[發(fā)明專利]碳化硅陶瓷及其復(fù)合材料的連接方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810854130.X
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN108863425A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王一光;趙幸;楊光;段劉陽
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C04B37/02
• 分類號: C04B37/02;C04B41/88
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明公開了一種碳化硅陶瓷及其復(fù)合材料的連接方法，用于解決現(xiàn)有碳化硅陶瓷的連接方法接頭力學(xué)性能差的技術(shù)問題。技術(shù)方案是該方法采用三明治結(jié)構(gòu)的連接層，所述的三明治結(jié)構(gòu)左右是鈦金屬層，鈦金屬層之間是難熔金屬層。在連接過程中，鈦金屬層與待連接的碳化硅陶瓷或者其復(fù)合材料相接觸，利用鈦金屬層的高活性與母材充分反應(yīng)，獲得良好的界面結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，難熔金屬層與鈦金屬層快速固溶，從而提高碳化硅陶瓷或者其復(fù)合材料接頭的使用溫度，并降低連接溫度?？梢蕴岣咛蓟杼沾苫蛘咂鋸?fù)合材料接頭的力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳化硅陶瓷的連接方法，特別涉及一種碳化硅陶瓷及其復(fù)合材料的連接方法。

背景技術(shù)

碳化硅陶瓷(Silicon carbide,SiC)具有耐高溫、抗氧化、耐腐蝕、低中子活性及良好的高溫穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。由碳化硅作為基體材料制備的復(fù)合材料(例如碳纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料C/SiC，碳化硅纖維增強(qiáng)碳化硅復(fù)合材料SiC/SiC)具有陶瓷的優(yōu)良性質(zhì)，又克服了陶瓷脆性大和可靠性差等弱點(diǎn)，還有類似金屬的斷裂行為，對裂紋不敏感，沒有災(zāi)難性破壞，既而成為新一代高溫結(jié)構(gòu)材料。例如，C/SiC可以應(yīng)用于噴管、燃燒室、渦輪、剎車盤和機(jī)翼前緣等部件。SiC/SiC被認(rèn)為是壓水堆包殼管，聚變堆第一壁構(gòu)件和聚變堆流道插件最有潛力的候選材料。然而，SiC陶瓷及其復(fù)合材料由于加工成型困難限制了其更廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際制造過程中，利用連接技術(shù)可以將結(jié)構(gòu)簡單的零部件連接為復(fù)雜的大型構(gòu)件，從而克服了SiC陶瓷及其復(fù)合材料難以加工的缺點(diǎn)，并降低了制造成本。因此，如何快速有效地連接SiC陶瓷及其復(fù)合材料是一項(xiàng)十分關(guān)鍵的技術(shù)。

碳化硅陶瓷及其復(fù)合材料的連接技術(shù)中，連接層材料的選擇是關(guān)鍵。目前，連接SiC陶瓷及其復(fù)合材料的方法主要有活性金屬釬焊，擴(kuò)散連接，MAX相連接、聚合物先驅(qū)體連接和玻璃相連接等。

文獻(xiàn)“Tatarko P.et al.High temperature properties of the monolithicCVDβ-SiC materials joined with a pre-sintered MAX phase Ti₃SiC₂interlayer viasolid-state diffusion bonding[J].Journal of the European Ceramic Society,2016,37(4).”公開了一種SiC陶瓷及其復(fù)合材料的連接方法。該方法使用80μm的Ti₃SiC₂薄片作為連接層。但是連接溫度高于1300℃，接頭的剪切強(qiáng)度低于31MPa。雖然這些連接方法均實(shí)現(xiàn)了SiC陶瓷及其復(fù)合材料的連接，但是存在如下問題：

(1)連接層材料耐溫性差，在高溫下出現(xiàn)分解、析晶和收縮等現(xiàn)象，降低了接頭的力學(xué)性能。

(2)連接需要較高的溫度和較長的保溫時(shí)間，至少高于1300℃，增加了成本，工業(yè)化生產(chǎn)難度大。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有碳化硅陶瓷的連接方法接頭力學(xué)性能差的不足，本發(fā)明提供一種碳化硅陶瓷及其復(fù)合材料的連接方法。該方法采用三明治結(jié)構(gòu)的連接層，所述的三明治結(jié)構(gòu)左右是鈦金屬層，鈦金屬層之間是難熔金屬層。在連接過程中，鈦金屬層與待連接的碳化硅陶瓷或者其復(fù)合材料相接觸，利用鈦金屬層的高活性與母材充分反應(yīng)，獲得良好的界面結(jié)合強(qiáng)度。同時(shí)，難熔金屬層與鈦金屬層快速固溶，從而提高碳化硅陶瓷或者其復(fù)合材料接頭的使用溫度，并降低連接溫度?？梢蕴岣咛蓟杼沾苫蛘咂鋸?fù)合材料接頭的力學(xué)性能。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案：一種碳化硅陶瓷及其復(fù)合材料的連接方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：

步驟一、將待連接的碳化硅陶瓷或者碳化硅陶瓷復(fù)合材料連接面打磨后，在超聲功率為80～120W條件下，用丙酮清洗5～10min，然后晾干。