三維結(jié)構(gòu)石墨烯復(fù)合中間層輔助釬焊的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料焊接領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]材料釬焊過程中主要面臨以下兩大難題。首先，材料之間熱膨脹系數(shù)差異大，釬焊的過程中接頭極易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。殘余應(yīng)力會(huì)嚴(yán)重削弱接頭的力學(xué)性能，甚至導(dǎo)致已經(jīng)連接好的接頭發(fā)生破壞。目前，可以通過優(yōu)選釬料以及調(diào)整釬焊中間層結(jié)構(gòu)來緩解接頭殘余應(yīng)力，改善釬焊接頭性能。其次，不同材料表面和釬料的潤(rùn)濕差異較大，進(jìn)而產(chǎn)生界面反應(yīng)不充分以及反應(yīng)層不連續(xù)等問題均會(huì)對(duì)接頭性能產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。石墨烯，通常指單層石墨烯，是由SP2雜化的碳原子通過六邊形鏈接得到的具有共軛結(jié)構(gòu)的二維納米碳材料，可以看作是石墨的一層。石墨烯許多獨(dú)特的性能，由于密度低、強(qiáng)度高、彈性模量高等特點(diǎn)，是一種最為理想的材料增強(qiáng)體。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決現(xiàn)有釬焊的過程中接頭極易產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力而導(dǎo)致釬焊接頭力學(xué)性能差的問題，而提供三維結(jié)構(gòu)石墨烯復(fù)合中間層輔助釬焊的方法。
[0004]三維結(jié)構(gòu)石墨烯復(fù)合中間層輔助釬焊的方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0005]一、將泡沫金屬用丙酮超聲預(yù)處理1min?20min，得到表面去除雜質(zhì)的泡沫金屬；
[0006]所述的泡沫金屬為泡沫Ni或泡沫Cu ；
[0007]二、將表面去除雜質(zhì)的泡沫金屬置于化學(xué)氣相沉積裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為20Pa以下，通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣氣體流量為1sccm?50sccm，調(diào)節(jié)化學(xué)氣相沉積裝置中壓強(qiáng)為50Pa?300Pa，并在壓強(qiáng)為50Pa?300Pa和氬氣氣氛下，將溫度升溫至為800°C?1200°C;
[0008]三、通入甲燒，調(diào)節(jié)甲燒的氣體流量為5sccm?40sccm，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為60sccm?95sccm，調(diào)節(jié)化學(xué)氣相沉積裝置中壓強(qiáng)為200Pa?800Pa，然后在壓強(qiáng)為200Pa?SOOPa和溫度為800°C?1000°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為5min?35min，沉積結(jié)束后，關(guān)閉加熱電源，停止通入甲烷，在氬氣氣氛下，以冷卻速度為5°C /min?30°C /min將溫度冷卻至室溫，即得到三維結(jié)構(gòu)石墨烯金屬?gòu)?fù)合中間層；
[0009]所述的甲烷與氬氣的氣體流量的總和為10sccm;
[0010]四、將三維結(jié)構(gòu)石墨烯金屬?gòu)?fù)合中間層置于兩個(gè)待焊接材料之間，然后將釬料置于三維結(jié)構(gòu)石墨烯金屬?gòu)?fù)合中間層和兩個(gè)待焊接材料的待焊接面之間，并放置于真空釬焊爐中，對(duì)真空釬焊爐抽真空，然后在溫度為500°C?1200°C下保溫2min?30min，最后以降溫速度為2V /min?30°C /min將溫度由500°C?1200°C冷卻至室溫，即完成三維結(jié)構(gòu)石墨烯復(fù)合中間層輔助釬焊過程。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]1、本發(fā)明采用化學(xué)氣相沉積CVD方法，在泡沫Cu或泡沫Ni上制備三維結(jié)構(gòu)石墨烯復(fù)合中間層，可以通過改變沉積時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)控制石墨烯的生長(zhǎng)，操作簡(jiǎn)單且重復(fù)性強(qiáng)。
[0013]2、本發(fā)明利用三維結(jié)構(gòu)石墨烯，可以改善石墨烯在釬料中的分散性，降低釬料熱膨脹系數(shù)，緩解接頭內(nèi)的應(yīng)力，有利于提高釬焊接頭性能。
[0014]3、本發(fā)明使利用三維結(jié)構(gòu)石墨烯，可以避免傳統(tǒng)方法制備的石墨烯在釬縫中團(tuán)聚，利用三維結(jié)構(gòu)基底可以明顯地改善石墨烯的分散情況，進(jìn)而充分發(fā)揮石墨烯的優(yōu)異性能，提高釬焊接頭的整體性能。
[0015]4、本發(fā)明采用的CVD方法簡(jiǎn)單，高效，便于大批量制備復(fù)合中間層。
[0016]本發(fā)明用于三維結(jié)構(gòu)石墨烯復(fù)合中間層輔助釬焊的方法。
【附圖說明】
[0017]圖1為實(shí)施例步驟三制備的三維結(jié)構(gòu)石墨烯金屬?gòu)?fù)合中間層的掃描電鏡圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】之間的任意組合。
[0019]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式所述的三維結(jié)構(gòu)石墨烯復(fù)合中間層輔助釬焊的方法，具體是按照以下步驟進(jìn)行的:
[0020]一、將泡沫金屬用丙酮超聲預(yù)處理1min?20min，得到表面去除雜質(zhì)的泡沫金屬；
[0021 ] 所述的泡沫金屬為泡沫Ni或泡沫Cu ；
[0022]二、將表面去除雜質(zhì)的泡沫金屬置于化學(xué)氣相沉積裝置中，抽真空至壓強(qiáng)為20Pa以下，通入氬氣，調(diào)節(jié)氬氣氣體流量為1sccm?50sccm，調(diào)節(jié)化學(xué)氣相沉積裝置中壓強(qiáng)為50Pa?300Pa，并在壓強(qiáng)為50Pa?300Pa和氬氣氣氛下，將溫度升溫至為800°C?1200°C;
[0023]三、通入甲燒，調(diào)節(jié)甲燒的氣體流量為5sccm?40sccm，調(diào)節(jié)氬氣的氣體流量為60sccm?95sccm，調(diào)節(jié)化學(xué)氣相沉積裝置中壓強(qiáng)為200Pa?800Pa，然后在壓強(qiáng)為200Pa?SOOPa和溫度為800°C?1000°C的條件下進(jìn)行沉積，沉積時(shí)間為5min?35min，沉積結(jié)束后，關(guān)閉加熱電源，停止通入甲烷，在氬氣氣氛下，以冷卻速度為5°C /min?30°C /min將溫度冷卻至室溫，即得到三維結(jié)構(gòu)石墨烯金屬?gòu)?fù)合中間層；
[0024]所述的甲烷與氬氣的氣體流量的總和為10sccm;
[0025]四、將三維結(jié)構(gòu)石墨烯金屬?gòu)?fù)合中間層置于兩個(gè)待焊接材料之間，然后將釬料置于三維結(jié)構(gòu)石墨烯金屬?gòu)?fù)合中間層和兩個(gè)待焊接材料的待焊接面之間，并放置于真空釬焊爐中，對(duì)真空釬焊爐抽真空，然后在溫度為500°C?1200°C下保溫2min?30min，最后以降溫速度為2V /min?30°C /min將溫度由500°C?1200°C冷卻至室溫，即完成三維結(jié)構(gòu)石墨烯復(fù)合中間層輔助釬焊過程。
[0026]本【具體實(shí)施方式】步驟三中所述的三維結(jié)構(gòu)石墨烯金屬?gòu)?fù)合中間層即在泡沫金屬表面形成三維結(jié)構(gòu)石墨烯。
[0027]復(fù)合釬料中間層是原始釬料體系中直接添加或利用在釬焊過程中反應(yīng)形成低熱膨脹系數(shù)、高彈性模量的增強(qiáng)相，實(shí)現(xiàn)對(duì)釬焊接頭的復(fù)合化設(shè)計(jì)。采用復(fù)合中間層的方法來連接同種材料或異種材料，這種方法既完全抑制脆性化合物的形成和獲得軟性固溶體組織，又改變?cè)鰪?qiáng)相的添加量調(diào)控接頭中間層組織的熱膨脹系數(shù)和彈性模量，在材料界面形成熱膨脹系數(shù)可調(diào)的界組織，有利于以降低釬料熱膨脹系數(shù)，緩解接頭內(nèi)的應(yīng)力。
[0028]本實(shí)施方式三維結(jié)構(gòu)石墨烯復(fù)合中間層輔助釬焊的方法的原理是:利用化學(xué)氣相沉積(CVD)方法制備三維結(jié)構(gòu)石墨烯復(fù)合中間層，然后利用復(fù)合中間層進(jìn)行輔助釬焊。利用三維結(jié)構(gòu)石墨烯，改善石墨烯在釬料中的分散性，緩解釬焊過程中界面的殘余應(yīng)力，提高釬焊接頭的整體性能。
[0029]本實(shí)施方式的有益效果是:
[0030]1、本實(shí)施方式采用化學(xué)氣相沉積CVD方法，在泡沫Cu或泡沫Ni上制備三維結(jié)構(gòu)石墨烯復(fù)合中間層，可以通過改變沉積時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)控制石墨烯的生長(zhǎng)，操作簡(jiǎn)單且重復(fù)性強(qiáng)。
[0031]2、本實(shí)施方式利用三維結(jié)構(gòu)石墨烯，可以改善石墨烯在釬料中的分散性，降低釬料熱膨脹系數(shù)，緩解接頭內(nèi)的應(yīng)力，有利于提高釬焊接頭性能。
[0032]3、本實(shí)施方式使利用三維結(jié)構(gòu)石墨烯，可以避免傳統(tǒng)片層的石墨烯在釬縫中團(tuán)聚，利用三維結(jié)構(gòu)基底可以明顯地改善石墨烯的分散情況，進(jìn)而充分發(fā)揮石墨烯的優(yōu)異性能，提高釬焊接頭的整體性能。
[0033]4、本實(shí)施方式采用的CVD方法簡(jiǎn)單，高效，便于大批量制備復(fù)合中間層。
[0034]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:步驟四中所述的待焊接材料為金屬材料或陶瓷材料；所述的待焊接材料用砂紙打磨，然后在丙酮中超聲預(yù)處理5min?lOmin。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同的是:步驟四中所述的釬料為AgCuTi釬料或TiNi釬料。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:步驟二中將