一種制備金屬-陶瓷擴(kuò)散偶的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種制備金屬-陶瓷擴(kuò)散偶的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為制備高性能的金屬-陶瓷復(fù)合材料，對其界面特性進(jìn)行深入研究是十分必要的。在金屬-陶瓷界面反應(yīng)研究中多采用外延法、內(nèi)氧化法和熱擴(kuò)散連接法。其中，擴(kuò)散連接法是界面研究的常用方法。因此，制備出完整、結(jié)合力較強(qiáng)的金屬/陶瓷擴(kuò)散偶是界面研究的前提。
[0003]目前，制備金屬-陶瓷擴(kuò)散偶的方法多是采用熱壓法，將金屬片與陶瓷片緊密結(jié)合，但是由于金屬與陶瓷在硬度、塑性等方面存在較大差異，在制備擴(kuò)散偶過程中容易出現(xiàn)由于二者結(jié)合力不夠而出現(xiàn)脫模分離和制樣分離等現(xiàn)象。
[0004]王殿梁等曾設(shè)計一種專門用于金屬-金屬擴(kuò)散偶制備的模具，但是該種方法很難保證擴(kuò)散偶在脫模以及后續(xù)分析樣品磨制過程中仍然保持結(jié)合狀態(tài)。高家誠等發(fā)明了一種制備擴(kuò)散偶的方法，首先在一種粉末坯體重沖孔，再填充另外一種粉體，利用再次壓制燒結(jié)的方法制備出結(jié)合力強(qiáng)的擴(kuò)散偶。該發(fā)明是利用外層粉末坯體的燒結(jié)收縮使得兩種粉體材料間獲得足夠的結(jié)合力，但是該方法中存在坯體沖孔困難問題。此外，該兩種擴(kuò)散偶制備方法，均存在操作步驟多等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決金屬-陶瓷擴(kuò)散偶在后續(xù)脫模、分析過程中的脫離問題，本發(fā)明提供了一種利用金屬粉末燒結(jié)收縮力制備金屬-陶瓷擴(kuò)散偶的方法。
[0006]本發(fā)明的主要特點(diǎn)有:操作簡單；適用于任何形狀模具；制備的擴(kuò)散偶結(jié)合力強(qiáng)，解決了脫模分離和制樣過程中金屬與陶瓷結(jié)合力不夠而出現(xiàn)脫模分離和制樣分離等問題。
[0007]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是:
一種制備金屬-陶瓷擴(kuò)散偶的方法，包括以下步驟:
a、原材料的預(yù)處理:將金屬片和陶瓷片進(jìn)行磨光和酸洗處理以得到平滑的接觸面；
b、在制備金屬-陶瓷擴(kuò)散偶的熱壓模具底部鋪一層金屬粉，再在金屬粉上先后放入金屬片、U02燃料片，最后在U0 2燃料片上方填充金屬粉，最終保證U0 2燃料片、金屬片處于完全被金屬粉包覆狀態(tài)；
c、給熱壓模具施加適當(dāng)?shù)膲毫?、在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行熱壓擴(kuò)散得到金屬-陶瓷擴(kuò)散偶。
[0008]步驟a中磨光具體為:將金屬片依次經(jīng)800、900和1000目金相砂紙磨光。
[0009]步驟a中進(jìn)行酸洗的酸步驟a中進(jìn)行酸洗的酸為硝酸、氫氟酸、硫酸或者醋酸的一種或2種。
[0010]所用的熱壓模具包括下壓頭、上壓頭和陰模，上壓頭和下壓頭相對設(shè)置在上下方，陰模為2個且均設(shè)置在上壓頭和下壓頭之間，2個陰模一左一右相對設(shè)置，上壓頭、下壓頭和一左一右設(shè)置的陰模圍成加工區(qū)，金屬片和uo2燃料片均設(shè)置在加工區(qū)內(nèi)。
[0011]綜上，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明利用金屬粉末燒結(jié)收縮力制備金屬-陶瓷擴(kuò)散偶，制備的擴(kuò)散偶結(jié)合力強(qiáng)，解決了脫模分離和制樣過程中金屬與陶瓷結(jié)合力不夠而出現(xiàn)脫模分離和制樣分離等問題，操作簡單，適用于任何形狀模具。
[0012]【附圖說明】:
圖1為模具結(jié)構(gòu)圖；
圖上標(biāo)記說明:
1一金屬粉末，2一下壓頭，3一上壓頭，4一陰模，5一陶瓷片，6—金屬片。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0014]實施例1:
以制備金屬Zr與陶瓷燃料U02的擴(kuò)散偶為例，其相關(guān)原材料和工藝控制參數(shù)如下所不ο
[0015](1)原材料
Zr-2粉、Zr-2片、而2片
(2)設(shè)備
真空熱壓爐一臺、圓柱型模具一套，所用的熱壓模具包括下壓頭2、上壓頭3和陰模4，上壓頭3和下壓頭2相對設(shè)置在上下方，陰模4為2個且均設(shè)置在上壓頭3和下壓頭2之間，2個陰模4 一左一右相對設(shè)置，上壓頭3、下壓頭2和一左一右設(shè)置的陰模4圍成加工區(qū)，金屬片6和U02燃料片均設(shè)置在加工區(qū)內(nèi)。如圖1所示，金屬粉末1在加工區(qū)域內(nèi)，陶瓷片5和金屬片6被金屬粉末1包覆。
[0016](3)樣品裝模前預(yù)處理
Zr-2片先后經(jīng)800目、900目、1000目金相砂紙磨光，再經(jīng)硝酸和氫氟酸酸洗，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。U02陶瓷片也要經(jīng)過砂紙拋光，以獲得平整的平面。
[0017](4)裝模方法
首先，在模具裝樣區(qū)域底部放入一層Zr-2粉；其次，在Zr-2粉上部放入U02陶瓷片；再次，在1]02燃料片上部放入經(jīng)拋光酸洗的Zr-2片；最后，在Zr-2片上方平鋪一層Zr_2粉。裝樣完成后，模具內(nèi)部橫剖示意圖如圖1中所示。
[0018]給熱壓模具施加50MP壓力、在800°C下進(jìn)行熱壓擴(kuò)散得到Zr_陶瓷擴(kuò)散偶。
[0019]實施例2:
以制備金屬A1與陶瓷燃料U02的擴(kuò)散偶為例，其相關(guān)原材料和工藝控制參數(shù)如下所不ο
[0020](1)原材料
Α1粉、Α1片、U02片
(2)設(shè)備
真空熱壓爐一臺、圓柱型模具一套 (3)樣品裝模前預(yù)處理
A1片先后經(jīng)800目、900目、1000目金相砂紙磨光，再經(jīng)醋酸或硫酸酸洗，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。U02陶瓷片也要經(jīng)過砂紙拋光，以獲得平整的平面。
[0021](4)裝模方法
首先，在模具裝樣區(qū)域底部放入一層A1粉；其次，在A1粉上部放入U02陶瓷片；再次，在1]02燃料片上部放入經(jīng)拋光酸洗的A1片；最后，在A1片上方平鋪一層A1粉。
[0022]給熱壓模具施加20MP壓力、在300°C下進(jìn)行熱壓擴(kuò)散得到Li_陶瓷擴(kuò)散偶。
[0023]實施例3:
以制備金屬M(fèi)g與陶瓷燃料U02的擴(kuò)散偶為例，其相關(guān)原材料和工藝控制參數(shù)如下所不ο
[0024]( 1)原材料
Mg 粉、Mg 片、1]02片
(2)設(shè)備
真空熱壓爐一臺、圓柱型模具一套
(3)樣品裝模前預(yù)處理
Mg片先后經(jīng)800目、900目、1000目金相砂紙磨光，再經(jīng)硝酸或硫酸酸洗，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。U02陶瓷片也要經(jīng)過砂紙拋光，以獲得平整的平面。
[0025](4)裝模方法
首先，在模具裝樣區(qū)域底部放入一層Mg粉；其次，在Mg粉上部放入U02陶瓷片；再次，在1]02燃料片上部放入經(jīng)拋光酸洗的Mg片；最后，在Mg片上方平鋪一層Mg粉。
[0026]給熱壓模具施加30MP壓力、在400°C下進(jìn)行熱壓擴(kuò)散得到Mg陶瓷擴(kuò)散偶。
[0027]如上所述，可較好的實現(xiàn)本發(fā)明。
【主權(quán)項】
1.一種制備金屬-陶瓷擴(kuò)散偶的方法，其特征在于，包括以下步驟: a、原材料的預(yù)處理:將金屬片和陶瓷片進(jìn)行磨光和酸洗處理以得到平滑的接觸面； b、在制備金屬-陶瓷擴(kuò)散偶的熱壓模具底部鋪一層金屬粉，再在金屬粉上先后放入金屬片、U02燃料片，最后在U0 2燃料片上方填充金屬粉，最終保證U0 2燃料片、金屬片處于完全被金屬粉包覆狀態(tài)； c、給熱壓模具施加適當(dāng)?shù)膲毫?、在適當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行熱壓擴(kuò)散得到金屬-陶瓷擴(kuò)散偶。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a中磨光具體為:將金屬片依次經(jīng)800、900和1000目金相砂紙磨光。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a中進(jìn)行酸洗的酸為硝酸、氫氟酸、硫酸或者醋酸中的一種或2種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所用的熱壓模具包括下壓頭、上壓頭和陰模，上壓頭和下壓頭相對設(shè)置在上下方，陰模為2個且均設(shè)置在上壓頭和下壓頭之間，2個陰模一左一右相對設(shè)置，上壓頭、下壓頭、一左一右設(shè)置的陰模圍成加工區(qū)，金屬片和1]02燃料片均設(shè)置在加工區(qū)內(nèi)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備金屬-陶瓷擴(kuò)散偶的方法，包括以下步驟：a、原材料的預(yù)處理：將金屬片和陶瓷片進(jìn)行磨光和酸洗處理以得到平滑的接觸面；b、在制備金屬-陶瓷擴(kuò)散偶的熱壓模具底部鋪一層金屬粉，再在金屬粉上先后放入金屬片、UO2燃料片，最后在UO2燃料片上方填充金屬粉，最終保證UO2燃料片、金屬片處于完全被金屬粉包覆狀態(tài)；c、給熱壓模具施加適當(dāng)?shù)膲毫Α⒃谶m當(dāng)?shù)臏囟认逻M(jìn)行熱壓擴(kuò)散得到金屬-陶瓷擴(kuò)散偶。本發(fā)明利用金屬粉末燒結(jié)收縮力制備金屬-陶瓷擴(kuò)散偶，制備的擴(kuò)散偶結(jié)合力強(qiáng)，解決了脫模分離和制樣過程中金屬與陶瓷結(jié)合力不夠而出現(xiàn)脫模分離和制樣分離等問題，操作簡單，適用于任何形狀模具。
【IPC分類】C04B37/02
【公開號】CN105272333
【申請?zhí)枴緾N201510664689
【發(fā)明人】段盼盼, 楊靜, 彭建財, 喻沖, 張良, 李統(tǒng)業(yè), 陳蓉
【申請人】中國核動力研究設(shè)計院
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月16日