一種高溫陶瓷/金屬的鉚接-玻璃密封復(fù)合的連接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高溫陶瓷/金屬的連接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，連接陶瓷和金屬的方法主要有粘接劑粘接、機(jī)械連接、熔焊、摩擦焊、瞬時液相連接、自蔓延高溫連接、擴(kuò)散焊和釬焊等，其中釬焊和擴(kuò)散焊是研宄最多應(yīng)用最廣的連接方法。陶瓷/金屬釬焊和擴(kuò)散焊連接的中間層多選擇活性金屬中間層，該中間層可以緩解接頭應(yīng)力，獲得較高的連接強(qiáng)度。但是由于受到中間層金屬熔點較低的影響，陶瓷/金屬結(jié)構(gòu)件的使用溫度不能太高。另外，當(dāng)陶瓷/金屬結(jié)構(gòu)件的尺寸較大時，金屬中間層不足以緩解兩者因熱膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，連接接頭強(qiáng)度顯著降低。實際生產(chǎn)中常采用機(jī)械連接加粘接劑粘接的工藝連接陶瓷/金屬較大結(jié)構(gòu)件，機(jī)械連接可以提供較高的接頭強(qiáng)度，同時使用膠粘劑對裝配間隙進(jìn)行密封可獲得氣密性接頭。但是常用有機(jī)粘接劑的接頭強(qiáng)度一般低于lOOMPa，無機(jī)粘接劑的連接強(qiáng)度低于lOMPa，且它們的允許使用溫度一般都低于200°C。因此，粘接劑粘接的密封工藝不適用于高溫下使用的陶瓷/金屬大結(jié)構(gòu)件。相比膠粘劑，玻璃的強(qiáng)度和使用溫度均較高，且玻璃自身的性質(zhì)決定其可在一定溫度范圍內(nèi)保持一定的粘度，可以在較寬的溫度范圍內(nèi)達(dá)到密封的效果。同時，由于玻璃和陶瓷的化學(xué)鍵相似，化學(xué)相容性較好，兩者之間可以實現(xiàn)化學(xué)結(jié)合，提高接頭強(qiáng)度及其抗熱震性。若使用玻璃作為機(jī)械連接接頭間隙的密封材料，提高接頭強(qiáng)度和抗熱震性的同時，可以提高使用溫度并擴(kuò)大連接件的使用溫度范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決當(dāng)高溫陶瓷/金屬結(jié)構(gòu)件的尺寸較大時，現(xiàn)有連接方法存在接頭強(qiáng)度差及使用溫度低的技術(shù)問題，而提供一種高溫陶瓷/金屬的鉚接-玻璃密封復(fù)合的連接方法。
[0004]一種高溫陶瓷/金屬的鉚接-玻璃密封復(fù)合的連接方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0005]一、將陶瓷和金屬依次進(jìn)行預(yù)裝配、鉆孔和锪窩、分解去毛刺、清洗，然后采用陽極氧化方法，將金屬的表面制備一層致密均勻的氧化膜；
[0006]二、將玻璃密封劑與粘結(jié)劑制成膏狀，然后磁力攪拌5?lOmin，再采用刷涂方式均勻涂覆在步驟一處理后的金屬和陶瓷表面，涂覆I?5層，控制涂層厚度為100?500 μ m ；
[0007]三、將步驟三處理后的陶瓷和金屬進(jìn)行裝配、放釘、施鉚，然后進(jìn)行鉚接故障排除，得到裝配好的試件；
[0008]四、將裝配好的試件放入電阻爐中，在空氣氣氛中進(jìn)行連接，控制升溫速率為10C /min?20°C /min,由室溫升溫至300°C，保溫1min?30min ;再控制升溫速率為5°C /min?10°C /min，升溫至675?800°C，保溫30min?60min，然后隨爐自然冷卻至室溫；完成一種高溫陶瓷/金屬的鉚接-玻璃密封復(fù)合的連接方法。
[0009]本發(fā)明針對不同的陶瓷/金屬及其使用溫度，選擇不同配比的玻璃體系作為密封材料，該玻璃密封劑既能與陶瓷、金屬在熱膨脹系數(shù)上相匹配，又能在高溫使用時保持一定的粘度，實現(xiàn)陶瓷/金屬連接件的高溫高可靠密封連接。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011]一、本發(fā)明由機(jī)械結(jié)合(鉚接)提供大部分接頭強(qiáng)度，同時針對不同的連接母材和使用溫度，可選擇不同組成的玻璃作為鉚接裝配間隙的密封劑，使得玻璃密封劑與兩側(cè)陶瓷和金屬的熱膨脹系數(shù)匹配，提供一定的接頭強(qiáng)度，同時在使用溫度范圍內(nèi)保持一定的粘度，可在較高的使用溫度下和較大的使用溫度范圍內(nèi)達(dá)到密封和抗熱震的目的，實現(xiàn)高溫下的高可靠密封連接；
[0012]二、本發(fā)明在連接前采用陽極氧化的方法在金屬表面預(yù)置氧化膜增加了其與玻璃密封劑的相容性，玻璃密封劑與陶瓷和金屬材料之間均實現(xiàn)化學(xué)結(jié)合，增加了連接接頭的可靠性；
[0013]三、本發(fā)明選擇密封劑為綠色無鉛玻璃粉體，相比膠粘劑而言，無毒，無刺激性氣味，不污染環(huán)境。
[0014]本發(fā)明用于得到一種高溫陶瓷/金屬的鉚接-玻璃密封復(fù)合高可靠連接。
【具體實施方式】
[0015]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】之間的任意組合。
[0016]【具體實施方式】一:本實施方式一種高溫陶瓷/金屬的鉚接-玻璃密封復(fù)合的連接方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0017]一、將陶瓷和金屬依次進(jìn)行預(yù)裝配、鉆孔和锪窩、分解去毛刺、清洗，然后采用陽極氧化方法，將金屬的表面制備一層致密均勻的氧化膜；
[0018]二、將玻璃密封劑與粘結(jié)劑制成膏狀，然后磁力攪拌5?lOmin，再采用刷涂方式均勻涂覆在步驟一處理后的金屬和陶瓷表面，涂覆I?5層，控制涂層厚度為100?500 μ m ；
[0019]三、將步驟三處理后的陶瓷和金屬進(jìn)行裝配、放釘、施鉚，然后進(jìn)行鉚接故障排除，得到裝配好的試件；
[0020]四、將裝配好的試件放入電阻爐中，在空氣氣氛中進(jìn)行連接，控制升溫速率為10C /min?20°C /min,由室溫升溫至300°C，保溫1min?30min ;再控制升溫速率為5°C /min?10°C /min，升溫至675?800°C，保溫30min?60min，然后隨爐自然冷卻至室溫；完成一種高溫陶瓷/金屬的鉚接-玻璃密封復(fù)合的連接方法。
[0021]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中所述陶瓷為Al2O3陶瓷、Si 3N4陶瓷或SiC，金屬為Ti合金。其它與【具體實施方式】一相同。
[0022]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟一中陽極氧化工藝參數(shù)為:控制溫度10?30°C，電流密度5?15A/dm2，電壓90?200V，時間10?40min，其中電解液的組成為重鉻酸鉀15?35g/L，硫酸錳15?25g/L，硫酸銨15?25g/L，控制氧化膜的厚度為5?20 μ m。其它與【具體實施方式】一或二相同。
[0023]陽極氧化工藝的具體操作流程為:將金屬放入電解液中，通電，保持10?40min，完成。
[0024]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】一至三之一不同的是:步驟二中玻璃密封劑為鉍酸鹽系無鉛玻璃粉體，按摩爾份數(shù)由20份?40份Bi203、20份?30份B203、10份?35份ZnO、5份?40份Si02、I份?10份Al2O3和I份?5份BaO組成，玻璃密封劑的軟化溫度為400°C?650°C。其它與【具體實施方式】一至三之一相同。
[0025]本實施方式中Bi203、B203、Zn0、Si02、Al203和BaO需進(jìn)行基礎(chǔ)玻璃體分級，具體操作為:將 Bi203、B203、Zn0、Si02、Al203和 BaO 放入球磨罐中，控制轉(zhuǎn)速為 100r/min ?200r/min，按照磨球與粉體的質(zhì)量比為(35?45):1進(jìn)行球磨，球磨時間為2h?4h，再放入200目金屬篩上振動，然后放入500目金屬篩上振動，未通過500目篩孔的粉體即為粒徑為25 μπι?75 μ m的基礎(chǔ)玻璃粉體。
[0026]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】一至四之一不同的是:步驟二中粘結(jié)劑為松油醇與無水乙醇的混合物，且松油醇與無水乙醇的體積比為5: (I?5)。其它與【具體實施方式】一至四之一相同。
[0027]【具體實施方式】六:本實施方式與【具體實施方式】一至五之一不同的是:步驟二中玻璃密封劑與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1: 5，采用焊膏攪拌機(jī)，控制轉(zhuǎn)速為100r/min?150r/min，攪拌0.5h?2h制成膏狀。其它與【具體實施方式】一至五之一相同。
[0028]【具體實施方式】七:本實施方式與【具體實施方式】一至六之一不同的是:步驟三中陶瓷和金屬的配合間隙為50?100 μπι。其它與【具體實施方式】一至六之一相同。
[0029]【具體實施方式】八:本實施方式與【具體實施方式】一至七之一不同的是:步驟四中控制升溫速率為15°C /min,由室溫升溫至300°C，保溫20min ;再控制升溫速率為8°C /min,升溫至750°C，保溫45min。其它與【具體實施方式】一至七之一相同。
[0030]采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果:
[0031]實施例一:
[0032]本實施例一種高溫陶瓷/金屬的鉚接-玻璃密封復(fù)合的連接方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0033]一、將陶瓷和金屬依次進(jìn)行預(yù)裝配、鉆孔和锪窩、分解去毛刺、清洗，然后采用陽極氧化方法，將金屬的表面制備一層致密均勻的氧化膜；所述陶瓷為Al2O3陶瓷，金屬為Ti合金；陽極氧化工藝參數(shù)為:控制溫度20°C，電流密度為ΙΟΑ/dm2，電壓為90V，時間為lOmin，其中電解液的組成為重鉻酸鉀15g/L，硫酸錳15g/L，硫酸銨15g/L，控制氧化膜的厚度為5 μ m ；
[0034]二、將玻璃密封劑與粘結(jié)劑制成膏狀，然后磁力攪拌lOmin，再采用刷涂方式均勻涂覆在步驟一處理后的金屬和陶瓷表面，涂覆5層，控制涂層厚度為500 μ m ;其中，玻璃密封劑為鉍酸鹽系無鉛玻璃粉體，按摩爾份數(shù)由20份Bi203、20份B2O3UO份Zn0、5份S12U份Al2O3和I份BaO組成，玻璃密封劑的軟化溫度為400°C ;粘結(jié)劑為松油醇與無水乙醇的混合物，且松油醇與無水乙醇的體積比為5:1 ;玻璃密封劑與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為1: 5，采用焊膏攪拌機(jī)，控制轉(zhuǎn)速為100r/min，攪拌0.5h制成膏狀
[0035]三、將步驟三處理后的陶瓷和金屬進(jìn)行裝配、放釘、施鉚，然后進(jìn)行鉚接故障排除，得到裝配好的試件；
[0036]四、將裝配好的試件放入電阻爐中，在空氣氣氛中進(jìn)