[發明專利]一種陶瓷基纖維編織復合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法

有效

• 申請號: 201210051583.1
• 申請日: 2012-03-01
• 公開（公告）號: CN102584312A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 張麗霞;張俊杰;亓鈞雷;張大磊;曹健;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B37/02
• 分類號: C04B37/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及纖維編織復合材料與金屬材料的釬焊方法。

背景技術

陶瓷基纖維編織復合材料因其優異的性能，在航天、航空、汽車等領域中的應用十分廣泛。隨著應用的不斷拓展，陶瓷基纖維編織復合材料與金屬材料之間的連接逐漸成為制約材料使用的關鍵問題。在目前的工程應用中，膠接、機械連接、焊接為材料連接的主要方式。膠接存在粘接劑老化失效和耐高溫性能差的問題，機械連接會給結構增加額外的重量，同時很多復合材料難以進行機械加工。釬焊連接具有接頭強度高、密封性好、工藝簡單等優點，因此在材料的連接領域具有廣泛的應用。但是由于陶瓷基纖維編織復合材料與金屬材料之間的物理化學性質的巨大差異，釬焊的過程中接頭極易產生較大的熱應力，且陶瓷基纖維編織復合材料側釬料不易潤濕難以形成冶金結合，使得采用普通釬焊連接復合材料與金屬材料的強度偏低。

發明內容

本發明要解決現有的陶瓷基纖維編織復合材料與金屬材料釬焊過程中，釬料對復合材料表面潤濕性差，陶瓷基纖維編織復合材料與金屬材料連接的接頭強度低的問題，而提供一種陶瓷基纖維編織復合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法。

本發明一種陶瓷基纖維編織復合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法按以下步驟進行：

一、將陶瓷基纖維編織復合材料浸入濃度為0.05mol/L～0.15mol/L的鐵基或鎳基催化劑溶液中，3～10min后將陶瓷基纖維編織復合材料提出并在大氣環境中晾置4～6h，得到表面附著一層催化劑顆粒的陶瓷基纖維編織復合材料；

二、a、將步驟一得到的表面附著一層催化劑顆粒的陶瓷基纖維編織復合材料置于等離子體增強化學氣相沉積設備的反應室中，抽真空至反應室真空度低于10Pa后，通入H₂至反應室壓強為50～500Pa；b、將反應室溫度升至750℃～900℃后通入CH₄，調節H₂和CH₄的流量，使反應室壓強為700Pa；c、打開沉積系統射頻電源，反應5～20min后關閉加熱和射頻電源，停止通入CH₄，繼續通入H₂，使反應室內壓強為50～500Pa，冷卻至室溫得到表面生長有碳納米管的陶瓷基纖維編織復合材料；

三、在步驟二得到的表面生長有碳納米管的陶瓷基纖維編織復合材料與金屬材料的預連接面之間放入釬料箔片并將其置于真空釬焊爐中，在800～950℃下保溫5～20min，然后以3～10℃/min的速度冷卻至室溫，得到陶瓷基纖維編織復合材料與金屬材料的連接體。

碳納米管是由石墨烯層卷制而成的管狀納米材料，具有高強度、高彈性模量、低的密度和熱膨脹系數等優異特性，其強度可達鋼材料的6倍，但密度只有鋼材料的1/6。由于碳納米管優良的力學、熱學性能，碳納米管被認為是復合材料領域理想的增強體之一，常用其來增強復合材料強度和彈性模量。目前，碳納米管增強鋁基、鈦基和銅基等復合材料方面已經取得了一定進展。因此，可以在釬焊中應用碳納米管改善陶瓷基纖維編織復合材料表面焊接狀態，緩解釬焊接頭熱應力，從而提高釬焊接頭強度。

本發明一種陶瓷基纖維編織復合材料與金屬材料的碳納米管輔助釬焊方法的原理為：在表面粗糙的陶瓷基纖維編織復合材料表面生長碳納米管，碳納米管在纖維表面、基體表面、纖維之間和纖維與基體之間的空隙中生長，使得疏松的材料表面變得致密。生長后復合材料表面狀態得到改善，常用活性釬料如AgCuTi可以在生長碳納米管后的復合材料表面潤濕鋪展。在用AgCuTi釬料進行釬焊連接，液態釬料可以更好地在復合材料表面鋪展，并且能夠滲入材料表面的空隙當中，產生釘扎效應，同時釬焊過程中液態釬料與碳納米管層可形成復合層，由于碳納米管的高強度、高彈性模量以及低密度和低熱膨脹系數等特性，可以在金屬材料與復合材料之間形成過渡層，使得金屬與復合材料之間由于熱膨脹系數差異大而產生的熱應力得到有效地緩解，從而提高接頭整體的強度。