一種陶瓷與金屬連接用中間合金的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及異種材料連接技術，具體為一種陶瓷與金屬連接用中間合金。
【背景技術】
[0002]金屬/陶瓷層狀結構材料是一種新興的高性能材料，單一的金屬或陶瓷都各有優缺點。陶瓷材料有許多優良的性能如耐腐蝕性強，耐熱性能好，是電的絕緣體或半導體，抗變形能力好，但韌性差，屬脆性材料。如果將陶瓷和金屬這種韌性較好的材料結合起來組成層狀結構材料發揮各自的性能優勢，就可以大大的提升材料的使用壽命，并且可以在更惡劣的環境中服役。
[0003]針對熱鍍鋅行業廣泛存在的鋅液腐蝕問題以及目前的內加熱器由于材料限制不能做成大尺寸，不能解決大尺寸鋅鍋(主要指結構件鍍鋅鍋)的內加熱等問題，提出了一種結構為陶瓷/金屬/金屬的加熱器保護材料。與鋅液接觸的陶瓷層為耐鋅腐蝕的陶瓷；中間金屬為固液雙相鋁基合金層，主要起連接陶瓷和金屬的作用同時吸收膨脹應力的作用；最內側金屬為不銹鋼，主要起放置發熱體和支撐陶瓷層的作用。
[0004]由于陶瓷材料與金屬材料化學鍵結構根本不同，加上陶瓷本身特殊的物理化學性能。因此，無論是與金屬連接還是陶瓷自身的連接都存在不少的特點與難點。陶瓷/金屬的連接有兩個主要問題需要解決，一是陶瓷與金屬的潤濕性問題；另一個是應力的緩解問題。目前，對于前一問題可以通過陶瓷金屬化或利用活性金屬元素加以解決，對于后一問題，通常采用添加中間層的方法。本發明采用添加中間層的方法使金屬與陶瓷進行連接，而中間層合金中含有增加陶瓷潤濕性的活性元素，利用本發明的中間合金能解決陶瓷與金屬的潤濕問題以及連接應力問題。

【發明內容】

[0005]為克服陶瓷金屬連接技術不足的問題，本發明提出了一種陶瓷與金屬連接用中間合金，該中間合金與SiC陶瓷具有良好的潤濕性，簡化了陶瓷/金屬連接時，陶瓷表面金屬化方法。該中間合金在500°C -600°C時以固液雙相形式存在，采用此中間合金，陶瓷/金屬連接操作簡單，且易實現大面積的連接。
[0006]本發明解決所述技術問題所采用的技術方案是，提供一種陶瓷與金屬連接用中間合金，其特征是所述中間合金由Al、T1、Cu、Si及Mg元素組成，其質量百分比組成是Ti，6-8% ；Cu,5-8% ；Si,5-30% ；Mg, 0.5-3% ；A1 為余量；該中間合金在 500°C _600°C使用溫度下為固液兩相，固相為高熔點相，液相為低熔點相，高熔點相的熔點為660-1000°C，低熔點相的熔點為380-460°C。
[0007]與現有技術相比，本發明采用Al-T1-Cu-S1-Mg中間合金對陶瓷/不銹鋼進行連接，鋁合金中引入活性元素T1、Cu、Mg、Si，能減小Al基合金對SiC陶瓷的潤濕角，提高陶瓷/金屬界面的結合強度，從根本上解決了金屬對陶瓷潤濕性的問題。本發明中間合金具有固液雙相，具有一定粘彈性，且與陶瓷層具有適度界面反應，能夠有效吸收和緩解陶瓷和金屬膨脹產生的應力，保護了脆性的陶瓷層，解決了層狀結構材料的復合協同變形問題。利用該中間合金制成陶瓷/中間合金/金屬的加熱器，在熱鍍鋅用內加熱器工作時(5000C -6000C )，具有良好的耐鋅液腐蝕性能，同時脆性也得到了有效抑制。該中間合金加入Mg后，顯著提高了中間合金對陶瓷的潤濕性能，實現了陶瓷與金屬的大面積連接，相對Al-T1-Cu-Si合金效果更好。由于該中間合金對陶瓷具有良好的潤濕性，突破了現有的化學鍍、電鍍、噴涂等陶瓷金屬化技術，大大縮短了流程周期。同時，中間合金無貴金屬，降低了成本，使其工業化成為可能。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明陶瓷與金屬連接用中間合金一種實施例使用溫度下的SEM圖；
[0009]圖2為本發明陶瓷與金屬連接用中間合金對SiC陶瓷的潤濕角測試圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合實施例及其附圖詳細描述本發明。實施例僅是對本發明技術方案的進一步說明，并不限制本發明權利要求的保護范圍。實施例中所用的方法如無特殊說明，均為常規方法。
[0011]本發明陶瓷與金屬連接用中間合金(簡稱中間合金或合金)由Al、T1、Cu、Si及Mg元素組成，其質量百分比組成是Ti，6-8% ；Cu,5-8% ；Si,5-30% ；Mg, 0.5-3% ；A1為余量；該中間合金在500°C -600°C使用溫度下為固液兩相，固相為高熔點相，液相為低熔點相，高熔點相的熔點為660-1000°C，低熔點相的熔點為380-460°C。
[0012]本發明的進一步特征在于所述中間合金中各組分的質量百分比是Ti，6-8% ;Cu，6-8% ；Si,6-20% ;Mg，0.8-2% ；A1 為余量。
[0013]本發明中間合金的制備方法是，將Al-Ti —起熔化成為合金溶液，再將S1、Cu，依次投入合金溶液中，邊投放邊攪拌直至全部融化，最后加入Mg，全部熔化后，在高于高熔點相熔點溫度50-200°C保溫半小時后，取出空冷，即得所述中間合金。
[0014]本發明中間合金在常溫下為固相，而在500°C _600°C使用溫度下為固液兩相；中間合金高熔點相的熔點為660-1000°C，低熔點相的熔點為380-460°C，通過調節添加組成元素T1、Cu、S1、Mg的含量，可調整中間合金的熔點、界面反應相和相組成。本發明中間合金中Al為主要元素，因此，該合金可稱為鋁基合金。
[0015]實施例1
[0016]本實施例的中間合金的具體成分為:Ti，7.5% ；Cu,5% ；Si,5% ；Mg, 0.8% ；A1為余量。按照上述制備方法將稱量好的Al-Ti 二元合金放入石墨坩禍中，然后將坩禍置于高溫箱式爐內加熱至熔化，再將按比例稱量好的高熔點的Si塊、Cu片依次投放入合金溶液中，邊投放邊攪拌直至全部融化，最后放入Mg塊，把Mg塊壓入溶液內使其不能浮出液面，以防止鎂燃燒和氧化，待Mg塊熔化完，再將坩禍放回箱式爐900°C保溫半小時后取出空冷即得鋁基中間合金。該合金在常溫下為固態，從圖1的電鏡圖中可以看出，在500°C-60(TC使用溫度下為固液兩相，通過計算得到固相占整個合金的體積分數為85%。實施例2
[0017]本實施例中間合金的具體成分為:Ti，8% ；Cu,8% ；Si,30% ;Mg，3%，Al為余量。按照上述制備方法將稱量好的Al-Ti 二元合金放入石墨坩禍中，然后將坩禍置于高溫箱式爐內加熱到1200°C熔化，再將按比例稱量好的高熔點的Si塊、Cu片依次投放入合金溶液中，邊投放邊攪拌直至全部融化，最后投入Mg塊，把Mg塊壓入溶液內使其不能浮出液面，以防止鎂燃燒和氧化，待Mg塊熔化完，再將坩禍放回箱式爐1000°C保溫半小時后取出空冷即得鋁基合金。
[0018]實施例3
[0019]本實施例中間合金的具體成分為:Ti，6% ；Cu,6% ；Si,6% ；Mg, 1.5% ,Al為余量。按照上述制備方法將稱量好的Al-Ti 二元合金放入石墨坩禍中，然后將坩禍置于高溫箱式爐內加熱到1200°C熔化，再將