[發明專利]提高炭/炭復合材料—鋰鋁硅陶瓷接頭連接性能的方法

有效

• 申請號: 201310064735.6
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103232256A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 付前剛;彭晗;李賀軍;李克智;盧錦花
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種提高炭/炭復合材料—鋰鋁硅陶瓷接頭連接性能的方法，在炭/炭（C/C）復合材料與鋰鋁硅（LAS）陶瓷之間設計梯度連接層，以提高接頭連接性能的方法。

背景技術

LAS陶瓷由于具有獨特的高溫隱身性能，作為航空熱結構隱身構件使用具有極大的應用潛力，但由于其固有的脆性，在實際應用中極易斷裂。C/C復合材料具有高比強度，高溫力學性能優良等特點，是理想的高溫熱結構材料。若采用穩定可靠的連接技術，以碳化硅陶瓷–鎂鋁硅玻璃陶瓷（SiC–MAS）作為復合中間層，將C/C復合材料和LAS進行熱壓連接，進而得到C/C–LAS功能復合材料，既能充分利用LAS陶瓷的隱身功能性，又可發揮C/C復合材料優異的高溫承載能力，這種連接件有望在航空熱結構隱身構件中獲得應用。但是C/C復合材料和LAS陶瓷之間潤濕性差、熱膨脹系數不匹配等問題導致其連接強度較低。

在文獻1“The?preparation?and?mechanical?properties?of?carbon-carbon/lithium-aluminum--silicate?composite?joints.Ke-zhi?Li,Jie?Wang,Xiao-bin?Ren,He-jun?Li,Wei?Li,Zhao-qian?Li.Materials?and?Design,44(2013)346-353”文中通過SiC對C/C復合材料表面進行改性，以MAS作為連接層采用熱壓法制備C/C復合材料和LAS陶瓷接頭。SiC-MAS復合中間層的應用有效改善了C/C復合材料和LAS陶瓷的潤濕性問題。但是熱膨脹不匹配問題仍沒有得到有效解決。

文獻2“Joining?of?SiC?ceramic?to?Ni-based?superalloy?with?functionally?gradient?material?fillers?and?a?tungsten?intermediate?layer.Shujie?Li,Ying?Zhou,Huiping?Duan,Jianhui?Qiu,Yan?Zhang.Journal?of?Materials?Science,38(2003)4065–4070.”中用TiC-Ni釬料連接SiC陶瓷和Ni基高溫合金時，通過加入W薄片改善接頭中熱應力分布狀態，降低接近焊縫的陶瓷中的殘余熱應力，加入W中間層后接頭強度比未加時提高了25%。但是通過加入延展性良好的金屬中間層又會引入潤濕性差的問題，因此通過該方法緩解熱應力并不適合C/C復合材料和LAS陶瓷的連接。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種提高炭/炭復合材料—鋰鋁硅陶瓷接頭連接性能的方法，通過將連接層設計為梯度成分，緩解界面處熱應力，以實現接頭連接性能提高的方法。

技術方案

一種提高炭/炭復合材料—鋰鋁硅陶瓷接頭連接性能的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：稱取質量分數60～80%的Si，15～25%的C和5～15%的Al₂O₃粉料混合，置于聚四氟乙烯球磨罐中，混合后球磨2～4h并烘干，將制備的粉料裝入石墨坩堝；將C/C復合材料打磨拋光后清洗并烘干，包埋于粉料中，將石墨坩堝放入石墨為發熱體的熱壓真空反應爐中，以氬氣作為保護氣體，以5～10℃/min升溫速度將爐溫從室溫升至1800～2100℃，保溫1～3h；隨后關閉電源自然冷卻至室溫，得到帶有SiC過渡層的C/C復合材料；

步驟2：稱取質量百分比為10～20%的MgO粉，20～30%的Al₂O₃粉，45～55%的SiO₂粉，1～5%的BaO粉，1～5%的B₂O₃粉，1～5%TiO₂,的粉和1～5%的SbO₃粉，混合球磨2～4h后，裝入氧化鋁坩堝中置于1550～1650℃氧化爐中保溫2～3h，取出后水淬，得到MAS玻璃塊，以去離子水為介質濕法球磨8～10h，烘干后過篩得到MAS粉料備用；