[發明專利]一種C/SiC復合材料的釬焊連接方法

有效

• 申請號: 201410177477.7
• 申請日: 2014-04-29
• 公開（公告）號: CN105016761B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 董紹明;陳杰;張翔宇;闞艷梅;高樂;胡建寶;丁玉生
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: C04B37/00
• 分類號: C04B37/00;B23K35/30
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙)31261
• 代理人: 曹芳玲,鄭優麗

技術領域

本發明涉及一種C/SiC復合材料的釬焊連接方法，具體涉及一種通過Cu-Ti-Al活性釬料實現對C/SiC復合材料焊接的方法。

背景技術

C/SiC復合材料具有低密度、高強度、高模量、高熱導、耐輻射、韌性好、高溫力學性能優異等特點，在航空航天、新能源及交通運輸等高技術領域具有廣闊的應用前景。但欲實現C/SiC復合材料的工程應用，則需要制備復雜形狀構件、修復受損材料以及進行封裝等，這些會涉及到材料的連接。目前C/SiC復合材料的連接方式主要有機械連接、粘接、先驅體轉化、反應成型、固相擴散、釬焊、在線液相滲透等，其中釬焊連接具有工藝簡單、接頭適用溫度較高、密封性能好等優點，是一種非常具有實用價值和發展前景的連接方法。

從目前的公開報道來看，有關C/SiC復合材料釬焊連接的研究主要集中在C/SiC復合材料與金屬的異質材料連接方面，而關于C/SiC復合材料自身之間的釬焊連接卻鮮有報道。由于受C/SiC復合材料制備工藝限制，材料很難達到致密，通常存在裂紋和氣孔等本征缺陷，孔隙率達到10％～20％。這樣在釬焊連接過程中易導致在焊縫區形成氣孔，同時易使熔化的焊料過多地滲入C/SiC復合材料內部，造成焊縫區殘余的焊料太少，從而影響焊接質量，甚至導致連接失敗。此外，C/SiC復合材料具有各向異性的特點，對其自身進行釬焊連接時，接頭處于復雜的應力場，影響接頭性能的因素也更加復雜。上述因素導致實現C/SiC復合材料自身有效的釬焊連接更加具有挑戰性。采用傳統的低溫釬料獲得的接頭高溫強度差，不適于高溫條件下應用；而采用高溫釬料則需在較高的溫度下進行連接，如鎳基焊料的連接溫度通常高于1100℃，對母材損傷大。因此迫切需要開發一種能夠在較低溫度(1000℃左右)下實施連接，而接頭又具有良好高溫強度的釬焊連接方法。

發明內容

本發明旨在克服現有C/SiC復合材料焊接方法的缺陷，本發明提供了一種通過Cu-Ti-Al活性釬料實現對C/SiC復合材料低溫焊接的方法。

本發明提供了一種C/SiC復合材料的釬焊連接方法，所述方法包括：

1)將Cu粉、Al粉、Ti源混合均勻，得到釬料粉末，加入粘結劑配制成釬料膏，其中，Ti源為Ti粉或TiH₂粉；

2)將步驟1)中制備的釬料膏涂覆在經表面預處理的C/SiC復合材料之間，制成C/SiC-釬料膏-C/SiC結構的預連接件；

3)將步驟2)中制備的預連接件干燥后，移至真空釬焊爐中進行釬焊。

本發明提供的釬焊連接，采用含有Cu、Al、和Ti的釬料，由于采用Cu基體，具有導熱性、耐腐蝕性好，對母材損傷較小等優點。該釬料不會像Ti基釬料那樣基體做為活性組分，在較高溫度下長時間服役時與母材發生過量的反應，生成脆性物質而對接頭產生持續損傷。釬料中Al元素一方面可以降低釬焊實施溫度從而減小能耗和對母材的損傷，另一方面可以提高釬料的流動性及抗氧化性能，并促進SiC基復合材料與釬料之間的元素相互擴散。釬料中Ti元素主要有兩方面作用。首先，通過與SiC基復合材料形成化學鍵合，提高釬料對母材的潤濕性從而增大連接強度。其次，Ti元素可以與釬料中Al元素以及從母材擴散到釬料中的Si、C等元素發生反應，原位形成碳化鈦、硅鋁和硅鈦化合物等粒子或晶須耐高溫增強相，從而提高釬焊接頭的連接強度尤其是高溫強度。

較佳地，所述釬料粉末中，Al粉的重量百分含量為1wt％～10wt％，優選3wt％～10wt％，更優選4wt％-7wt％；鈦源的百分含量為4wt％～18wt％，優選7wt％-15wt％；余量為Cu粉。

較佳地，所述釬料膏中粘結劑的加入量為所述釬料粉末的45wt％～80wt％，優選50wt％～60wt％。若粘結劑太多，釬料膏中釬料粉末的含量太少而且不易涂覆；反之則達不到粘結作用而且容易在焊縫中形成孔洞。

較佳地，步驟1)中，粘結劑采用濃度為1wt％～8wt％的聚乙烯縮丁醛的環己酮溶液。

較佳地，步驟2)中，涂覆在C/SiC復合材料表面的釬料膏的厚度為0.5～3mm。

較佳地，步驟3)中，焊接溫度為900℃～1080℃，優選950℃～1020℃。具體焊接溫度由具體釬料組成決定，一般來說，釬料中鈦和鋁含量越高，所需焊接溫度越低；反之所需焊接溫度越高。

較佳地，步驟3)中，釬焊的保溫時間為1～30分鐘，真空度高于1.0×10^-2Pa。

本發明的有益效果：