本發(fā)明涉及一種采用Ag-Cu-Ti釬料釬焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅復(fù)合陶瓷的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，科技的進(jìn)步越來越依賴于材料科學(xué)的發(fā)展。在眾多材料中，金屬材料以其在強(qiáng)度、延展性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性等方面的優(yōu)異性能獲得了廣泛的應(yīng)用，但其耐高溫、耐腐蝕和耐磨損等性能已不能滿足日趨提高的需求。陶瓷材料除了具有耐高溫、高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性等優(yōu)點(diǎn)，在電、磁、熱、光、聲等方面也具有很多特殊的功能，在某些方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過金屬材料和高分子材料。因此，先進(jìn)陶瓷材料有著廣闊的應(yīng)用前景，不僅可以促進(jìn)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，改善人民生活質(zhì)量，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，而且對(duì)增強(qiáng)國(guó)防力量、保證國(guó)家安全也極其重要。
六方氮化硼(h-BN)在室溫條件下介電性能優(yōu)異，介電常數(shù)為4.2，介電損耗為0.001，在Si3N4陶瓷中添加一定量的h-BN能夠顯著改善其介電性能，制備的BN-Si3N4多孔復(fù)合透波陶瓷具有優(yōu)異的力學(xué)性能和介電性能，可用于制造導(dǎo)彈天線罩。尖晶石型氮氧化鋁(γ-AlON)簡(jiǎn)稱AlON，是AlN-Al2O3二元體系的一個(gè)重要的單相、穩(wěn)定的固溶體。AlON陶瓷熔點(diǎn)2158℃，不僅具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)性能，而且其在0.2～5.0μm的波長(zhǎng)(包括紫外區(qū)、可見光區(qū)和紅外區(qū))段具有良好的透光性，理論透過率高達(dá)85％。此外，它還具有良好的光學(xué)和機(jī)械各向同性。因此，AlON透明陶瓷是紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈天線罩紅外窗口的理想材料。所以，實(shí)現(xiàn)AlON陶瓷和BN-Si3N4多孔陶瓷的可靠連接具有重要的實(shí)用價(jià)值。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后接頭剪切強(qiáng)度低的問題，而提供一種采用Ag-Cu-Ti釬料釬焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅復(fù)合陶瓷的方法。
本發(fā)明一種采用Ag-Cu-Ti釬料釬焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅復(fù)合陶瓷的方法按以下步驟進(jìn)行：
一、依次采用1000#、2000#、3000#的金剛石磨盤將AlON陶瓷的待焊面打磨至光亮無劃痕，然后采用0.5μm的金剛石拋光劑對(duì)打磨后的AlON陶瓷的待焊面進(jìn)行拋光，得到待焊AlON陶瓷；
二、依次采用120#、400#、1000#砂紙打磨Ag-Cu-Ti箔片的表面去除氧化膜，然后將打磨后的Ag-Cu-Ti箔片剪切成與待焊AlON陶瓷待焊面相同尺寸，得到釬料箔片；
二、將待焊AlON陶瓷、BN-Si3N4陶瓷和釬料箔片分別置于丙酮中超聲清洗5min后吹干，得到清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的釬料箔片；
三、采用有機(jī)膠按照三明治結(jié)構(gòu)對(duì)清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的釬料箔片進(jìn)行裝配，得到待焊試樣；所述清洗后的釬料箔片置于清洗后的待焊AlON陶瓷和清洗后的BN-Si3N4陶瓷中間；
四、將待焊試樣置于石墨磨具中，垂直于待焊試樣待焊面的方向上施加1×104Pa的壓力，然后將待焊試樣隨石墨磨具放入真空釬焊爐中，當(dāng)真空釬焊爐的真空度達(dá)到6×10-3Pa后，先以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升溫至300℃，保溫30min；再以10℃/min的升溫速率將溫度從300℃升溫至750℃，然后以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至800℃～900℃，保溫5min～25min；最后以5℃/min的降溫速率將溫度從800℃～900℃降溫至300℃，再隨爐冷卻至室溫，完成AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷的連接。
本發(fā)明的有益效果：
本發(fā)明使用Ag-Cu-Ti釬料箔片成功實(shí)現(xiàn)了AlON陶瓷和BN-Si3N4多孔陶瓷的連接。當(dāng)釬焊溫度為850℃，保溫時(shí)間為15min時(shí)，接頭的剪切強(qiáng)度最高，達(dá)到了116MPa。
附圖說明
圖1為實(shí)施例一AlON陶瓷和氮化硼氮化硅復(fù)合陶瓷連接后接頭的微觀形貌圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式的一種采用Ag-Cu-Ti釬料釬焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅復(fù)合陶瓷的方法按以下步驟進(jìn)行：
一、依次采用1000#、2000#、3000#的金剛石磨盤將AlON陶瓷的待焊面打磨至光亮無劃痕，然后采用0.5μm的金剛石拋光劑對(duì)打磨后的AlON陶瓷的待焊面進(jìn)行拋光，得到待焊AlON陶瓷；
二、依次采用120#、400#、1000#砂紙打磨Ag-Cu-Ti箔片的表面去除氧化膜，然后將打磨后的Ag-Cu-Ti箔片剪切成與待焊AlON陶瓷待焊面相同尺寸，得到釬料箔片；
二、將待焊AlON陶瓷、BN-Si3N4陶瓷和釬料箔片分別置于丙酮中超聲清洗5min后吹干，得到清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的釬料箔片；
三、采用有機(jī)膠按照三明治結(jié)構(gòu)對(duì)清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的釬料箔片進(jìn)行裝配，得到待焊試樣；所述清洗后的釬料箔片置于清洗后的待焊AlON陶瓷和清洗后的BN-Si3N4陶瓷中間；
四、將待焊試樣置于石墨磨具中，垂直于待焊試樣待焊面的方向上施加1×104Pa的壓力，然后將待焊試樣隨石墨磨具放入真空釬焊爐中，當(dāng)真空釬焊爐的真空度達(dá)到6×10-3Pa后，先以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升溫至300℃，保溫30min；再以10℃/min的升溫速率將溫度從300℃升溫至750℃，然后以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至800℃～900℃，保溫5min～25min；最后以5℃/min的降溫速率將溫度從800℃～900℃降溫至300℃，再隨爐冷卻至室溫，完成AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷的連接。
本實(shí)施方式BN-Si3N4陶瓷不宜打磨，對(duì)表面不做處理。
本實(shí)施方式先先以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升溫至300℃，保溫30min的目的是使有機(jī)膠充分揮發(fā)。
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：步驟二中所述Ag-Cu-Ti箔片中Al、Cu和Ti的質(zhì)量百分比為69.5:27:3.5。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。
本實(shí)施方式中Ag和Cu是共晶成分配比，熔點(diǎn)為780℃，Ag-Cu共晶組織具有良好的塑形變形能力，釬焊完成后的降溫過程中，Ag-Cu共晶組織可以通過發(fā)生塑性變形緩解接頭中的熱應(yīng)力。Ti作為活性元素，可以通過與AlON陶瓷和BN-Si3N4多孔陶瓷的反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)其的潤(rùn)濕。
具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：步驟二得到的釬料箔片的厚度為100μm。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。
具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至825℃，保溫15min。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。
具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至825℃，保溫25min。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。
具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至五之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至850℃，保溫5min。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至五之一相同。
具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至六之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至850℃，保溫15min。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至六之一相同。
具體實(shí)施方式八：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至七之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至850℃，保溫25min。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至七之一相同。
具體實(shí)施方式九：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至八之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至800℃，保溫15min。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至八之一相同。
具體實(shí)施方式十：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至九之一不同的是：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至900℃，保溫15min。其他步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至九之一相同。
用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：
實(shí)施例一：一種采用Ag-Cu-Ti釬料釬焊AlON陶瓷和氮化硼氮化硅復(fù)合陶瓷的方法按以下步驟進(jìn)行：
一、依次采用1000#、2000#、3000#的金剛石磨盤將AlON陶瓷的待焊面打磨至光亮無劃痕，然后采用0.5μm的金剛石拋光劑對(duì)打磨后的AlON陶瓷的待焊面進(jìn)行拋光，得到待焊AlON陶瓷；
二、依次采用120#、400#、1000#砂紙打磨Ag-Cu-Ti箔片的表面去除氧化膜，然后將打磨后的Ag-Cu-Ti箔片剪切成與待焊AlON陶瓷待焊面相同尺寸，得到釬料箔片；
二、將待焊AlON陶瓷、BN-Si3N4陶瓷和釬料箔片分別置于丙酮中超聲清洗5min后吹干，得到清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的釬料箔片；
三、采用有機(jī)膠按照三明治結(jié)構(gòu)對(duì)清洗后的待焊AlON陶瓷、清洗后的BN-Si3N4陶瓷和清洗后的釬料箔片進(jìn)行裝配，得到待焊試樣；所述清洗后的釬料箔片置于清洗后的待焊AlON陶瓷和清洗后的BN-Si3N4陶瓷中間；
四、將待焊試樣置于石墨磨具中，垂直于待焊試樣待焊面的方向上施加1×104Pa的壓力，然后將待焊試樣隨石墨磨具放入真空釬焊爐中，當(dāng)真空釬焊爐的真空度達(dá)到6×10-3Pa后，先以10℃/min的升溫速率將溫度從室溫升溫至300℃，保溫30min；再以10℃/min的升溫速率將溫度從300℃升溫至750℃，然后以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至850℃，保溫15min；最后以5℃/min的降溫速率將溫度從850℃降溫至300℃，再隨爐冷卻至室溫，完成AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷的連接。
步驟二中所述Ag-Cu-Ti箔片中Al、Cu和Ti的質(zhì)量百分比為69.5:27:3.5。
圖1為實(shí)施例一AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后接頭的微觀形貌圖；從圖中可以看出釬焊接頭致密且無明顯缺陷，說明Ag-Cu-Ti釬料箔片成功實(shí)現(xiàn)了AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷的連接。當(dāng)釬焊溫度為850℃，保溫時(shí)間為15min時(shí)，接頭的剪切強(qiáng)度最高，達(dá)到了116MPa。
實(shí)施例二：本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至800℃，保溫15min。其他與實(shí)施例一相同。
本實(shí)施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后的接頭的剪切強(qiáng)度為43MPa。
實(shí)施例三：本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至825℃，保溫15min。其他與實(shí)施例一相同。
本實(shí)施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后的接頭的剪切強(qiáng)度為68MPa。
實(shí)施例四：本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至875℃，保溫15min。其他與實(shí)施例一相同。
本實(shí)施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后的接頭的剪切強(qiáng)度為96MPa。
實(shí)施例五：本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至900℃，保溫15min。其他與實(shí)施例一相同。
本實(shí)施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后的接頭的剪切強(qiáng)度為62MPa。
實(shí)施例六：本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至850℃，保溫5min。其他與實(shí)施例一相同。
本實(shí)施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后的接頭的剪切強(qiáng)度為47MPa。
實(shí)施例七：本實(shí)施例與實(shí)施例一的不同之處在于：步驟四中以5℃/min的升溫速率將溫度從750℃升溫至850℃，保溫25min。其他與實(shí)施例一相同。
本實(shí)施例AlON陶瓷和BN-Si3N4陶瓷連接后的接頭的剪切強(qiáng)度為89MPa。