[發(fā)明專利]一種用于輔助陶瓷基復(fù)合材料與金屬的釬焊的方法

在審

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• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113857603A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬薔;陳永威;李升國
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: B23K1/00
• 分類號: B23K1/00;B23K1/008;B23K1/19;B23K1/20;C04B35/80;C04B35/84;C04B35/14;C04B41/85
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 郭俊玲

本發(fā)明公開了一種用于輔助陶瓷基復(fù)合材料與金屬的釬焊的方法，通過引入一種石墨烯強(qiáng)化的短纖維三維編織，呈疏松、多孔結(jié)構(gòu)的陶瓷基復(fù)合材料中間層輔助復(fù)合材料與金屬的釬焊連接。從而解決現(xiàn)有陶瓷與金屬熱膨脹系數(shù)不匹配度較大導(dǎo)致釬焊接頭殘余應(yīng)力過高、陶瓷增強(qiáng)相的引入量少，且使得焊縫脆性加劇的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種中間層輔助釬焊的方法。本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于輔助陶瓷基復(fù)合材料與金屬的釬焊的方法。

背景技術(shù)

陶瓷基復(fù)合材料(ceramic matrix composite，簡稱CMCs)具有耐高溫、耐氧化、耐腐蝕以及高強(qiáng)度、高剛度、低密度等優(yōu)良性能，在航空航天、機(jī)械、汽車等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

迄今為止，陶瓷基復(fù)合材料的開發(fā)和應(yīng)用已有60多年的歷史進(jìn)程：纖維增強(qiáng)塑料→氧化鋁陶瓷→微晶玻璃→石英陶瓷→氮化物陶瓷，演變至今的連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基透波復(fù)合材料。連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料憑借其高溫下的表面強(qiáng)度高以及較高的斷裂韌性，被認(rèn)為是用于先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)、空間和聚變動力堆的潛在材料。但纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可加工性差，很難制備成大尺寸、復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)件，因此，復(fù)合材料需要通過與金屬進(jìn)行連接才能夠?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用。

當(dāng)采用活性釬焊的方法對陶瓷基復(fù)合材料與金屬進(jìn)行連接時(shí)，由于復(fù)合材料與金屬或活性釬料間熱膨脹系數(shù)不匹配，從而導(dǎo)致接頭中產(chǎn)生較大殘余應(yīng)力，降低接頭強(qiáng)度。目前，學(xué)者們針對陶瓷基復(fù)合材料與金屬所形成釬焊接頭的殘余應(yīng)力的研究發(fā)現(xiàn)：向釬料中加入納米顆粒相可以緩解殘余應(yīng)力，但納米顆粒相的添加量十分有限(6～8wt.％)，然而，添加量過多，納米顆粒相會在焊縫中團(tuán)聚，因此，添加納米顆粒相緩解殘余應(yīng)力十分有限。還有學(xué)者引入短纖維編織的陶瓷材料作為中間層能夠滿足短纖維大量加入釬料中，但在釬焊過程中，短纖維與活性釬料發(fā)生過度反應(yīng)導(dǎo)致復(fù)合材料的三維編織結(jié)構(gòu)發(fā)生坍塌，反應(yīng)形成的化合物顆粒相發(fā)生偏聚，降低接頭強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容

本申請實(shí)施例通過提供一種用于輔助陶瓷基復(fù)合材料與金屬的釬焊的方法，采用呈疏松、多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯強(qiáng)化短纖維編織材料作為中間層，輔助釬焊，可以使大量短纖維在焊縫中彌散分布，且中間層能夠保持完整編織結(jié)構(gòu)，從而解決現(xiàn)有陶瓷與金屬熱膨脹系數(shù)不匹配度較大導(dǎo)致釬焊接頭殘余應(yīng)力過高、陶瓷增強(qiáng)相的引入量少，且使得焊縫脆性加劇的問題，有效緩解釬焊殘余應(yīng)力，提高釬焊強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料與金屬的高質(zhì)量連接。

本申請實(shí)施例提供了一種用于輔助陶瓷基復(fù)合材料與金屬的釬焊的方法，利用石墨烯強(qiáng)化的短纖維編織復(fù)合材料作為中間層，進(jìn)行輔助釬焊，具體步驟包括：

步驟一：將三維編織的短纖維浸入液態(tài)熔石英中，所述短纖維為SiO₂纖維或Al₂O₃纖維，靜置5～20min，然后在溫度400～800℃的條件下，真空退火時(shí)間為2～5h，以上過程重復(fù)2～5次，得到退火后的短纖維編織的復(fù)合材料；將短纖維編織的復(fù)合材料切割成厚50～200μm的薄片狀，優(yōu)選采用金剛石線切割機(jī)對所述短纖維編織的復(fù)合材料進(jìn)行切割；

步驟二：將所述薄片狀的復(fù)合材料浸泡在濃度為0.01mol/L～0.2mol/L的催化劑溶液中，所述催化劑為金屬硝酸鹽溶液，在空氣中晾干后，采用PECVD法進(jìn)行氣相沉積，進(jìn)一步的，所述氣相沉積過程中，加熱溫度為500～800℃，在加熱溫度下，設(shè)置壓強(qiáng)，壓強(qiáng)值在400～1000Pa，并開始射頻，射頻時(shí)間10～60min，Ar和CH₄的氣體流量比為2～20，射頻功率100～200W，從而獲得石墨烯強(qiáng)化的短纖維編織復(fù)合材料；需要說明的是，所述PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)是指等離子體增強(qiáng)化學(xué)的氣相沉積法；