一种SiC陶瓷的连接方法及SiC陶瓷连接体与流程

本发明涉及非氧化物陶瓷连接，尤其涉及一种sic陶瓷的连接方法及sic陶瓷连接体。

背景技术：

1、sic陶瓷是一种具有高硬度、高热稳定性、优秀的耐腐蚀性、高耐磨性及抗热震性的陶瓷材料，在5g通信、国防军工、新能源汽车等领域产生了广泛的应用。由于sic陶瓷材料高硬度和高脆性的特点，陶瓷的复杂构型部件及大尺寸部件加工难度较大，且加工费用较高。为了有效降低陶瓷的加工成本及设备要求，在加工复杂构型部件或大尺寸异形件时，通常将部件分割成简单形状，再将零部件连接组装起来，以满足使用需求。sic陶瓷主要有机械连接、钎焊连接、纳米浸渍瞬态共晶相(nite)连接、玻璃相连接、陶瓷前驱体连接等连接工艺，不同的方法各有工艺上的优势。这些技术中的大多数都是基于陶瓷通过金属钎焊进行连接，或者通过氧化物和氮氧化物与陶瓷进行连接，钎焊接头与陶瓷的热膨胀系数不同，陶瓷将应力集中在接头区域，因此连接性能不稳定。相比于其他连接工艺，陶瓷前驱体连接工艺主要通过前驱体聚合烧结后完成连接，温度低，工艺简单、对设备要求较低。

2、目前在sic陶瓷前驱体连接工艺中，聚碳硅烷、聚硅氧烷、聚硅氮烷是目前主要的陶瓷前驱体材料，应用较为广泛，但是整体的连接性能提高的空间有限，原因是陶瓷前驱体聚合物在高温裂解陶瓷化的过程中会有大量气体和小分子产生并逸出，这使得连接层有效陶瓷前驱体中会形成大量孔洞裂纹等缺陷，从而影响到连接性能。

3、因此，亟需一种sic陶瓷的连接方法及sic陶瓷连接体以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种sic陶瓷的连接方法及sic陶瓷连接体，用于改善现有sic陶瓷连接体因存在大量孔洞裂纹等缺陷导致平均剪切强度较低的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明首先提供了一种sic陶瓷的连接方法，包括以下步骤：

3、s10，将陶瓷前驱体、有机溶剂、无机填料以及催化剂混合后并快速搅拌，得到前驱体粘接剂；

4、s20，将前驱体粘接剂涂抹于相邻两个sic陶瓷的对接面之间，形成三明治连接结构；

5、s30，对三明治连接结构进行第一次热处理，使前驱体粘接剂完全交联固化，形成紧密连接在相邻两个sic陶瓷之间的连接层；

6、s40，将硅颗粒完全包裹于连接层的四周，并对连接层进行第二次热处理，使熔融状态的硅颗粒渗透至连接层的孔隙内。

7、优选地，s10步骤具体包括：

8、s101，将陶瓷前驱体在有机溶剂中溶解，并与无机填料混合，经第一次快速搅拌后得到第一固体胶料；

9、s102，将第一固体胶料与催化剂混合，经第二次快速搅拌后得到前驱体粘接剂。

10、优选地，陶瓷前驱体包括聚甲基氢硅氧烷、乙烯基聚硅氮烷、聚碳甲基硅烷中的任意一种；有机溶剂包括油酸以及二甲苯中的任意一种；无机填料选用粒度范围为20～50μm的α-sic粉末；催化剂包括过氧化二异苯丙。

11、优选地，前驱体粘接剂中，陶瓷前驱体的质量百分浓度范围为30～45wt％，无机填料的质量百分浓度范围为30～50wt％，有机溶剂的质量百分浓度范围为5～40wt％，催化剂的质量百分浓度范围为陶瓷前驱体的5～15wt％。

12、优选地，进行s20步骤之前还包括：

13、s201，对两个sic陶瓷的对接面分别进行打磨抛光处理。

14、优选地，s30步骤具体包括：

15、s301，将三明治连接结构放入100～200℃的n2气氛炉中加热20～40min，使前驱体粘接剂完全交联固化，形成紧密连接在相邻两个sic陶瓷之间的连接层，其中，n2流速为0.1l/min。

16、优选地，s40步骤具体包括：

17、s401，将硅颗粒完全包裹于连接层的四周，并放入真空炉进行热处理，以使熔融状态的所述硅颗粒渗透至所述连接层的孔隙内，其中，真空炉的升温速率为1～2℃/min，真空炉内的温度范围为1200～1450℃，热处理时间范围为1～2h；

18、s402，将真空炉缓慢降温至室温，降温速率为2～5℃/min，以得到sic陶瓷连接体。

19、优选地，经过s40步骤处理后的连接层的厚度范围为310～420μm，经过s40步骤处理后的三明治连接结构的平均剪切强度大于40mpa。

20、相应地，本发明还提供一种sic陶瓷连接体，包括相适配的两个sic陶瓷；相邻两个sic陶瓷的对接面之间采用如上任一项的sic陶瓷的连接方法连接为一体。

21、优选地，sic陶瓷连接体还包括用于连接两个sic陶瓷的连接层，连接层的厚度范围为310～420μm，sic陶瓷连接体的平均剪切强度大于40mpa。

22、本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种sic陶瓷的连接方法及sic陶瓷连接体，连接方法包括以下步骤：首先将陶瓷前驱体、有机溶剂、无机填料以及催化剂混合后并快速搅拌，得到前驱体粘接剂，其次，将前驱体粘接剂涂抹于相邻两个sic陶瓷的对接面之间，形成三明治连接结构，再次，对三明治连接结构进行第一次热处理，使前驱体粘接剂完全交联固化，形成紧密连接在相邻两个sic陶瓷之间的连接层，最后，将硅颗粒完全包裹于连接层的四周，并对连接层进行第二次热处理，使熔融状态的硅颗粒渗透至连接层的孔隙内；本发明首先在前驱体粘接剂中添加了无机填料，这对抑制连接层成型过程中气泡产生，抑制高温下连接层的收缩率，降低连接层的孔隙率有着至关重要的作用，之后，本发明还对经过固化完成后的连接层进行熔融硅渗透处理，进一步加强连接层的力学强度，同时完美填充连接层的孔隙，使得连接层致密且牢固。

技术特征：

1.一种sic陶瓷的连接方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的sic陶瓷的连接方法，其特征在于，所述s10步骤具体包括：

3.根据权利要求2所述的sic陶瓷的连接方法，其特征在于，所述s10步骤中，所述陶瓷前驱体包括聚甲基氢硅氧烷、乙烯基聚硅氮烷、聚碳甲基硅烷中的任意一种；所述有机溶剂包括油酸以及二甲苯中的任意一种；所述无机填料选用粒度范围为20～50μm的α-sic粉末；所述催化剂包括过氧化二异苯丙。

4.根据权利要求3所述的sic陶瓷的连接方法，其特征在于，所述前驱体粘接剂中，所述陶瓷前驱体的质量百分浓度范围为30～45wt％，所述无机填料的质量百分浓度范围为30～50wt％，所述有机溶剂的质量百分浓度范围为5～40wt％，所述催化剂的质量百分浓度范围为所述陶瓷前驱体的5～15wt％。

5.根据权利要求1所述的sic陶瓷的连接方法，其特征在于，进行所述s20步骤之前还包括：

6.根据权利要求1所述的sic陶瓷的连接方法，其特征在于，所述s30步骤具体包括：

7.根据权利要求1所述的sic陶瓷的连接方法，其特征在于，所述s40步骤具体包括：

8.根据权利要求1所述的sic陶瓷的连接方法，其特征在于，经过所述s40步骤处理后的所述连接层的厚度范围为310～420μm，经过所述s40步骤处理后的所述三明治连接结构的平均剪切强度大于40mpa。

9.一种sic陶瓷连接体，其特征在于，包括相适配的两个sic陶瓷；相邻两个sic陶瓷的对接面之间采用权利要求18任一项所述的sic陶瓷的连接方法连接为一体。

10.根据权利要求9所述的sic陶瓷连接体，其特征在于，所述sic陶瓷连接体还包括用于连接两个所述sic陶瓷的连接层，所述连接层的厚度范围为310～420μm，所述sic陶瓷连接体的平均剪切强度大于40mpa。

技术总结本发明提供了一种SiC陶瓷的连接方法及SiC陶瓷连接体，连接方法包括以下步骤：首先将陶瓷前驱体、有机溶剂、无机填料以及催化剂混合后并快速搅拌，得到前驱体粘接剂，其次，将前驱体粘接剂涂抹于相邻两个SiC陶瓷的对接面之间，形成三明治连接结构，再次，对三明治连接结构进行第一次热处理，使前驱体粘接剂完全交联固化，形成紧密连接在相邻两个SiC陶瓷之间的连接层，最后，将硅颗粒完全包裹于连接层的四周，并对连接层进行第二次热处理，使熔融状态的硅颗粒渗透至连接层的孔隙内；本发明首先在前驱体粘接剂中添加了SiC无机填料，并对经过固化完成后的连接层进行熔融硅渗透处理，完美填充连接层的孔隙，使得连接层致密且牢固。技术研发人员：金在绿,李濬卓,余金,李蓝玲,郑兵,柯会受保护的技术使用者：吉盛微（武汉）新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18