專利名稱：納米顆粒增強的Ag基復合釬料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種復合釬料及其制備方法。
背景技術：
先進的陶瓷材料具有耐高溫、抗腐蝕、耐磨及尺寸穩定、弾性模量大、熱膨脹系數小、比強度高和化學性質穩定等特點，在航空、航天、軍エ、核能、汽車及刀具等領域有著廣闊的應用前景。然而由于大多數陶瓷材料塑性差，冷加工困難，不易制成大型或形狀復雜的構件，因而其單獨使用受到一定的限制。陶瓷結構件在實際應用時，經常采用連接技術制成陶瓷-金屬復合構件，這樣既可以發揮陶瓷和金屬各自的優良性能，又能降低生產成本。但陶瓷與金屬在化學鍵型、微觀結構、物理性能和力學性能等方面存在較大的差異，采用常規的熔焊方法很難將它們連接在一起。活性金屬釬焊以其簡單的焊接エ藝、較低的經濟成本 和高質量的釬焊接頭在陶瓷-金屬連接方面獲得了關注，成為實現陶瓷和金屬連接應用最廣泛的技木。其中，AgCuTi釬料具有較好的綜合性能，成為陶瓷-金屬釬焊應用最多的活性釬料。然而，目前常規Ag基釬料在釬焊陶瓷和金屬時還存在以下問題I、由于常規Ag基釬料的高溫強度較低，導致采用常規Ag基釬料獲得的陶瓷-金屬釬焊接頭有效使用溫度不超過400°C，無法滿足先進陶瓷材料的高溫應用。2、由于常規Ag基釬料具有較大的熱膨脹系數，形成的釬縫在焊接過程中與兩側母材不能較好匹配，導致在釬焊接頭區域特別是在陶瓷和釬縫界面處形成較大的殘余應力，大大降低了接頭強度。

發明內容
本發明為了解決常規Ag基釬料釬焊陶瓷和金屬獲得的接頭使用溫度低、高溫環境下接頭性能差的技術問題，提供了ー種納米顆粒增強的Ag基復合釬料及其制備方法。納米顆粒增強的Ag基復合釬料按照重量份數由60 70份Ag粉、19 29份Cu粉、4 12份Ti粉以及I 10份的納米Si3N4顆粒制成。納米顆粒增強的Ag基復合釬料的制備方法如下一、備料按照重量份數稱取60 70份Ag粉、19 29份Cu粉、4 12份Ti粉和I 10份的納米Si3N4顆粒；ニ、球磨將Ag粉、Cu粉、Ti粉以及納米Si3N4顆粒和材質為Si3N4陶瓷的磨球在球料比為10 16 I、填料比為45% 55%的條件下裝入球磨罐中，抽真空后充入氬氣，然后在轉速為150r/min 250r/min的條件下間歇性球磨I 4小時，即得納米顆粒增強的Ag基復合釬料。本發明在常規的Ag基活性釬料中添加納米尺寸的陶瓷顆粒形成納米顆粒增強的Ag基復合釬料。采用本發明的復合釬料在合適的釬焊エ藝條件下釬焊陶瓷和金屬，可以在釬縫中形成彌散分布的細顆粒化合物相，這樣形成了具有顆粒增強Ag基復合材料組織的釬縫。一方面，通過第二相粒子強化釬縫，使其具有更高的室溫及高溫性能，并可以提高接頭的使用溫度。另ー方面，復合釬縫中細顆粒相的形成，一定程度上可以降低釬縫自身的熱膨脹系數，并提高其彈性模量，使釬縫能更好的和兩側母材相互匹配，顯著降低了接頭區域的殘余應カ，進一步提聞接頭強度。采用本發明中復合釬料釬焊Si3N4陶瓷和TiAl合金獲得的接頭在400°C高溫環境中抗剪強度可達156MPa，比直接采用商用AgCuTi釬料釬焊獲得的接頭強度提高2倍。本發明制備的納米陶瓷顆粒增強Ag基復合釬料采取預置釬料方式，在880°C /5min條件下釬焊Si3N4陶瓷和TiAl合金獲得了完整陶瓷-金屬釬焊接頭，其室溫抗剪強度可以達到115MPa。采用本發明中制備的納米陶瓷顆粒增強Ag基復合釬料可以實現Si3N4陶瓷和TiAl合金的高質量釬焊連接，釬料潤濕性良好且界面反應充分，接頭內不存在焊接缺陷，說明本發明中得到的納米陶瓷顆粒增強Ag基復合釬料完全可以滿足陶瓷-金屬異種材料的釬焊要求。



圖I表示實驗ー制備的納米顆粒增強的Ag基復合釬料的二次電子掃面照片；圖2表示實驗ー制備的納米顆粒增強的Ag基復合釬料釬焊Si3N4陶瓷和TiAl合金接頭界面微觀組織的形貌圖；圖3表示實驗ー制備的納米顆粒增強的Ag基復合釬料釬焊Si3N4陶瓷和TiAl合金接頭壓剪斷ロ照片。
具體實施例方式本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式納米顆粒增強的Ag基復合釬料按照重量份數由60 70份Ag粉、19 29份Cu粉、4 12份Ti粉以及I 10份的納米Si3N4顆粒制成。
具體實施方式
ニ 本實施方式與具體實施方式
一不同的是納米顆粒增強的Ag基復合釬料按照重量份數由61 69份Ag粉、20 28份Cu粉、6 10份Ti粉以及2 8份的納米Si3N4顆粒制成。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是納米顆粒增強的Ag基復合釬料按照重量份數由65份Ag粉、25份Cu粉、8份Ti粉以及5份的納米Si3N4顆粒制成。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式納米顆粒增強的Ag基復合釬料的制備方法如下一、備料按照重量份數稱取60 70份Ag粉、19 29份Cu粉、4 12份Ti粉和I 10份的納米Si3N4顆粒；ニ、球磨將Ag粉、Cu粉、Ti粉以及納米Si3N4顆粒和材質為Si3N4陶瓷的磨球在球料比為10 16 I、填料比為45% 55% (體積百分含量)的條件下裝入球磨罐中，抽真空后充入IS氣，然后在轉速為150r/min 250r/min的條件下間歇性球磨I 4小時，即得納米顆粒增強的Ag基復合釬料。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
四不同的是步驟一中按照重量份數稱取61 69份Ag粉、20 28份Cu粉、6 10份Ti粉和2 8份的納米Si3N4顆粒。其它與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
四或五不同的是步驟一中按照重量份數稱取65份Ag粉、25份Cu粉、8份Ti粉和5份的納米Si3N4顆粒。其它與具體實施方式
四或五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
四至六之一不同的是步驟ニ中所述球料比為11 15 I。其它與具體實施方式
四至六之一相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
四至七之一不同的是步驟ニ中所述填料比為14 I。其它與具體實施方式
四至七之一相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
四至八之一不同的是步驟ニ中所述填料比為50%。其它與具體實施方式
四至八之一相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
四至九之一不同的是步驟ニ中在轉速為200r/min的條件下間歇性球磨3小時。其它與具體實施方式
四至九之一相同。采用下述實驗驗證本發明效果實驗ー本實驗納米顆粒增強的Ag基復合釬料的制備方法如下一、備料按照重量份數稱取65份Ag粉、24份Cu粉、7份Ti粉和4份的納米Si3N4顆粒；ニ、球磨將Ag粉、Cu粉、Ti粉以及納米Si3N4顆粒和材質為Si3N4陶瓷的磨球在球料比為12 I、填料比為50%的條件下裝入球磨罐中，抽真空后充入氬氣，然后在轉速為200r/min的條件下間歇性球磨4小時，即得納米顆粒增強的Ag基復合釬料。由圖I看出該復合釬料由尺寸小于50 μ m的釬料球組成，經球磨后納米Si3N4陶瓷顆粒將金屬粉末球包裹起來，使得球表面變得粗糙。本實驗中制備的納米陶瓷顆粒增強Ag基復合釬料采取預置釬料方式，在8800C /5min條件下釬焊Si3N4陶瓷和TiAl合金獲得了完整陶瓷-金屬釬焊接頭，其室溫抗剪強度可以達到115MPa，比直接采用常規的AgCuTi釬料釬焊獲得的接頭強度高52MPa。圖2顯示了采用本實驗制備的復合釬料釬焊Si3N4陶瓷和TiAl合金獲得的接頭界面組織結構背散射電子照片，經能譜分析和X射線衍射分析可知，在釬縫中形成了 TiN、Ti5Si3以及Al4Cu9等微納米顆粒增強的Ag基復合材料釬縫。圖3為采用本實驗中復合釬料釬焊Si3N4陶瓷和TiAl合金獲得的接頭剪切斷ロ宏觀照片，可以看出，由于復合釬縫的形成，不僅提高了接頭抗剪強度，而且在一定程度上降低了接頭區域的殘余應力，導致接頭在壓剪過程中裂紋起裂于釬縫后沿釬縫擴展后轉移至Si3N4陶瓷母材上。
權利要求
1.納米顆粒增強的Ag基復合釬料，其特征在于納米顆粒增強的Ag基復合釬料按照重量份數由60 70份Ag粉、19 29份Cu粉、4 12份Ti粉以及I 10份的納米Si3N4顆粒制成。
2.根據權利要求I所述納米顆粒增強的Ag基復合釬料，其特征在于納米顆粒增強的Ag基復合釬料按照重量份數由61 69份Ag粉、20 28份Cu粉、6 10份Ti粉以及2 8份的納米Si3N4顆粒制成。
3.根據權利要求I所述納米顆粒增強的Ag基復合釬料，其特征在于納米顆粒增強的Ag基復合釬料按照重量份數由65份Ag粉、25份Cu粉、8份Ti粉以及5份的納米Si3N4顆粒制成。
4.權利要求I所述納米顆粒增強的Ag基復合釬料的制備方法，其特征在于納米顆粒增強的Ag基復合釬料的制備方法如下 一、備料按照重量份數稱取60 70份Ag粉、19 29份Cu粉、4 12份Ti粉和I 10份的納米Si3N4顆粒； 二、球磨將Ag粉、Cu粉、Ti粉以及納米Si3N4顆粒和材質為Si3N4陶瓷的磨球在球料比為10 16 I、填料比為45% 55%的條件下裝入球磨罐中，抽真空后充入氬氣，然后在轉速為150r/min 250r/min的條件下間歇性球磨I 4小時，即得納米顆粒增強的Ag基復合釬料。
5.根據權利要求4所述納米顆粒增強的Ag基復合釬料的制備方法，其特征在于步驟一中按照重量份數稱取61 69份Ag粉、20 28份Cu粉、6 10份Ti粉和2 8份的納米Si3N4顆粒。
6.根據權利要求4所述納米顆粒增強的Ag基復合釬料的制備方法，其特征在于步驟一中按照重量份數稱取65份Ag粉、25份Cu粉、8份Ti粉和5份的納米Si3N4顆粒。
7.根據權利要求4所述納米顆粒增強的Ag基復合釬料的制備方法，其特征在于步驟二中所述球料比為11 15 I。
8.根據權利要求4所述納米顆粒增強的Ag基復合釬料的制備方法，其特征在于步驟二中所述填料比為14 I。
9.根據權利要求4所述納米顆粒增強的Ag基復合釬料的制備方法，其特征在于步驟二中所述填料比為50%。
10.根據權利要求4所述納米顆粒增強的Ag基復合釬料的制備方法，其特征在于步驟二中在轉速為200r/min的條件下間歇性球磨3小時。
全文摘要
納米顆粒增強的Ag基復合釬料及其制備方法，它涉及一種復合釬料及其制備方法。本發明為了解決常規Ag基釬料釬焊陶瓷和金屬獲得的接頭使用溫度低、高溫環境下接頭性能差的技術問題。本發明釬料由Ag粉、Cu粉、Ti粉以及納米Si3N4顆粒制成。本方法如下一、備料；二、球磨；即得納米顆粒增強的Ag基復合釬料。采用本發明中復合釬料釬焊Si3N4陶瓷和TiAl合金獲得的接頭在400℃高溫環境中抗剪強度可達156MPa，比直接采用商用AgCuTi釬料釬焊獲得的接頭強度提高2倍，接頭的室溫抗剪強度可以達到115MPa。
文檔編號B02C17/10GK102699572SQ20121020770
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月21日 優先權日2012年6月21日
發明者馮吉才, 劉甲坤, 司國棟, 宋曉國, 曹健, 陳海燕 申請人:哈爾濱工業大學