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CN103990880A - 可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法 - Google Patents

可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法 Download PDF

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CN103990880A CN201410249916.0A CN201410249916A CN103990880A CN 103990880 A CN103990880 A CN 103990880A CN 201410249916 A CN201410249916 A CN 201410249916A CN 103990880 A CN103990880 A CN 103990880A
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Abstract

可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法，它涉及非金属材料与金属材料的钎焊方法。本发明是要解决非金属材料与金属材料的钎焊方法焊接后接头存在较大残余应力的问题。方法：一、打磨：用砂纸进行打磨；二、清洗：用丙酮进行清洗；三、叠加：按一定顺序叠加；四、焊接：置于真空钎焊炉中进行焊接。本发明用于非金属材料与金属材料的钎焊。

Description

可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法
技术领域
本发明涉及非金属材料与金属材料的钎焊方法。
背景技术
非金属材料与金属材料连接的难点在于两者物理性能与化学性质存在较大差异。特别是，非金属材料的热膨胀系数和弹性模量与金属材料往往相差甚大，焊后冷却时接头易产生残余应力，并且在非金属材料一侧形成应力集中。另外，非金属材料与金属材料的化学相容性较差，难以形成可靠的化学冶金界面。
为缓解接头残余应力，一般采用加入中间层的方式实现非金属材料与金属材料的连接。申请号为201310332584.8的中国专利介绍了金属与SiC陶瓷基复合材料的连接方法，其在Ti-Ni钎料加入Cu箔组合成Ti/Cu/Ni软性中间层，放在SiC陶瓷基复合材料和Ni基高温合金之间形成夹心结构，然后置于真空热压炉中完成了SiC陶瓷基复合材料和Ni基高温合金的连接。上述方法采用加入软性中间层的方式增加钎缝的塑性，通过塑性变形降低了钎焊接头的残余应力，但是这样往往会降低接头的强度。申请号为201210164109.X的中国专利介绍了高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料与低膨胀合金的超声钎焊方法，该专利通过超声手段得到的钎缝是以钎料合金为基体并均匀分布着SiC颗粒的复合材料，这种复合材料的线胀系数低，可以实现非金属材料/钎缝/金属线膨胀系数的梯度过渡，以缓解接头残余应力。但这种方法的弊端是，SiC颗粒容易团聚，焊后界面组织不均匀且产生裂纹。
发明内容
本发明是要解决现有非金属材料与金属材料的钎焊方法焊接后接头存在较大残余应力的问题，而提供可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法。
本发明可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法是按以下步骤进行的：
一、打磨：选用80#～1000#的SiC砂纸对金属材料表面进行打磨，得到表面干净的金属材料；选用1000#的SiC砂纸对非金属材料表面进行打磨，得到表面干净的非金属材料；所述金属材料为钢、钛合金、高温合金或难熔金属；所述非金属材料为陶瓷、复合材料或石墨；
二、清洗：将步骤一得到的表面干净的金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的金属材料；将步骤一得到的表面干净的非金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的非金属材料；将钎料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的钎料；将多孔SiC陶瓷中间层在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的多孔SiC陶瓷中间层；所述钎料为Ti-Ni箔片、Ni-Ti箔片或Ti-Ni-Nb箔片；所述Ti-Ni箔片的上层为单层Ti箔片、下层为单层Ni箔片；所述Ni-Ti箔片的上层为单层Ni箔片、下层为单层Ti箔片；所述Ti-Ni-Nb箔片的上层为单层Ti箔片、中间层为单层Ni箔片、下层为单层Nb箔片；
三、叠放：将步骤二得到的处理后的金属材料、处理后的非金属材料、处理后的钎料和多孔SiC陶瓷中间层按顺序进行叠放，固定，得到待焊件；
所述叠放顺序有以下两种：①从上向下依次为步骤二得到的处理后的非金属材料、1～5层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、1～5层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的金属材料；②从上向下依次为步骤二得到的处理后的非金属材料、1～5层Ti-Ni-Nb箔片、1～5层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、1～5层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的金属材料；
四、焊接：将步骤三得到的待焊件置于真空钎焊炉中，以加热速率为5℃/min～50℃/min升温至1120～1260℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温5min～60min，然后以降温速率为2℃/min～30℃/min降温至200℃，开炉取件，即完成非金属材料与金属材料的钎焊。
本发明可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法是按以下步骤进行的：
一、打磨：选用80#～1000#的SiC砂纸对金属材料表面进行打磨，得到表面干净的金属材料；选用1000#的SiC砂纸对非金属材料表面进行打磨，得到表面干净的非金属材料；所述金属材料为钢、钛合金、高温合金或难熔金属；所述非金属材料为陶瓷、复合材料或石墨；
二、清洗：将步骤一得到的表面干净的金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的金属材料；将步骤一得到的表面干净的非金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的非金属材料；将钎料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的钎料；将多孔SiC陶瓷中间层在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的多孔SiC陶瓷中间层；所述钎料为箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料；
三、叠放：将步骤二得到的处理后的金属材料、处理后的非金属材料、处理后的钎料和多孔SiC陶瓷中间层按顺序进行叠放，固定，得到待焊件；
所述叠放顺序为：从上向下依次为步骤二得到的处理后的金属材料、5～20层箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、5～20层箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料、步骤二得到的处理后的非金属材料；
四、焊接：将步骤三得到的待焊件置于真空钎焊炉中，以加热速率为5℃/min～50℃/min升温至800～900℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温5min～30min，然后以降温速率为2℃/min～30℃/min降温至200℃，开炉取件，即完成非金属材料与金属材料的钎焊。
有益效果：
1、本发明将作为活性钎料的多层金属箔片与多孔SiC陶瓷叠放在一起形成三明治结构作为复合中间层，钎焊过程中，多孔SiC陶瓷中间层与活性钎料可发生化学冶金反应，形成互穿网络结构的钎缝，使非金属材料/钎缝/金属的线膨胀系数形成梯度过渡，进而降低接头残余应力，提高接头强度。采用TiNi钎料钎焊BN/SiO2陶瓷和金属Nb时，直接钎焊的接头其抗剪强度为59MPa，采用互穿网络结构中间层时的钎焊接头其抗剪强度为102MPa，接头强度提高了73％。本方法生产效率高，焊接周期短，同时可进行多件产品的焊接，利于批量生产。
附图说明
图1为实施例一得到的非金属材料与金属材料钎焊接头微观组织照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法是按以下步骤进行的：
一、打磨：选用80#～1000#的SiC砂纸对金属材料表面进行打磨，得到表面干净的金属材料；选用1000#的SiC砂纸对非金属材料表面进行打磨，得到表面干净的非金属材料；所述金属材料为钢、钛合金、高温合金或难熔金属；所述非金属材料为陶瓷、复合材料或石墨；
二、清洗：将步骤一得到的表面干净的金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的金属材料；将步骤一得到的表面干净的非金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的非金属材料；将钎料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的钎料；将多孔SiC陶瓷中间层在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的多孔SiC陶瓷中间层；所述钎料为Ti-Ni箔片、Ni-Ti箔片或Ti-Ni-Nb箔片；所述Ti-Ni箔片的上层为单层Ti箔片、下层为单层Ni箔片；所述Ni-Ti箔片的上层为单层Ni箔片、下层为单层Ti箔片；所述Ti-Ni-Nb箔片的上层为单层Ti箔片、中间层为单层Ni箔片、下层为单层Nb箔片；单层Ti箔片的纯度为99.6％～99.9％，厚度为0.08mm～0.1mm；单层Ni箔片的纯度为99.6％～99.9％，厚度为0.05mm～0.08mm；单层Nb箔片的纯度为99.6％～99.9％，厚度为0.08mm～0.1mm；
三、叠放：将步骤二得到的处理后的金属材料、处理后的非金属材料、处理后的钎料和多孔SiC陶瓷中间层按顺序进行叠放，固定，得到待焊件；
所述叠放顺序有以下两种：①从上向下依次为步骤二得到的处理后的非金属材料、1～5层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、1～5层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的金属材料；②从上向下依次为步骤二得到的处理后的非金属材料、2～5层Ti-Ni-Nb箔片、1～5层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、1～5层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的金属材料；
四、焊接：将步骤三得到的待焊件置于真空钎焊炉中，以加热速率为5℃/min～50℃/min升温至1120～1260℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温5min～60min，然后以降温速率为2℃/min～30℃/min降温至200℃，开炉取件，即完成非金属材料与金属材料的钎焊。
本实施方式中步骤一中所述难熔金属一般指熔点高于1650℃并有一定储量的金属(钨、钽、钼、铌、铪、铬、钒、锆和钛)，也有将熔点高于锆熔点(1852℃)的金属称为难熔金属。
本实施方式将作为活性钎料的多层金属箔片与多孔SiC陶瓷叠放在一起形成三明治结构作为复合中间层，钎焊过程中，多孔SiC陶瓷中间层与活性钎料可发生化学冶金反应，形成互穿网络结构的钎缝，使非金属材料/钎缝/金属的线膨胀系数形成梯度过渡，进而降低接头残余应力，提高接头强度。采用TiNi钎料钎焊BN/SiO2陶瓷和金属Nb时，直接钎焊的接头其抗剪强度为59MPa，采用互穿网络结构中间层时的钎焊接头其抗剪强度为102MPa，接头强度提高了73％。本方法生产效率高，焊接周期短，同时可进行多件产品的焊接，利于批量生产。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中的金属材料为铌、钒、铬、钛或锆。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中的非金属材料为BN/SiO2陶瓷。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三不同的是：步骤四中以加热速率为30℃/min升温至1160℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温10min。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中的多孔SiC陶瓷中间层的孔隙率为10％～90％，孔径为1.0mm～2.0mm，厚度为0.5mm～2.0mm。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法是按以下步骤进行的：
一、打磨：选用80#～1000#的SiC砂纸对金属材料表面进行打磨，得到表面干净的金属材料；选用1000#的SiC砂纸对非金属材料表面进行打磨，得到表面干净的非金属材料；所述金属材料为钢、钛合金、高温合金或难熔金属；所述非金属材料为陶瓷、复合材料或石墨；
二、清洗：将步骤一得到的表面干净的金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的金属材料；将步骤一得到的表面干净的非金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的非金属材料；将钎料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的钎料；将多孔SiC陶瓷中间层在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的多孔SiC陶瓷中间层；所述钎料为箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料；
三、叠放：将步骤二得到的处理后的金属材料、处理后的非金属材料、处理后的钎料和多孔SiC陶瓷中间层按顺序进行叠放，固定，得到待焊件；
所述叠放顺序为：从上向下依次为步骤二得到的处理后的金属材料、5～20层箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、5～20层箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料、步骤二得到的处理后的非金属材料；
四、焊接：将步骤三得到的待焊件置于真空钎焊炉中，以加热速率为5℃/min～50℃/min升温至800～900℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温5min～30min，然后以降温速率为2℃/min～30℃/min降温至200℃，开炉取件，即完成非金属材料与金属材料的钎焊。
本实施方式中步骤一中所述难熔金属一般指熔点高于1650℃并有一定储量的金属(钨、钽、钼、铌、铪、铬、钒、锆和钛)，也有将熔点高于锆熔点(1852℃)的金属称为难熔金属。
本实施方式将作为活性钎料的多层金属箔片与多孔SiC陶瓷叠放在一起形成三明治结构作为复合中间层，钎焊过程中，多孔SiC陶瓷中间层与活性钎料可发生化学冶金反应，形成互穿网络结构的钎缝，使非金属材料/钎缝/金属的线膨胀系数形成梯度过渡，进而降低接头残余应力，提高接头强度。采用TiNi钎料钎焊BN/SiO2陶瓷和金属Nb时，直接钎焊的接头其抗剪强度为59MPa，采用互穿网络结构中间层时的钎焊接头其抗剪强度为102MPa，接头强度提高了73％。本方法生产效率高，焊接周期短，同时可进行多件产品的焊接，利于批量生产。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤一中的金属材料为铌。其他与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是：步骤一中的非金属材料为C/SiC复合材料。其他与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八不同的是：步骤二中所述箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料的单层厚度为0.05mm～0.1mm。其他与具体实施方式六至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤二中的多孔SiC陶瓷中间层的孔隙率为10％～90％，孔径为1.0mm～2.0mm，厚度为0.5mm～2.0mm。其他与具体实施方式六至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式六至十之一不同的是：步骤四中以加热速率为30℃/min升温至850℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温10min。其他与具体实施方式六至十之一相同。
采用下述实施例验证本发明效果：
实施例一：可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法是按以下步骤进行的：
一、打磨：选用1000#的SiC砂纸对Nb表面进行打磨，得到表面干净的Nb；选用1000#的SiC砂纸对BN/SiO2陶瓷表面进行打磨，得到表面干净的BN/SiO2陶瓷；
二、清洗：将步骤一得到的表面干净的Nb在室温条件下，在丙酮中超声处理20min，即得到处理后的Nb；将步骤一得到的表面干净的BN/SiO2陶瓷在室温条件下，在丙酮中超声处理20min，即得到处理后的BN/SiO2陶瓷；将钎料在室温条件下，在丙酮中超声处理20min，即得到处理后的钎料；将多孔SiC陶瓷中间层在室温条件下，在丙酮中超声处理20min，即得到处理后的多孔SiC陶瓷中间层；所述钎料为Ti-Ni箔片、Ni-Ti箔片或Ti-Ni-Nb箔片；所述Ti-Ni箔片的上层为单层Ti箔片、下层为单层Ni箔片；所述Ni-Ti箔片的上层为单层Ni箔片、下层为单层Ti箔片；所述Ti-Ni-Nb箔片的上层为单层Ti箔片、中间层为单层Ni箔片、下层为单层Nb箔片；所述单层Ti箔片的厚度为0.08mm，单层Ni箔片的厚度为0.05mm，单层Nb箔片的厚度为0.1mm；所述多孔SiC陶瓷中间层的孔隙率为90％，厚度为1.2mm；
三、叠放：将步骤二得到的处理后的Nb、处理后的BN/SiO2陶瓷、处理后的钎料和多孔SiC陶瓷中间层按顺序进行叠放，固定，得到待焊件；
所述叠放顺序为：从上向下依次为步骤二得到的处理后的BN/SiO2陶瓷、1层Ti-Ni-Nb箔片、2层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、1层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的Nb；
四、焊接：将步骤三得到的待焊件置于真空钎焊炉中，以加热速率为50℃/min升温至1160℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温10min，然后以降温速率为30℃/min降温至200℃，开炉取件，即完成非金属材料与金属材料的钎焊。
经测试，BN/SiO2陶瓷与Nb的接头室温抗剪强度达到102MPa。
实施例二：本实施例与实施例一不同的是：步骤三中所述叠放顺序为：从上向下依次为步骤二得到的处理后的BN/SiO2陶瓷、3层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、1层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的Nb。其他与实施例一相同。
经测试，BN/SiO2陶瓷与Nb的接头室温抗剪强度达到72MPa。
实施例三：本实施例与实施例一不同的是：所述多孔SiC陶瓷中间层的孔隙率为90％，厚度为2.0mm；所述叠放顺序为：从上向下依次为步骤二得到的处理后的BN/SiO2陶瓷、1层Ti-Ni-Nb箔片、3层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、2层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的Nb。其他与实施例一相同。
经测试，BN/SiO2陶瓷与Nb的接头室温抗剪强度达到51MPa。
实施例四：本实施例与实施例一不同的是：所述多孔SiC陶瓷中间层的孔隙率为50％，厚度为0.5mm；所述叠放顺序为：从上向下依次为步骤二得到的处理后的BN/SiO2陶瓷、1层Ti-Ni-Nb箔片、1层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、1层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的Nb。其他与实施例一相同。
经测试，BN/SiO2陶瓷与Nb的接头室温抗剪强度达到105MPa。
实施例五：可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法是按以下步骤进行的：
一、打磨：选用1000#的SiC砂纸对Nb表面进行打磨，得到表面干净的Nb；选用1000#的SiC砂纸对C/SiC复合材料表面进行打磨，得到表面干净的C/SiC复合材料；
二、清洗：将步骤一得到的表面干净的Nb在室温条件下，在丙酮中超声处理20min，即得到处理后的Nb；将步骤一得到的表面干净的C/SiC复合材料在室温条件下，在丙酮中超声处理20min，即得到处理后的C/SiC复合材料；将钎料在室温条件下，在丙酮中超声处理20min，即得到处理后的钎料；将多孔SiC陶瓷中间层在室温条件下，在丙酮中超声处理20min，即得到处理后的多孔SiC陶瓷中间层；所述钎料为Ti-Ni箔片、Ni-Ti箔片或Ti-Ni-Nb箔片；所述Ti-Ni箔片的上层为单层Ti箔片、下层为单层Ni箔片；所述Ni-Ti箔片的上层为单层Ni箔片、下层为单层Ti箔片；所述Ti-Ni-Nb箔片的上层为单层Ti箔片、中间层为单层Ni箔片、下层为单层Nb箔片；所述单层Ti箔片的厚度为0.08mm，单层Ni箔片的厚度为0.05mm，单层Nb箔片的厚度为0.1mm；所述多孔SiC陶瓷中间层的孔隙率为90％，厚度为1.0mm；
三、叠放：将步骤二得到的处理后的Nb、处理后的C/SiC复合材料、处理后的钎料和多孔SiC陶瓷中间层按顺序进行叠放，固定，得到待焊件；
所述叠放顺序为：从上向下依次为步骤二得到的处理后的C/SiC复合材料、3层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、1层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的Nb；
五、焊接：将步骤三得到的待焊件置于真空钎焊炉中，以加热速率为50℃/min升温至1140℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温10min，然后以降温速率为30℃/min降温至200℃，开炉取件，即完成非金属材料与金属材料的钎焊。
经测试，C/SiC复合材料与Nb的接头室温抗剪强度达到90MPa。
实施例六：可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法是按以下步骤进行的：
一、打磨：选用1000#的SiC砂纸对Nb表面进行打磨，得到表面干净的Nb；选用1000#的SiC砂纸对石墨表面进行打磨，得到表面干净的石墨；
二、清洗：将步骤一得到的表面干净的Nb在室温条件下，在丙酮中超声处理20min，即得到处理后的Nb；将步骤一得到的表面干净的石墨在室温条件下，在丙酮中超声处理20min，即得到处理后的石墨；将钎料在室温条件下，在丙酮中超声处理20min，即得到处理后的钎料；将多孔SiC陶瓷中间层在室温条件下，在丙酮中超声处理20min，即得到处理后的多孔SiC陶瓷中间层；所述钎料为箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料，单层厚度为0.1mm；所述多孔SiC陶瓷中间层的孔隙率为90％，厚度为1.0mm；
三、叠放：将步骤二得到的处理后的Nb、处理后的石墨、处理后的钎料和多孔SiC陶瓷中间层按顺序进行叠放，固定，得到待焊件；
所述叠放顺序为：从上向下依次为步骤二得到的处理后的Nb、7层箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、5层箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料、步骤二得到的处理后的石墨；
四、焊接：将步骤三得到的待焊件置于真空钎焊炉中，以加热速率为50℃/min升温至850℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温10min，然后以降温速率为30℃/min降温至200℃，开炉取件，即完成非金属材料与金属材料的钎焊。
经测试，石墨与Nb的接头室温抗剪强度达到70MPa。
图1为实施例一得到的非金属材料与金属材料钎焊接头微观组织照片，从图1可以看出接头连接良好，活性钎料完全填充SiC多孔陶瓷骨架，钎缝中未出现气孔等缺陷，并且活性钎料与SiC骨架界面连接良好，为出现裂纹等缺陷。作为活性钎料的多层金属箔片与多孔SiC陶瓷叠放在一起形成三明治结构作为复合中间层，钎焊过程中，多孔SiC陶瓷中间层与活性钎料可发生化学冶金反应，形成互穿网络结构的钎缝，使非金属材料/钎缝/金属的线膨胀系数形成梯度过渡，进而降低接头残余应力，提高接头强度。

Claims (10)

1.可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法，其特征在于可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法是按以下步骤进行的：
一、打磨：选用80#～1000#的SiC砂纸对金属材料表面进行打磨，得到表面干净的金属材料；选用1000#的SiC砂纸对非金属材料表面进行打磨，得到表面干净的非金属材料；所述金属材料为钢、钛合金、高温合金或难熔金属；所述非金属材料为陶瓷、复合材料或石墨；
二、清洗：将步骤一得到的表面干净的金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的金属材料；将步骤一得到的表面干净的非金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的非金属材料；将钎料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的钎料；将多孔SiC陶瓷中间层在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的多孔SiC陶瓷中间层；所述钎料为Ti-Ni箔片、Ni-Ti箔片或Ti-Ni-Nb箔片；所述Ti-Ni箔片的上层为单层Ti箔片、下层为单层Ni箔片；所述Ni-Ti箔片的上层为单层Ni箔片、下层为单层Ti箔片；所述Ti-Ni-Nb箔片的上层为单层Ti箔片、中间层为单层Ni箔片、下层为单层Nb箔片；单层Ti箔片的纯度为99.6％～99.9％，厚度为0.08mm～0.1mm；单层Ni箔片的纯度为99.6％～99.9％，厚度为0.05mm～0.08mm；单层Nb箔片的纯度为99.6％～99.9％，厚度为0.08mm～0.1mm；
三、叠放：将步骤二得到的处理后的金属材料、处理后的非金属材料、处理后的钎料和多孔SiC陶瓷中间层按顺序进行叠放，固定，得到待焊件；
所述叠放顺序有以下两种：①从上向下依次为步骤二得到的处理后的非金属材料、1～5层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、1～5层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的金属材料；②从上向下依次为步骤二得到的处理后的非金属材料、2～5层Ti-Ni-Nb箔片、1～5层Ti-Ni箔片、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、1～5层Ni-Ti箔片、步骤二得到的处理后的金属材料；
四、焊接：将步骤三得到的待焊件置于真空钎焊炉中，以加热速率为5℃/min～50℃/min升温至1120～1260℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温5min～60min，然后以降温速率为2℃/min～30℃/min降温至200℃，开炉取件，即完成非金属材料与金属材料的钎焊。
2.根据权利要求1所述的可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法，其特征在于步骤一中的金属材料为铌、钒、铬、钛或锆。
3.根据权利要求1所述的可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法，其特征在于步骤一中的非金属材料为BN/SiO2陶瓷。
4.根据权利要求1所述的可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法，其特征在于步骤四中以加热速率为30℃/min升温至1160℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温10min。
5.根据权利要求1所述的可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法，其特征在于步骤二中的多孔SiC陶瓷中间层的孔隙率为10％～90％，孔径为1.0mm～2.0mm，厚度为0.5mm～2.0mm。
6.可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法，其特征在于可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法是按以下步骤进行的：
一、打磨：选用80#～1000#的SiC砂纸对金属材料表面进行打磨，得到表面干净的金属材料；选用1000#的SiC砂纸对非金属材料表面进行打磨，得到表面干净的非金属材料；所述金属材料为钢、钛合金、高温合金或难熔金属；所述非金属材料为陶瓷、复合材料或石墨；
二、清洗：将步骤一得到的表面干净的金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的金属材料；将步骤一得到的表面干净的非金属材料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的非金属材料；将钎料在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的钎料；将多孔SiC陶瓷中间层在室温条件下，在丙酮中超声处理10min～20min，即得到处理后的多孔SiC陶瓷中间层；所述钎料为箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料；
三、叠放：将步骤二得到的处理后的金属材料、处理后的非金属材料、处理后的钎料和多孔SiC陶瓷中间层按顺序进行叠放，固定，得到待焊件；
所述叠放顺序为：从上向下依次为步骤二得到的处理后的金属材料、5～20层箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料、步骤二得到的处理后的多孔SiC陶瓷中间层、5～20层箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料、步骤二得到的处理后的非金属材料；
四、焊接：将步骤三得到的待焊件置于真空钎焊炉中，以加热速率为5℃/min～50℃/min升温至800～900℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温5min～30min，然后以降温速率为2℃/min～30℃/min降温至200℃，开炉取件，即完成非金属材料与金属材料的钎焊。
7.根据权利要求6所述的可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法，其特征在于步骤一中的金属材料为铌。
8.根据权利要求6所述的可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法，其特征在于步骤二中所述箔片状Ag-21Cu-4.5Ti钎料的单层厚度为0.05mm～0.1mm。
9.根据权利要求6所述的可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法，其特征在于步骤二中的多孔SiC陶瓷中间层的孔隙率为10％～90％，孔径为1.0mm～2.0mm，厚度为0.5mm～2.0mm。
10.根据权利要求6所述的可形成互穿网络结构钎缝的非金属材料与金属材料的钎焊方法，其特征在于步骤四中以加热速率为30℃/min升温至850℃后，在真空度为5.0×10-3Pa的条件下保温10min。
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