一种基于高温应用的实现间隙碳化物或氮化物陶瓷无缝连接的复合活性中间层扩散连接方法

摘要

一种基于高温应用的实现间隙碳化物或氮化物陶瓷无缝连接的复合活性中间层扩散连接方法，本发明涉及一种基于高温应用的实现间隙碳化物或氮化物陶瓷无缝连接的复合活性中间层扩散连接方法。本发明是要解决单层活性金属中间层无法形成匀质互溶接头的问题，方法为：一、表面清理；二、预置活性金属层；三、真空扩散连接，即完成。本发明在采用Ti/Zr/Ti复合活性金属为中间层来连接ZrC陶瓷时，在连接条件1400℃/1h/20MPa下，接头组织仅有ZrC和TiC的固溶体，接头剪切强度为240MPa，和单层活性金属中间层得到的接头相比，接头强度提高了26％；与传统方法相比，接头强度提高了近2.5倍。本发明应用于钎焊领域。

主权项

一种基于高温应用的实现间隙碳化物或氮化物陶瓷无缝连接的复合活性中间层扩散连接方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：一、表面清理：采用500#～1500#中的两种或其中两种以上型号的金刚石磨盘对两个待连接的陶瓷母材进行逐级打磨，再用1500#～2000#中的两种或其中两种以上型号的水磨砂纸逐级精磨，最后对精磨后的两个待连接的陶瓷母材进行抛光后，置于丙酮中，超声波清洗15min～30min，然后置于无水乙醇中，超声清洗10min～15min，最后置于干燥箱内烘干，即得到两个表面清理后的陶瓷母材；其中所述的陶瓷母材为MCx单相陶瓷、MNx单相陶瓷、MNx/MNx复相陶瓷、MCx/MCx复相陶瓷或MNx/MCx复相陶瓷；二、预置活性金属层：采用磁控溅射技术或者电子蒸镀的方式在步骤一得到的两个表面清理后的陶瓷母材表面预置厚度为2～10μm的活性金属层A，得到两个具有活性金属层的陶瓷母材，然后在两个陶瓷母材的活性金属层上进行二次磁控溅射或电子蒸镀，预置厚度为5～20μm的活性金属层B，得到两个具有双层活性金属层的陶瓷母材，依次用丙酮和无水乙醇对得到的两个具有双层活性金属层的陶瓷母材清洗镀层表面5min～10min，吹干后得到两个待连接试样；其中所述的活性金属层A和B中的活性金属均为Ti、Zr、Hf、V、Nb或Ta，活性金属层A和B中的活性金属为两种金属；三、真空扩散连接：将步骤二得到的两个待连接试样的具有活性金属层的待连接界面叠加起来，置于真空扩散炉中，在连接压力为15MPa～25MPa、真空度为0.8×10^‑3Pa～1.3×10^‑4Pa的条件下，以5～10℃/min的速度加热到700℃，然后保温10～180min，接着以5～10℃/min的速度升温至连接温度1300～1400℃，保温10～180min时间后，以5℃/min的速度冷降至800℃，然后以10℃/min的速度冷却至100℃，之后随炉冷却至室温，即完成。