專利名稱：有機活性膠狀物及膠焊非金屬與金屬材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機膠狀物和一種膠焊方法。
技術(shù)背景金屬材料與非金屬材料間的連接應用在工程實踐中發(fā)揮著越來越重要的 作用。異種材料的連接方法目前有機械咬合連接、膠粘低溫連接及冶金焊接三 大發(fā)展方向。其中，以冶金焊接的發(fā)展前景及應用領(lǐng)域最為廣闊。然而，對于 非金屬材料，存在著非金屬材料與金屬材料連接用釬料可選范圍有限、焊后接 頭性能不穩(wěn)定、力學性能(以纖維編織復合材料為例，纖維編織復合材料的力 學性能均比較低，對其進行連接后，往往連接件斷裂處為性能薄弱的纖維編織 復合材料上，現(xiàn)有方法焊接金屬與石英纖維復合材料后，石英纖維復合材料沿接頭方向的抗剪強度只有8MPa 12Mpa，石英纖維復合材料的自身抗剪強度 為8MPa 12MPa)受母材性能制約等不足的問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有非金屬材料與金屬材料連接用釬料可選范 圍有限、焊后接頭性能不穩(wěn)定、力學性能受母材性能制約的問題，提供了一種 膠焊非金屬材料與金屬材料的方法。本發(fā)明的有機活性膠狀物由活性粉末與膠體材料按照0.5~2:1的體積比組成。上述的活性粉末為粒度300(xm的Ti、粒度^100nm的Zr、粒度^100)im 的Hf、粒度SlOOpm的TiH2或粒度^10(^im的ZrH2;上述的膠體材料為不含氨 基的有機膠粘劑；所述的不含氨基的有機膠粘劑為不含氨基的環(huán)氧樹脂類膠粘 劑、不含氨基的酚醛樹脂類膠粘劑、不含氨基的烯烴類膠粘劑或不含氨基的厭 氧膠粘劑；所述的不含氨基的有機膠粘劑為不含氨基的呋喃樹脂膠粘劑、不含 氨基的橡膠膠粘劑、不含氨基的環(huán)氧樹脂膠粘劑、不含氨基的聚乙烯醇膠粘劑 或不含氨基的酚醛樹脂膠粘劑；上述的不含氨基的有機膠粘劑為雙酚A型環(huán) 氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、氫化雙酚A型環(huán)氧樹脂、羥甲基雙酚A型環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂、鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂、間苯二酚甲醛環(huán)氧樹脂、四酚基乙 烷環(huán)氧樹脂、四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、間苯二甲酸二縮水甘油酯、TDE-85環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、聚丁二烯環(huán)氧樹脂、丙烯酸環(huán)氧樹脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、市售1788型聚乙烯醇膠粘劑、市售1799型聚乙烯醇膠粘劑或市售2099型聚 乙烯醇膠粘劑。本發(fā)明膠焊非金屬與金屬材料的方法如下 一、將非金屬材料的表面和金 屬材料的預連接面進行粗化、除油清洗、干燥；二、將權(quán)利要求1所述的有機 活性膠狀物涂覆于非金屬材料預連接面及預連接面向外延伸0mm 10mm的區(qū) 域，然后再依次將釬料與金屬材料置于有機活性膠狀物上，得到預連接結(jié)構(gòu)； 三、將步驟二得到的預連接結(jié)構(gòu)置于真空爐中施焊，即完成焊接。本發(fā)明方法在真空爐中的加熱溫度及保溫時間按照所選釬料或有機活性 膠狀物中活性粉末的冶金反應溫度而確定。本發(fā)明方法對非金屬材料表面進行預處理后，涂覆有機膠狀物，形成了活 性粉末對難焊非金屬材料粘附、包裹的狀態(tài)，在真空加熱過程中，活性粉末中 金屬元素與非金屬材料、膠體材料分解后的碳元素以及非金屬材料發(fā)生擴散、 反應，活性金屬元素的"橋梁"作用促使金屬材料對非金屬材料待焊表面進行了 較充分潤濕、反應，形成了力學性能良好的焊接接頭，所以采用本發(fā)明方法非 金屬材料與金屬材料連接用釬料不受非金屬材料難焊性的限制，并且焊接后接 頭的力學性能受母材性能制約減小，能實現(xiàn)超越母材自身強度的高性能連接接 頭。采用本發(fā)明方法得到的焊接接頭的抗剪強度可達35MPa 200MPa。本發(fā) 明所述方法工藝簡單。
具體實施方式
本發(fā)明技術(shù)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
一本實施方式中有機活性膠狀物由活性粉末與膠體材料按 照0.5 2:1的體積比組成。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一不同的是所述的活性粉末 為粒度S100iim的Ti、粒度^100^im的Zr、粒度^10(Vm的Hf、粒度^10(^m的TiH2或粒度^100^im的ZrH2。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
一不同的是所述的膠體材料 為不含氨基的有機膠粘劑。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
三不同的是所述的不含氨基 的有機膠粘劑為不含氨基的環(huán)氧樹脂類膠粘劑、不含氨基的酚醛樹脂類膠粘 劑、不含氨基的烯烴類膠粘劑、不含氨基的厭氧膠粘劑、不含氨基的呋喃樹脂 膠粘劑、不含氨基的橡膠膠粘劑、不含氨基的環(huán)氧樹脂膠粘劑、不含氨基的聚 乙烯醇膠粘劑或不含氨基的酚醛樹脂膠粘劑。其它與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
三不同的是所述的不含氨基 的有機膠粘劑為雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、氫化雙酚A型環(huán)氧 樹脂、羥甲基雙酚A型環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂、鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂、間苯 二酚甲醛環(huán)氧樹脂、四酚基乙烷環(huán)氧樹脂、四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、鄰 苯二甲酸二縮水甘油酯、間苯二甲酸二縮水甘油酯、TDE-85環(huán)氧樹脂、脂環(huán) 族環(huán)氧樹脂、聚丁二烯環(huán)氧樹脂、丙烯酸環(huán)氧樹脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、 丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、市售1788型聚乙烯醇膠粘劑、市售1799型聚乙烯 醇膠粘劑或市售2099型聚乙烯醇膠粘劑。其它與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
六本實施方式中用有機活性膠狀物膠焊非金屬材料與金屬 材料的方法如下 一、將非金屬材料的表面和金屬材料的預連接面進行粗化、 除油清洗、干燥；二、將具體實施方式
一所述的有機活性膠狀物涂覆于非金屬 材料預連接面及預連接面向外延伸Omm 10mm的區(qū)域，然后再依次將釬料與 金屬材料置于有機活性膠狀物上，得到預連接結(jié)構(gòu)；三、將步驟二得到的預連 接結(jié)構(gòu)置于真空爐中施焊，即完成焊接。本實施方式中在真空爐中的加熱溫度及保溫時間按照所選釬料及有機活 性膠狀物中活性粉末的冶金反應溫度而確定。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟二中所述的活性粉末為粒度200^im的Ti、粒度200jim的Zr、粒度^100^im的Hf、粒度 S100^im的TiH2或粒度S100^im的ZrH2。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟二中所述的 膠體材料為不含氨基的有機膠粘劑。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟二中所述的 膠體材料為不含氨基的環(huán)氧樹脂類膠粘劑、不含氨基的酚醛樹脂類膠粘劑、不 含氨基的烯烴類膠粘劑、不含氨基的厭氧膠粘劑、不含氨基的呋喃樹脂膠粘劑、 不含氨基的橡膠膠粘劑、不含氨基的環(huán)氧樹脂膠粘劑、不含氨基的聚乙烯醇膠 粘劑或不含氨基的酚醛樹脂膠粘劑。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
九不同的是所述的不含氨基 的有機膠粘劑為雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、氫化雙酚A型環(huán)氧 樹脂、羥甲基雙酚A型環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂、鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂、間苯 二酚甲酸環(huán)氧樹脂、四酚基乙烷環(huán)氧樹脂、四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、間苯二甲酸二縮水甘油酯、TDE-85環(huán)氧樹脂、脂環(huán) 族環(huán)氧樹脂、聚丁二烯環(huán)氧樹脂、丙烯酸環(huán)氧樹脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、 丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、市售1788型聚乙烯醇膠粘劑、市售1799型聚乙烯 醇膠粘劑或市售2099型聚乙烯醇膠粘劑。其它與具體實施方式
九相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟一中所述 的非金屬材料為石墨、陶瓷材料或復合材料。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十二本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟一中所述的非金屬材料為氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷或金屬陶瓷。其它與具 體實施方式六相同。
具體實施方式
十三本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟一中所述的非金屬材料為Al203陶瓷、Si02陶瓷、Zr02陶瓷、MgO陶瓷、SiC陶瓷、 AbC3陶瓷、SigN4陶瓷、A13N4、 Ni基TiC陶瓷或Al基陶瓷。其它與具體實施方式
六相同o具體實施方式
十四本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟一中所述 的非金屬材料為多維編織結(jié)構(gòu)的復合材料。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十五本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟一中所述 的非金屬材料為碳纖維編織復合材料、石英纖維編織復合材料或Si3N4纖維編 織復合材料。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十六本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟四中將步驟三得到的預連接結(jié)構(gòu)置于真空度為l(T3 10-6torr的真空爐中，以10°C~30°C/min的升溫速度將真空爐的溫度加熱到700°C~1100°C ，然后在保溫 狀態(tài)下施焊5min 30min，再以3°C~20°C/min的降溫速度將真空爐的溫度降至 室溫，即完成焊接。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十七本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟一中所述 的金屬材料為純金屬材料或合金材料。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十八本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟一中所述 的金屬材料為Fe、 Ni、 Cu、 Al、 Fe-Ni合金、Ni-Al合金、其他Ni合金或其他 Al合金材料。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
十九本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟二中將厚 度為50(im 200pim的釬料箔片、厚度為0.1 (am 20(Him的Cu箔片和金屬材料 置于有機活性膠狀物上，制得順序為非金屬材料、有機活性膠狀物、釬料箔片、 Cu箔片、金屬材料的預連接結(jié)構(gòu)。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
二十本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟二中所述 的釬料是按照重量百分比由72%Ag與28%Cu組成的AgCu共晶箔片。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
二十一本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟二中所 述的釬料是按照重量百分比由69.1%的Ag、 26.4%的Cu和4.5%的Ti組成的 AgCuTi箔片。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
二十二本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟二中所 述的釬料是按照重量百分比由37.5%的Ti、 37.5%的Zr、 15%的Cu和10%的 Ni組成的TiZrNiCu箔片。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
二十三本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟二中將 厚度為50pm~200,的釬料箔片和金屬材料置于有機活性膠狀物上，制得順 序為非金屬材料、有機活性膠狀物、釬料箔片、金屬材料的預連接結(jié)構(gòu)。其它 與具體實施方式
六相同。其它與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
二十四本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟一中的 非金屬材料為石英纖維編織復合材料，金屬材料為Fe-Ni合金；步驟二中活性 粉末是粒徑為50^im的TiH2。其它與具體實施方式
六相同。本實施方式所得的焊接接頭室溫抗剪強度為44MPa，明顯改善了石英纖維復合材料在連接處的抗剪強度(石英纖維復合材料沿接頭方向的抗剪強度只有8 12MPa)。
具體實施方式
二十五本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟一中的非金屬材料為Ni基TiC陶瓷，金屬材料為Fe-Ni合金；步驟二中活性粉末是 粒徑為60pm的TiH2。其它與具體實施方式
六相同。本實施方式所得的焊接接頭室溫抗剪強度為220MPa。
具體實施方式
二十六本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟一中的 非金屬材料為SiC陶瓷，金屬材料為Fe-Ni合金；步驟二中活性粉末是粒徑為 60pm的Ti粉。其它與具體實施方式
六相同。本實施方式所得的焊接接頭室溫抗剪強度為35MPa。
具體實施方式
二十七本實施方式與具體實施方式
六不同的是步驟一中的 非金屬材料為Si02陶瓷，金屬材料為Fe-Ni合金；步驟二中活性粉末是粒徑 為70pm的Ti粉。其它與具體實施方式
六相同。本實施方式所得的焊接接頭室溫抗剪強度為70MPa。
權(quán)利要求
1、一種有機活性膠狀物，其特征在于有機活性膠狀物由活性粉末與膠體材料按照0.5～2∶1的體積比組成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機活性膠狀物，其特征在于所述的活性粉末 為粒度300nm的Ti、粒度^100)im的Zr、粒度^100jim的Hf、粒度SlOOpm的 TiH2或粒度^100iim的ZrH2。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機活性膠狀物，其特征在于所述的膠體材料 為不含氨基的有機膠粘劑。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的有機活性膠狀物，其特征在于所述的不含氨基 的有機膠粘劑為不含氨基的環(huán)氧樹脂類膠粘劑、不含氨基的酚醛樹脂類膠粘 劑、不含氨基的烯烴類膠粘劑、不含氨基的厭氧膠粘劑、不含氨基的橡膠膠粘 劑、不含氨基的呋喃樹脂膠粘劑、不含氨基的環(huán)氧樹脂膠粘劑、不含氨基的聚 乙烯醇膠粘劑或不含氨基的酚醛樹脂膠粘劑。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的有機活性膠狀物，其特征在于所述的不含氨基 的有機膠粘劑為雙酚A型環(huán)氧樹脂、雙酚F型環(huán)氧樹脂、氫化雙酚A型環(huán)氧 樹脂、羥甲基雙酚A型環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂、鄰甲酚醛環(huán)氧樹脂、間苯 二酚甲醛環(huán)氧樹脂、四酚基乙垸環(huán)氧樹脂、四氫鄰苯二甲酸二縮水甘油酯、鄰 苯二甲酸二縮水甘油酯、間苯二甲酸二縮水甘油酯、TDE-85環(huán)氧樹脂、脂環(huán) 族環(huán)氧樹脂、聚丁二烯環(huán)氧樹脂、丙烯酸環(huán)氧樹脂、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、 丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、市售1788型聚乙烯醇膠粘劑、市售1799型聚乙烯 醇膠粘劑或市售2099型聚乙烯醇膠粘劑。
6、 一種膠焊非金屬與金屬材料的方法，其特征在于用有機活性膠狀物膠 焊非金屬與金屬材料的方法如下 一、將非金屬材料的表面和金屬材料的預連 接面進行粗化、除油清洗、干燥；二、將權(quán)利要求1所述的有機活性膠狀物涂 覆于非金屬材料預連接面及預連接面向外延伸Omm 10mm的區(qū)域，然后再依 次將釬料與金屬材料置于有機活性膠狀物上，得到預連接結(jié)構(gòu)；三、將步驟二 得到的預連接結(jié)構(gòu)置于真空爐中施焊，即完成焯接。
全文摘要
有機活性膠狀物及膠焊非金屬與金屬材料的方法，它涉及一種有機膠狀物和一種膠焊方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有非金屬材料與金屬材料連接用釬料可選范圍有限、焊后接頭性能不穩(wěn)定、力學性能受母材性能制約的問題。本發(fā)明有機活性膠狀物由活性粉末與膠體材料組成。膠焊方法如下將有機活性膠狀物涂覆于非金屬材料預連接面及預連接面向外延伸0mm～10mm的區(qū)域，然后再將釬料與金屬材料置于有機活性膠狀物上，將預連接件組裝后置于真空爐中施焊，即完成焊接。本發(fā)明方法焊接用釬料不受難焊材料的焊接性限制，并且焊接后接頭的力學性能受母材性能制約影響明顯減少。采用本發(fā)明方法得到的焊接接頭的抗剪強度可達35MPa～200MPa。
文檔編號C09J161/06GK101402836SQ20081013750
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月12日
發(fā)明者馮吉才, 張麗霞, 磊 趙 申請人:哈爾濱工業(yè)大學