本发明专利技术公开了一种用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料及钎焊工艺，该钎焊材料按重量百分比各元素组分如下：Zr38％～46％，Ti12％～20％，Fe26％～38％，Nb3％～5％，B5％～7％。本发明专利技术的用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料，该钎料的流动性好，对Cf/SiC复合材料润湿性高，且与Cf/SiC复合材料及不锈钢的结合性能佳，抗拉强度高，能够有效减小陶瓷与金属连接界面产生的残余应力；其次，该钎料中不包含Ag、Pd等贵金属元素，在提高焊接性能的基础上，降低了生产成本；此外该钎料能够制成不同的形式，制成的膏状使用方便，适合在不规则的、小型的或几何形状复杂的零件上使用，制作成非晶态成分均匀，制作成金属布态柔韧性高，方便用于不同的场合，适用不同形状的陶瓷零件的钎焊。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料及钎焊工艺，属于钎焊领域。
技术介绍
SiC陶瓷具有良好的高温强度、高温稳定性和高温抗氧化能力，但由于其分子结构的键合特点，缺乏塑性变形能力，表现为脆性，严重影响了其作为结构材料的应用。碳纤维拥有良好的高温力学性能和热性能，在惰性环境中超过2000℃仍能保持其力学性能不降低，用碳纤维增强SiC陶瓷，材料在断裂过程中通过裂纹偏转、纤维断裂和纤维拔出等机理吸收能量，既增强了材料的强度和韧性，又保持了SiC陶瓷良好的高温性能。碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(Cf/SiC)充分结合了碳纤维和SiC陶瓷基体的优势，具有对裂纹和热震敏感性低、密度低、强度高、耐磨性好、耐化学腐蚀等一系列优异的性能，广泛应用于航空航天、能源、交通、石油化工等领域。与金属材料相比，Cf/SiC陶瓷基复合材料具有脆性大、强度分散和加工困难等缺点，这些缺点导致其抗冷热冲击能力差，难以制成尺寸大、形状复杂的构件，从而限制了其应用范围。金属材料具有良好的塑性成形能力，在一些应用领域中有必要将Cf/SiC复合材料与金属材料进行连接，达到优势互补的目的。目前国内外通常采用的连接方法有扩散连接、机械连接、物理和化学气相沉积连接和钎焊等。在上述连接方法中，钎焊具有工艺简单、设备投资低以及适合生产要求、接头性能好等优点。不锈钢是制造生产航空航天部件的重要材料，实现不锈钢与Cf/SiC复合材料钎焊连接对航空航天发展具有重要意义。现已报道的用于Cf/SiC复合材料直接钎焊的钎料有AgCuTi钎料，钯基钎料。由于AgCuTi钎料熔点低，钎焊接头无法满足450℃以上的高温使用性能。中国公开号为CN101920410A、CN101920411A的专利技术专利分别公开了用于Cf/SiC复合材料的铜钯基与钴钯基高温钎料，用其钎料在1110℃～1250℃的钎焊温度下获得Cf/SiC陶瓷基复合材料连接接头，对应钎焊接头的室温三点弯曲强度可以达到110～170MPa，但专利技术的这两种钎料中贵金属Au及Pd的含量较高，导致成本增加，对实际生产缺乏适用性。中国公开号为CN101890591A的专利技术专利公开了一种镍基高温钎料及其制备方法，能够解决现有镍基钎料与C/SiC复合材料的陶瓷基体的反应剧烈，导致C/SiC复合材料与镍基超高温合金的钎焊接头力学性能差的问题。但该钎料制备工艺复杂、不易操作，无法保证钎料成分的均匀性，影响接头性能。北京科技大学范东宇，汪一卉，黄继华等人研究了C/SiC复合材料与304不锈钢钎焊接头组织与性能，并申请了中国公开号为CN102924109A的专利技术专利，公开了一种可用于C/SiC陶瓷基复合材料连接方法，方法中提供一种可用于钎焊C/SiC复合材料的Ti-Zr-Be钎料，但C/SiC复合材料与不锈钢钎焊接头室温抗剪强度最高为109.3MPa，稍微偏低。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提出一种用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料及钎焊工艺，该钎料的流动性好，对Cf/SiC复合材料润湿性高，且与Cf/SiC复合材料及不锈钢的结合性能佳，抗拉强度高，能够有效减小陶瓷与金属连接界面产生的残余应力。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料，按重量百分比各元素组分如下：Zr38％～46％，Ti12％～20％，Fe26％～38％，Nb3％～5％，B5％～7％。作为优选，所述Zr的重量百分比为40～44％。作为优选，所述Ti的重量百分比为14～18％。作为优选，所述Fe的重量百分比为30～34％。作为优选，所述Nb的重量百分比为3.5～4.5％。作为优选，所述B的重量百分比为5.5～6.5％。一种上述的用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料进行钎焊的工艺，包括如下步骤：(1)首先按重量百分比将各原料混合后制成钎焊材料，对Cf/SiC复合材料与不锈钢表面进行处理；(2)按照Cf/SiC/钎料/不锈钢的接头形式制成钎焊试样，将试样置于钎焊设备中，当真空度不低于5×10-3Pa时，以8～12℃/min的速率升温至250～350℃，保温15～20min，以5～10℃/min的速率升温至800～850℃，保温30～35min，再以5～10℃/min的速率继续升温至钎焊温度920℃～1120℃，根据试样大小，保温10～40min，最后随炉冷却至室温，即可。作为优选，所述步骤(1)中，Zr、Ti粉末颗粒尺寸为：5～15μm，所述Fe、Nb、B粉末颗粒尺寸为：30～45μm。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的显著优点为该钎料的流动性好，对Cf/SiC复合材料润湿性高，且与Cf/SiC复合材料及不锈钢的结合性能佳，抗拉强度高，能够有效减小陶瓷与金属连接界面产生的残余应力；其次，该钎料中不包含Ag、Pd等贵金属元素，在提高焊接性能的基础上，降低了生产成本；同时配方中采用粒度不同的金属颗粒，小颗粒的金属颗粒能够填充大颗粒之间的间隙，使钎料更加致密；此外该钎料能够制成不同的形式，制成的膏状使用方便，适合在不规则的、小型的或几何形状复杂的零件上使用，制作成非晶态成分均匀，制作成金属布态柔韧性高，方便用于不同的场合，适用不同形状的陶瓷零件的钎焊。具体实施方式实施例1组分含量：Zr42％，Ti16％，Fe32％，Nb4％，B6％，其中Zr、Ti粉末颗粒尺寸为：5～15μm，Fe、Nb、B粉末颗粒尺寸为：30～45μm。钎焊材料制作：将各种合金粉末按比例混合均匀，加入有机结合剂乙二醇制备成膏状的钎焊材料。钎焊工艺：(1)准备阶段：先对待钎焊的尺寸为20mm×15mm×4mm的Cf/SiC复合材料与316L不锈钢表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，待焊材料表面用金刚石研磨膏研磨平整，并置于丙酮中利用超声波清洗15min，将膏状的钎焊材料均匀地涂于Cf/SiC复合材料与316L不锈钢被焊表面，制成Cf/SiC/钎料/不锈钢接头形式的钎焊试样；(2)钎焊连接：将准备好的试样放入钎焊夹具中，置于真空度不低于5×10-3Pa的真空钎焊设备中，首先以12℃/min的速率升温至250℃，保温15min，以5℃/min的速率升温至850℃，保温35min，再以10℃/min的速率继续升温至钎焊温度1020℃，保温20min，最后随炉冷却至室温，取出试样即可。试验结果：钎焊接头成形良好，对涂层与基体的结合强度进行测试，剪切强度为148MPa。实施例2组分含量：Zr40％，Ti14％，Fe36％，Nb5％，B5％，其中Zr、Ti粉末颗粒尺寸为：5～15μm，Fe、Nb、B粉末颗粒尺寸为：30～45μm。钎焊材料制作：将各种合金粉末按比例混合均匀，并加入有机环氧树脂粘结剂，利用自行研发的轧机装置(申请号为201510819372.1)制备出金属布状的钎焊材料。钎焊工艺：(1)准备阶段：先对待钎焊的尺寸为20mm×15mm×4mm的Cf/SiC复合材料与316L不锈钢表面进行清理，除去表面的杂质、油污和氧化膜，待焊材料表面用金刚石研磨膏研磨平整，并置于丙酮中利用超声波清洗15min；(2)装本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料，其特征在于：按重量百分比各元素组分如下：Zr38％～46％，Ti12％～20％，Fe26％～38％，Nb3％～5％，B5％～7％。
【技术特征摘要】
1.一种用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料，其特征在于：按重量百分比各元素组分如下：Zr38％～46％，Ti12％～20％，Fe26％～38％，Nb3％～5％，B5％～7％。2.根据权利要求1所述的用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料，其特征在于：所述Zr的重量百分比为40～44％。3.根据权利要求1所述的用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料，其特征在于：所述Ti的重量百分比为14～18％。4.根据权利要求1所述的用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料，其特征在于：所述Fe的重量百分比为30～34％。5.根据权利要求1所述的用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料，其特征在于：所述Nb的重量百分比为3.5～4.5％。6.根据权利要求1所述的用于Cf/SiC复合材料与不锈钢钎焊的钎焊材料，其特征在于：所述B的重量百分比为5.5～6.5％。7.一种采用权...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹家生，汪鸿，许祥平，夏春智，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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