一种RBSiC陶瓷同种材料之间的真空钎焊连接方法

本发明属于陶瓷材料连接，具体地说，涉及一种rbsic陶瓷同种材料之间的真空钎焊连接方法；具体是采用sife钎料钎焊连接反应烧结rbsic陶瓷的方法。

背景技术：

1、反应烧结碳化硅（rbsic）是以sic颗粒为骨架、通过熔融硅渗透反应烧结制备的陶瓷材料，其显微组织主要由sic相和游离si相构成。rbsic具有致密度高、硬度高、耐磨性好、导热性能优良且成本相对较低等特点，在耐磨密封构件、光学结构件以及半导体装备零部件等领域具有广泛应用。受陶瓷材料硬脆、难以加工大尺寸和复杂形状构件的限制，rbsic构件通常需要通过连接技术实现整体制造。

2、然而，rbsic陶瓷熔点高、硬度大、几乎不发生塑性变形，难以采用常规熔焊方法进行连接；同时，rbsic表面化学性质稳定，普通金属钎料对其润湿性较差，难以直接在连接界面形成可靠结合。因此，钎料的组成、钎焊温度及保温时间对rbsic接头的界面组织和连接性能具有重要影响。

3、目前，sic陶瓷的连接多采用ag-cu-ti等活性金属钎料，依靠ti等活性元素与陶瓷界面反应来改善钎料的润湿性，从而实现连接。但是，该类钎料中含有ag等贵金属，钎料成本较高；同时，ag基钎料的耐高温性能有限，在较高温度服役条件下接头性能易受影响。此外，也有采用纯si或含si材料对sic陶瓷进行渗硅连接的方法，但其对连接温度和工艺条件的要求较为苛刻。

4、对于rbsic同种陶瓷之间的连接而言，若沿用含贵金属的活性钎料体系，将直接提高构件的连接成本；若钎料熔化温度与钎焊工艺控制不当，则钎料难以充分铺展和填充连接间隙，进而影响接头的成型质量。因此，钎料体系的选择不仅需要考虑其熔化温度和铺展能力，还需要兼顾材料成本与工艺适应性。

5、因此，有必要开发一种成本低廉、工艺适应性好、适用于rbsic同种陶瓷连接的钎料及钎焊方法，在保证钎料具有适宜熔化温度和铺展能力的基础上，降低连接成本，实现rbsic陶瓷的可靠连接。

技术实现思路

1、本发明要解决现有rbsic同种陶瓷之间的连接存在界面润湿性差、连接层连续性不足及界面缺陷较多的技术问题，而提供了一种rbsic陶瓷同种材料之间的真空钎焊连接方法。

2、为了实现上述技术问题，本发明采取了以下的技术方案：

3、本发明的目的在于提供了一种rbsic陶瓷同种材料之间的真空钎焊连接方法，包括以下步骤：

4、步骤1、分别对两块碳化硅陶瓷的待连接表面以及sife钎料片表面依次进行打磨、超声清洗和干燥；

5、步骤2、将sife钎料片置于两块碳化硅陶瓷的待连接表面之间，装配成三明治结构，得到待焊组件；

6、步骤3、然后真空下进行钎焊，钎焊过程中先分段升温，再分段降温，随后随炉冷却至室温，得到碳化硅陶瓷钎焊接头。

7、进一步地限定，钎料片中fe的原子百分比为25%~30%，余量为si。

8、进一步地限定，打磨时依次采用240目、400目、800目、1200目、2000目、3000目砂纸进行逐级打磨。

9、进一步地限定，用无水乙醇或者丙酮超声清洗。

10、进一步地限定，所述钎料片厚度为0.3mm-1mm。

11、进一步地限定，真空度为2.7×10-5pa。

12、进一步地限定，升温是由室温以5~10℃/min的速率升温至1000℃-1200℃；随后以5℃/min~10℃/min的速率升温至1230℃~1330℃，保温5~20 min

13、进一步地限定，根据权利要求1所述方法，其特征在于，降温是以5℃/min~10℃/min的速率降温至600℃-800℃；再以5℃/min~10℃/min的速率降温至130℃，停止程序控温。

14、本发明的另一目的，是提供一种碳化硅陶瓷的钎焊接头，采用上述任意所述的方法制备得到。

15、基于其中一个具体实施例，本发明提供的rbsic陶瓷同种材料之间的真空钎焊连接方法是按下述步骤进行的：

16、步骤s1、准备两块rbsic陶瓷试样和sife片状钎料；所述sife钎料为si-fe二元钎料，其中fe的原子百分比为25%~30%，余量为si。

17、步骤s2、对两块rbsic陶瓷的待连接表面以及sife钎料片表面进行表面处理。具体地，依次采用240目、400目、800目、1200目、2000目和3000目砂纸对待连接表面进行逐级打磨并抛光，去除表面氧化层、加工损伤层及附着杂质，使待连接表面平整；随后将rbsic陶瓷试样和sife钎料片置于无水乙醇中超声清洗，取出后干燥备用。

18、步骤s3、将sife钎料片置于两块rbsic陶瓷试样之间，得到待焊组件。所述待焊组件为rbsic陶瓷/sife钎料/rbsic陶瓷的三明治式结构，sife钎料片与rbsic陶瓷的待连接面相对应；装配过程中不施加外压。

19、步骤s4、将所述待焊组件置于真空钎焊炉中，当炉内真空度达到2.7×10-5pa后进行钎焊。钎焊过程包括：由室温以10℃/min升温至1100℃；由1100℃以5℃/min升温至1300℃，并在1300℃保温15 min；保温结束后，由1300℃以5℃/min降温至800℃，再由800℃以10℃/min降温至130℃，随后随炉冷却至室温，得到rbsic陶瓷钎焊接头。

20、本发明采用sife钎料作为中间钎料。sife钎料以fe、si为主要组元，原料来源广泛、价格低廉，不含ag等贵金属，有利于显著降低rbsic陶瓷的连接成本；si-fe二元体系具有较低的熔化温度，使钎料在1230℃以上能够熔化、铺展并填充两块rbsic陶瓷之间的连接间隙。同时，所述钎料以si为主要组元，与rbsic陶瓷中的sic相及游离si相成分同源，二者具有较好的相容性，有利于钎料在rbsic待连接表面铺展并形成界面结合。本发明中，两块rbsic陶瓷与sife钎料依次构成三明治式待焊组件，且为同种陶瓷材料之间的连接，接头两侧母材的热物理性能一致，有利于减小加热和冷却过程中因热膨胀失配而产生的残余应力。钎焊过程中，通过对升温、保温及降温过程进行分段控制，在使钎料充分熔化和铺展的同时，降低热循环对接头组织和界面结合的不利影响。本发明采用rbsic陶瓷/sife钎料/rbsic陶瓷的三明治式装配结构，钎料片尺寸与待连接面尺寸相匹配，且装配过程中无需施加外压，操作简便、工艺重复性好。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、本发明采用的sife钎料以廉价的fe、si为原料，不含ag、cu、ti等贵重金属或活性元素，钎料成本低、易于获得，解决了ag-cu-ti等活性钎料成本较高的问题，有利于降低rbsic陶瓷构件的连接成本。

23、本发明的sife钎料以si为主要组元，与rbsic陶瓷中的sic相和游离si相成分同源、相容性好，钎料熔化后易于在rbsic待连接表面铺展并填充连接间隙，有利于获得结合良好的钎焊接头。

24、本发明用于rbsic陶瓷同种材料的自身连接，接头两侧母材的热膨胀系数等热物理性能一致，sife钎料为硅基钎料，与母材相容性好，有利于缓解异质连接中因热膨胀失配引起的残余应力，降低接头在冷却过程中的开裂风险。

25、本发明的钎焊温度可在1230~1330℃范围内选择，保温时间可在5~20 min范围内选择，升温速率和降温速率可在5~10℃/min范围内选择，工艺窗口较宽；同时采用分段升温和分段降温的控温方式，在1100℃以上采用较低的升温速率，有利于减小温度骤变对接头的不利影。

26、本发明采用rbsic陶瓷/sife钎料/rbsic陶瓷的三明治式装配结构，钎料片尺寸与待连接面尺寸相匹配，且装配过程中无需施加外压，操作简便、工艺重复性好。

27、为深入了解本发明的特征与技术内容，请参考后附的详细说明与附图。需要说明的是，附图仅为说明性目的而提供，非用于限制本发明。