金属钎料成本太高，限制了其在工业中的大规模应用，同时因陶瓷与金属之间的热膨胀系数差异较大，易导致钎焊接头的残余应力严重恶化其机械性能，降低钎焊接头的剪切强度，降低钎焊接头的连接性能，所以无法满足生产和加工所需。发明内容1.要解决的技术问题本发明要解决的技术问题在于提供一种种用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料，能有效减轻钎料和2个母材CTE的不匹配性，降低接头处残余应力，并提高钎焊接头的剪切强度，使得陶瓷和合金与AgCu复合钎料之间充分连接，达到提高钎焊接头处连接性能的目的。2.技术方案为解决上述问题，本发明采取如下技术方案：一种用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料，所述AgCu复合钎料包括双层AgCu钎料和泡沫Cu中间层，且泡沫Cu中间层填充于双层AgCu钎料之间。具体地，所述AgCu钎料为商用Ag-28Cu共晶钎料。一种用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料的钎焊方法，依次包括如下步骤：步骤一：取体积比为4：1的ZrB2粉末和SiC粉末作为原料进行配料，取乙醇作为球磨介质，再将ZrB2粉末和SiC粉末原料混合后置于行星式研磨机中用氧化锆球进行球磨，球磨转速为240rmin，球磨时间为8小时；步骤二：将步骤一中球磨后的混料置于蒸发温度为80℃的旋转蒸发仪中去除乙醇，再将混料过200目筛，得到均匀的粉末混合物；步骤三：将步骤二中所得粉末混合物置于涂覆有BN的石墨模具中，并在压力为30MPa，温度为1950℃的真空环境下对模具中的粉末混合物进行单轴热压成型，热压时间为60min，得到陶瓷材料；步骤四：取AgCu复合钎料和步骤三中制得的混料分别置于酒精中进行超声清洗，清洗完成后通过吹风机进行烘干，备用，清洗时间为10min；步骤五：对陶瓷与合金进行线切割，将陶瓷切割成尺寸为4mm×4mm×4mm的样品，将合金切割成尺寸为4mm×4mm×4mm和10mm×10mm×4mm的样品，其中4mm×4mm×4mm的ZS样品与4mm×4mm×4mm的合金样品用于接头组织观察，4mm×4mm×4mm的陶瓷样品与10mm×10mm×4mm的合金样品用于剪切强度测试；步骤六：分别将陶瓷与合金的待焊面用1000目的碳化硅砂纸进行打磨后，将AgCu复合钎料置于陶瓷与合金的待焊面之间，再将混合摆放后的材料置于1×10-3Pa的真空下，以10℃min的加热速率进行加热，直至钎焊温度达到1173K停止，并对其进行保温，保温时间为15min；步骤七：将保温后的钎焊样品以5℃min的冷却速率降温至300℃，并在钎焊样品上施加0.016MPa的压力，使得待焊面之间紧密接触，得到含有钎焊接头的钎焊样品。具体地，所述ZrB2粉末和SiC粉末均为商用ZrB2粉末和商用SiC粉末，且ZrB2粉末的纯度为99％，粒径为2μm，SiC粉末的纯度为99％，粒径为1μm。具体地，所述合金为Inconel600商用合金，其重量百分比为Ni-15.5、Cr-8、Fe-1、Mn-0.5、Cu-0.5、Si-0.1C。具体地，所述AgCu钎料厚度为30μm，尺寸为4mm×4mm，且泡沫Cu中间层厚度为0.5mm，尺寸为4mm×4mm。具体地，所述泡沫Cu的平均孔径为400μm，且泡沫Cu中间层的孔隙率为80％。3.有益效果1本发明所提供的一种用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料，在钎焊温度达到1173K后保温15分钟时，焊缝出现许多不连续的块状Cu基固溶体Cus，s，因Cus，s块主要来自泡沫Cu中间层，故泡沫Cu中间层的3D结构保持在焊缝处，所以当钎焊温度接近钎料的熔点时，熔融的AgCu钎料润湿两端母材表面，并使得含有部分母材的熔融钎料填充到泡沫Cu中间层的孔隙中，使得钎料与两端的母材之间产生交错结构并进一步压缩泡沫Cu中间层，从而使得陶瓷和合金与AgCu复合钎料之间充分连接，达到提高钎焊接头处连接性能的目的。2本发明所提供的一种用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料，通过在传统AgCu钎料中添加了泡沫Cu中间层对陶瓷和合金进行钎焊，使得钎焊过程中焊缝中Cu基固溶体Cus，s的含量大大提高，进而通过大量Cus，s减轻钎料和2个母材CTE的不匹配性，有利于释放钎焊过程中陶瓷与金属之间CTE不匹配所产生的残余热应力，从而使得钎焊接头的剪切强度从36MPa增加到77MPa，达到提高钎焊接头剪切强度的目的。3本发明所提供的一种用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料，添加了泡沫Cu中间层的样品钎料被认为是复合体系，所以添加了泡沫Cu中间层的AgCu复合钎料经计算后得出钎焊接头的残余应力为-0.350GPa，与传统的AgCu钎料相比，添加了泡沫Cu中间层的AgCu复合钎料能有效降低接头处残余应力；4本发明所提供的一种用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料，其钎焊接头的断裂部分发生在陶瓷中，断裂路径从侧的反应层转变为部分陶瓷，自然地产生更高的断裂强度，故添加泡沫Cu中间层后的AgCu复合钎料在对陶瓷和合金进行钎焊时，钎焊的接头具有更高的断裂强度；综上，本发明所提供的一种用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料，在钎焊温度达到1173K后保温15分钟时，通过焊缝中出现的Cu基固溶体Cus，s减轻钎料和2个母材CTE的不匹配性，有利于释放钎焊过程中陶瓷与金属之间CTE不匹配所产生的残余热应力，降低接头处残余应力，并提高钎焊接头的剪切强度，通过熔融的AgCu钎料润湿两端母材表面，并使得含有部分母材的熔融钎料填充到泡沫Cu中间层的孔隙中产生交错，从而使得陶瓷和合金与AgCu复合钎料之间充分连接，达到提高钎焊接头处连接性能的目的。具体实施方式下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1一种用于钎焊ZrB2-SiC陶瓷和Inconel600合金的AgCu复合钎料，AgCu复合钎料包括双层AgCu钎料和泡沫Cu中间层，且泡沫Cu中间层填充于双层AgCu钎料之间，AgCu钎料为商用Ag-28Cu共晶钎料。一种用于钎焊ZrB2-SiC陶瓷和Inconel600合金的AgCu复合钎料的钎焊方法，依次包括如下步骤：步骤一：取体积比为4：1的ZrB2粉末和SiC粉末作为原料进行配料，ZrB2粉末和SiC粉末均为商用ZrB2粉末和商用SiC粉末，且ZrB2粉末的纯度为99％，粒径为2μm，SiC粉末的纯度为99％，粒径为1μm，取乙醇作为球磨介质，再将ZrB2粉末和SiC粉末原料混合后置于行星式研磨机中用氧化锆球进行球磨，球磨转速为240rmin，球磨时间为8小时；步骤二：将步骤一中球磨后的混料置于蒸发温度为80℃的旋转蒸发仪中去除乙醇，再将混料过200目筛，得到均匀的粉末混合物；步骤三：将步骤二中所得粉末混合物置于涂覆有BN的石墨模具中，并在压力为30MPa，温度为1950℃的真空环境下对模具中的粉末混合物进行单轴热压成型，热压时间为60min；步骤四：取AgCu复合钎料和步骤三中制得的混料分别置于酒精中进行超声清洗，AgCu钎料厚度为30μm，尺寸为4mm×4mm，且泡沫Cu中间层厚度为0.5mm，尺寸为4mm×4mm，泡沫Cu中间层的平均孔径为400μm，且泡沫Cu中间层的孔隙率为80％，清洗完成后通过吹风机进行烘干，备用，清洗时间为10min；步骤五：对陶瓷与Inconel600合金进行线切割，将ZS切割成尺寸为4mm×4mm×4mm的样品，将Inconel600合金切割成尺寸为4mm×4mm×4mm和10mm×10mm×4mm的样品，其中4mm×4mm×4mm的ZS样品与4mm×4mm×4mm的Inconel600合金样品用于接头组织观察，4mm×4mm×4mm的ZS样品与10mm×10mm×4mm的Inconel600合金样品用于剪切强度测试；步骤六：分别将ZS陶瓷与Inconel600合金的待焊面用1000目的碳化硅砂纸进行打磨后，将AgCu复合钎料置于ZS陶瓷与Inconel600合金的待焊面之间，再将混合摆放后的材料置于1×10-3Pa的真空下，以10℃min的加热速率进行加热，直至钎焊温度达到1173K停止，并对其进行保温，保温时间为15min；步骤七：将保温后的钎焊样品以5℃min的冷却速率降温至300℃，并在钎焊样品上施加0.016MPa的压力，使得待焊面之间紧密接触，得到含有钎焊接头的钎焊样品。在一般情况下，钎焊接头的剪切强度受焊缝的微观组织和金属与陶瓷CTE差异引起的残余应力影响，因此未添加泡沫Cu中间层与添加了泡沫Cu中间层样品的微观组织与反应产物均保持不变；所以，单层AgCu钎料与AgCu-Cu泡沫复合钎料之间的剪切强度差异主要取决于金属与陶瓷之间的残余应力。残余应力σ可以简单地进行计算：其中Em和EC是钎料和陶瓷的弹性模量；αc和αm是陶瓷和钎料的CTE；ΔT是钎焊温度和室温之间的差异。未添加泡沫Cu中间层的样品焊缝主要为Ags，s，EC和Em分别近似为320GPa和67GPa，ΔT为880℃；根据1计算ZS侧的残余应力σ为-0.635GPa。添加了泡沫Cu中间层的样品钎料被认为是复合体系，它包含泡沫Cu中间层和AgCu钎料，该复合钎料体系的弹性模量可估算如下：a是与泡沫Cu中间层的孔隙率相关的常数；Es、ECu和Em分别是复合钎料体系，泡沫Cu中间层和AgCu钎料的弹性模量；当泡沫Cu中间层的孔隙率为80％时，a设定为0.3，根据方程1和2，以泡沫Cu中间层，计算钎焊接头的残余应力为-0.350GPa，对比得出添加泡沫Cu中间层能有效降低接头处残余应力。综上，本发明所提供的一种用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料，在钎焊温度达到1173K后保温15分钟时，通过焊缝中出现的Cu基固溶体Cus，s减轻钎料和2个母材CTE的不匹配性，有利于释放钎焊过程中陶瓷与金属之间CTE不匹配所产生的残余热应力，降低接头处残余应力，并提高钎焊接头的剪切强度，通过熔融的AgCu钎料润湿两端母材表面，并使得含有部分母材的熔融钎料填充到泡沫Cu中间层的孔隙中产生交错，从而使得陶瓷和合金与AgCu复合钎料之间充分连接，达到提高钎焊接头处连接性能的目的。本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求范围内。

权利要求：1.一种用于钎焊陶瓷和高温合金的AgCu复合钎料，其特征在于：所述AgCu复合钎料包括双层AgCu钎料和泡沫Cu中间层，且泡沫Cu中间层填充于双层AgCu钎料之间。2.根据权利要求1所述的一种用于钎焊陶瓷和高温合金的AgCu复合钎料，其特征在于：所述AgCu钎料为商用Ag-28Cu共晶钎料。3.根据权利要求1所述的一种用于钎焊陶瓷和高温合金的AgCu复合钎料的钎焊方法，其特征在于依次包括如下步骤：步骤一：取体积比为4：1的ZrB2粉末和SiC粉末作为原料进行配料，取乙醇作为球磨介质，再将ZrB2粉末和SiC粉末原料混合后置于行星式研磨机中用氧化锆球进行球磨，球磨转速为240rmin，球磨时间为8小时；步骤二：将步骤一中球磨后的混料置于蒸发温度为80℃的旋转蒸发仪中去除乙醇，再将混料过200目筛，得到均匀的粉末混合物；步骤三：将步骤二中所得粉末混合物置于涂覆有BN的石墨模具中，并在压力为30MPa，温度为1950℃的真空环境下对模具中的粉末混合物进行单轴热压成型，热压时间为60min；步骤四：取AgCu复合钎料和步骤三中制得的混料分别置于酒精中进行超声清洗，清洗完成后通过吹风机进行烘干，备用，清洗时间为10min；步骤五：对陶瓷与合金进行线切割，将陶瓷切割成尺寸为4mm×4mm×4mm的样品，将合金切割成尺寸为4mm×4mm×4mm和10mm×10mm×4mm的样品，其中4mm×4mm×4mm的陶瓷样品与4mm×4mm×4mm的合金样品用于接头组织观察，4mm×4mm×4mm的陶瓷样品与10mm×10mm×4mm的合金样品用于剪切强度测试；步骤六：分别将陶瓷与合金的待焊面用1000目的碳化硅砂纸进行打磨后，将AgCu复合钎料置于陶瓷与合金的待焊面之间，再将混合摆放后的材料置于1×10-3Pa的真空下，以10℃min的加热速率进行加热，直至钎焊温度达到1173K停止，并对其进行保温，保温时间为15min；步骤七：将保温后的钎焊样品以5℃min的冷却速率降温至300℃，并在钎焊样品上施加0.016MPa的压力，使得待焊面之间紧密接触，得到含有钎焊接头的钎焊样品。4.根据权利要求3所述的用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料的钎焊方法，其特征在于：所述ZrB2粉末和SiC粉末均为商用ZrB2粉末和商用SiC粉末，且ZrB2粉末的纯度为99％，粒径为2μm，SiC粉末的纯度为99％，粒径为1μm。5.根据权利要求3所述的用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料的钎焊方法，其特征在于：所述合金为Inconel600商用合金，其重量百分比为Ni-15.5、Cr-8、Fe-1、Mn-0.5、Cu-0.5、Si-0.1C。6.根据权利要求3所述的一种AgCu复合钎料应用于连接ZrB2-SiC陶瓷与Inconel600合金的方法，其特征在于：所述AgCu钎料厚度为30μm，尺寸为4mm×4mm，且泡沫Cu中间层厚度为0.5mm，尺寸为4mm×4mm。7.根据权利要求3所述的用于钎焊陶瓷和合金的AgCu复合钎料的钎焊方法，其特征在于：所述泡沫Cu的平均孔径为400μm，且泡沫Cu中间层的孔隙率为80％。

百度查询： 安徽工程大学 一种用于钎焊陶瓷和高温合金的AgCu复合钎料