一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法
专利名称：一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法
技术领域：
本发明属于陶瓷与陶瓷连接技术领域，特别是涉及一种氧化锆增韧莫来 石陶瓷的微波连接方法。
背景技术：
氧化锆增韧莫来石(ZTM)陶瓷具有一定的常温韧性、耐高温蠕变、抗高 温氧化，尤其是130(TC附近出现高温强度"起跳"的特性特点，是很多1300 'C附近环境温度使用构件的最佳选材。在某些特殊场合，需将ZTM陶瓷制备 成长管状构件，如冶金热札长轧辊或高温金属液体输送管道。现有陶瓷成型 和烧结技术，不能满足超过一定长度陶瓷构件的制备，常需借助类似金属焊 接技术的陶瓷连接技术才能够实现超长、大尺寸或复杂形状陶瓷构件的制备。 现有各种陶瓷连接技术一般都需将构件和连接面同时加热才能实现陶瓷构件 连接的目的，耗能耗时，连接的尺寸仍具有局限性。
发明内容
为克服上述技术背景中的不足，本发明提出一种氧化锆增韧莫来石陶瓷 的微波连接方法，利用金属和非氧化物陶瓷氧化形成氧化物陶瓷相的特点， 以及微波对不同组分的选择性加热特性，实现ZTM陶瓷的接点处局部微波加 热焊接，为超长ZTM构件的制备提供低成本高效制备技术。
本发明通过如下方法实现采用含金属Al、 SiC、 Al力3和Zr02组分的连 接层组成，制备成膏状涂抹在连接界面，通过界面部位施加微波加热，可实 现界面处具有和ZTM相近组成的高强度连接。
在上述方法中，连接层初始组成的重量比例为Al: SiC: A1203: Zr02= (10—20 ): ( 30-50 ): (0-20): ( 10—30 )。
在上述方法中，SiC组分的粒度为0. 05-1.2jam。
在上述方法中，Al组分的粒度为l-2nm。 在上述方法中，人1203组分的粒度为0. 1-0. 8ym。 在上述方法中，Zr02组分的粒度为0. 02-0. 5pm。
在上述方法中，连接组成混合调制成膏状通过加入聚乙烯醇和磷酸二氢 铝的水溶液实现。
本发明提出的一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法的积极效果在 于可实现连接层附近组分的选择性加热连接，且连接层具有和被连接体相 同和相近的组成。
其技术原理为金属Al在600左右熔融可适于连接界面处凹凸不平处的 充填，随后发生氧化反应生成Ah03组分，并伴随体积膨胀；SiC在600-900 'C氧化形成Si02,也伴随体积膨胀效应；上述两种氧化反应的体积膨胀效应利 于界面层的致密和消除缺陷，同时二者的氧化产物A1A和Si02在130(TC形 成莫来石；调整原始组分含量可使连接层烧结后组分与被连接ZTM组分相同 或相近；尤其重要的是，原始组成中的SiC具有常温吸收微波的特性，可使 中间连接层在微波作用下迅速先于被连接体加热，而50(TC以前，氧化物吸 收微波较弱，SiC氧化后，连接层已达到50(TC以上，启动氧化物吸收微波而 被不断加热实现连接层的致密化连接；而ZTM被连接体由于缺少SiC的微波 启动作用，微波吸收效果差， 一直不能被加热到高温。由上述方案连接成的 ZTM构件，连接界面处具有和被连接体相近甚至高于被连接体的连接强度。
具体实施方式
实施例1:
釆用20wt。/。平均粒度为1. 5 jum的金属Al、35wt。/。平均粒度0. 08 jam的SiC、 15 wty。平均粒度0. 5 jum的A1203、 30wt。/。平均粒度0. 2 的氧化锆，加5wt°/。 浓度的聚乙烯醇水溶液占总重量的8wt%、磷酸二氢销占总重量的2wt。/。，均勻 研磨成膏状，涂抹于两块ZTM陶瓷被连接表面，将两块ZTM陶瓷靠聚乙烯醇
和磷酸二氢铝的作用在室温下连接，自然干燥后，置于微波场中，施加3kw
功率作用0.5小时，可使连接层温度达到150(TC实现成功连接，连接强度 430MPa。
实施例2:
釆用20w"/。平均粒度为1. 5jum的金属Al、50wty。平均粒度0. 08jum的SiC、 30w"/。平均粒度0. 2 jum的氧化锆，加5wty。浓度的聚乙烯醇水溶液占总重量的 6wt%、磷酸二氢钼占总重量的2wty。，均匀研磨成膏状，涂抹于两块ZTM陶瓷 被连接表面，将两块ZTM陶瓷靠聚乙烯醇和磷酸二氢铝的作用在室温下连接， 自然干燥后，置于微波场中，施加lkw功率作用0.5小时，可使连接层温度 达到1200C实现成功连接,连接强度31函Pa。
权利要求
1、一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，其特征在于，采用含金属Al、SiC、Al2O3和ZrO2组分的连接层组成，制备成膏状涂抹在连接界面，通过界面部位施加微波加热，可实现界面处具有和ZTM相近组成的高强度连接。
2、 根据权利要求1所述一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，其 特征在于，连接层初始组成的重量比例为Al: SiC: A1203: ZrO尸(10-20):(30—50 ): (0—20): ( 10—30 )。
3、 根据权利要求l所述一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，其 特征在于，SiC组分的粒度为0.05-1. 2 iam。
4、 根据权利要求l所述一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，其 特征在于，人1203组分的粒度为0.1-0. 8 jum。
5、 根据权利要求l所述一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，其 特征在于，Zr02组分的粒度为0.02-0.5jum。
6、 根据权利要求1所述一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法， 其特征在于，连接组成混合调制成膏状通过加入聚乙烯醇和磷酸二氢铝的水 溶液实现。
全文摘要
本发明涉及一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，该方法采用含金属Al、SiC、Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>和ZrO<sub>2</sub>组分的连接层组成，制备成膏状涂抹在连接界面，通过界面部位施加微波加热，可实现界面处具有和ZTM相近组成的高强度连接。
文档编号C04B37/00GK101186518SQ20071015104
公开日2008年5月28日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者刘家臣, 海 徐, 杜海燕, 亮 陈 申请人:天津大学
技术领域：
本发明属于陶瓷与陶瓷连接技术领域，特别是涉及一种氧化锆增韧莫来 石陶瓷的微波连接方法。
背景技术：
氧化锆增韧莫来石(ZTM)陶瓷具有一定的常温韧性、耐高温蠕变、抗高 温氧化，尤其是130(TC附近出现高温强度"起跳"的特性特点，是很多1300 'C附近环境温度使用构件的最佳选材。在某些特殊场合，需将ZTM陶瓷制备 成长管状构件，如冶金热札长轧辊或高温金属液体输送管道。现有陶瓷成型 和烧结技术，不能满足超过一定长度陶瓷构件的制备，常需借助类似金属焊 接技术的陶瓷连接技术才能够实现超长、大尺寸或复杂形状陶瓷构件的制备。 现有各种陶瓷连接技术一般都需将构件和连接面同时加热才能实现陶瓷构件 连接的目的，耗能耗时，连接的尺寸仍具有局限性。
发明内容
为克服上述技术背景中的不足，本发明提出一种氧化锆增韧莫来石陶瓷 的微波连接方法，利用金属和非氧化物陶瓷氧化形成氧化物陶瓷相的特点， 以及微波对不同组分的选择性加热特性，实现ZTM陶瓷的接点处局部微波加 热焊接，为超长ZTM构件的制备提供低成本高效制备技术。
本发明通过如下方法实现采用含金属Al、 SiC、 Al力3和Zr02组分的连 接层组成，制备成膏状涂抹在连接界面，通过界面部位施加微波加热，可实 现界面处具有和ZTM相近组成的高强度连接。
在上述方法中，连接层初始组成的重量比例为Al: SiC: A1203: Zr02= (10—20 ): ( 30-50 ): (0-20): ( 10—30 )。
在上述方法中，SiC组分的粒度为0. 05-1.2jam。
在上述方法中，Al组分的粒度为l-2nm。 在上述方法中，人1203组分的粒度为0. 1-0. 8ym。 在上述方法中，Zr02组分的粒度为0. 02-0. 5pm。
在上述方法中，连接组成混合调制成膏状通过加入聚乙烯醇和磷酸二氢 铝的水溶液实现。
本发明提出的一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法的积极效果在 于可实现连接层附近组分的选择性加热连接，且连接层具有和被连接体相 同和相近的组成。
其技术原理为金属Al在600左右熔融可适于连接界面处凹凸不平处的 充填，随后发生氧化反应生成Ah03组分，并伴随体积膨胀；SiC在600-900 'C氧化形成Si02,也伴随体积膨胀效应；上述两种氧化反应的体积膨胀效应利 于界面层的致密和消除缺陷，同时二者的氧化产物A1A和Si02在130(TC形 成莫来石；调整原始组分含量可使连接层烧结后组分与被连接ZTM组分相同 或相近；尤其重要的是，原始组成中的SiC具有常温吸收微波的特性，可使 中间连接层在微波作用下迅速先于被连接体加热，而50(TC以前，氧化物吸 收微波较弱，SiC氧化后，连接层已达到50(TC以上，启动氧化物吸收微波而 被不断加热实现连接层的致密化连接；而ZTM被连接体由于缺少SiC的微波 启动作用，微波吸收效果差， 一直不能被加热到高温。由上述方案连接成的 ZTM构件，连接界面处具有和被连接体相近甚至高于被连接体的连接强度。
具体实施方式
实施例1:
釆用20wt。/。平均粒度为1. 5 jum的金属Al、35wt。/。平均粒度0. 08 jam的SiC、 15 wty。平均粒度0. 5 jum的A1203、 30wt。/。平均粒度0. 2 的氧化锆，加5wt°/。 浓度的聚乙烯醇水溶液占总重量的8wt%、磷酸二氢销占总重量的2wt。/。，均勻 研磨成膏状，涂抹于两块ZTM陶瓷被连接表面，将两块ZTM陶瓷靠聚乙烯醇
和磷酸二氢铝的作用在室温下连接，自然干燥后，置于微波场中，施加3kw
功率作用0.5小时，可使连接层温度达到150(TC实现成功连接，连接强度 430MPa。
实施例2:
釆用20w"/。平均粒度为1. 5jum的金属Al、50wty。平均粒度0. 08jum的SiC、 30w"/。平均粒度0. 2 jum的氧化锆，加5wty。浓度的聚乙烯醇水溶液占总重量的 6wt%、磷酸二氢钼占总重量的2wty。，均匀研磨成膏状，涂抹于两块ZTM陶瓷 被连接表面，将两块ZTM陶瓷靠聚乙烯醇和磷酸二氢铝的作用在室温下连接， 自然干燥后，置于微波场中，施加lkw功率作用0.5小时，可使连接层温度 达到1200C实现成功连接,连接强度31函Pa。
权利要求
1、一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，其特征在于，采用含金属Al、SiC、Al2O3和ZrO2组分的连接层组成，制备成膏状涂抹在连接界面，通过界面部位施加微波加热，可实现界面处具有和ZTM相近组成的高强度连接。
2、 根据权利要求1所述一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，其 特征在于，连接层初始组成的重量比例为Al: SiC: A1203: ZrO尸(10-20):(30—50 ): (0—20): ( 10—30 )。
3、 根据权利要求l所述一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，其 特征在于，SiC组分的粒度为0.05-1. 2 iam。
4、 根据权利要求l所述一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，其 特征在于，人1203组分的粒度为0.1-0. 8 jum。
5、 根据权利要求l所述一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，其 特征在于，Zr02组分的粒度为0.02-0.5jum。
6、 根据权利要求1所述一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法， 其特征在于，连接组成混合调制成膏状通过加入聚乙烯醇和磷酸二氢铝的水 溶液实现。
全文摘要
本发明涉及一种氧化锆增韧莫来石陶瓷的微波连接方法，该方法采用含金属Al、SiC、Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>和ZrO<sub>2</sub>组分的连接层组成，制备成膏状涂抹在连接界面，通过界面部位施加微波加热，可实现界面处具有和ZTM相近组成的高强度连接。
文档编号C04B37/00GK101186518SQ20071015104
公开日2008年5月28日 申请日期2007年12月14日 优先权日2007年12月14日
发明者刘家臣, 海 徐, 杜海燕, 亮 陈 申请人:天津大学
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