C/C或C/SiC复合材料与金属连接用片状复合钎料、制备方法及钎焊工艺技术

本发明专利技术公开了C/C或C/SiC复合材料与金属连接用片状复合钎料、制备方法及钎焊工艺，属于异种材料连接领域，片状复合钎料按质量百分比由4～8%的Si粉、3～16%的Ti粉和余量的Cu粉制成，其钎焊方法为：将一定比例的Cu、Si和Ti单质在真空电弧熔炼炉里熔炼形成Ti5Si3相增强的Cu基复合钎料锭子，将复合钎料锭子切成片状，并打磨清洗，得到片状复合钎料；将复合材料、钎料和金属装配成“三明治”状，并进行真空钎焊处理。采用本发明专利技术的片状复合钎料进行C/C或C/SiC复合材料与金属的连接，具有增强相与基体相容性高，抗氧化能力强，塑性好的特点，所获得的接头应力低，强度高。强度高。强度高。

【技术实现步骤摘要】
C/C或C/SiC复合材料与金属连接用片状复合钎料、制备方法及钎焊工艺


[0001]本专利技术涉及异种材料连接
，具体的说是C/C或C/SiC复合材料与金属连接用片状复合钎料、制备方法及钎焊工艺。

技术介绍

[0002]C/C及C/SiC复合材料具有低密度、耐高温、低热膨胀系数、高导热系数、高温下高强高模和耐磨/抗冲刷等一系列优异性能，在航空、航天和热防护等领域具有重要的应用价值。然而，相对于金属材料，C/C及C
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/SiC复合材料本身脆性大，生产成本高，抗冲击能力差，难以加工成复杂结构件零件。在实际应用中，C
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/SiC复合材料往往需要与金属结合成复合件使用，以充分发挥C
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/SiC复合材料的低密度、耐高温和金属的加工性能好、强度高的特点，以此达到优势互补的目的。
[0003]活性钎焊因其连接方法简单、适用性高、无需施加压力、密封性好等优点成为连接C/C及C
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/SiC复合材料和金属广泛采用的连接技术。然而，由于复合材料与金属的物理化学性质差异大，特别是两者之间的热膨胀系数差异较大，传统活性钎焊连接接头中存在较大的热应力，降低了接头力学性能，甚至导致接头失效。
[0004]复合钎焊是在活性钎焊基础上，为缓解异质材料连接接头中的残余热应力而提出的一种连接方法，其工艺原理是通过在常规粉末钎料中直接添加低热膨胀系数且耐高温的增强相(如TiC、W等)，以此降低连接层的热膨胀系数，使连接层热膨胀系数介于两母材之间，因而可以有效缓解接头热应力。然而，目前复合钎焊存在两个问题：一是连接材料中直接添加的增强相与基体相容性差，易出现孔隙；二是目前所报道的复合钎焊采用连接材料均是粉末态钎料，鲜有其他形态的复合钎料的报道，这在一定程度上限制了复合钎焊的应用；三是粉末态钎料存在抗氧化能力差的问题，对设备真空度要求高。
[0005]因此，开发一种增强相与基体相容性好、且抗氧化能力强的片状复合钎料对C/C及C/SiC复合材料与金属的连接以及复合钎焊的推广应用都具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中的不足，本专利技术提供C/C或C/SiC复合材料与金属连接用片状复合钎料、制备方法及钎焊工艺，采用本专利技术的片状复合钎料进行C/C或C/SiC复合材料与金属的连接，能够解决复合钎焊中增强相与基体相容性差、粉末复合钎料抗氧化能力差的问题。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的具体方案为：C/C或C/SiC复合材料与金属连接用片状复合钎料，所述片状复合钎料按质量百分比由4～8％的Si粉、3～16％的Ti粉和余量的Cu粉制成。
[0008]作为优选方案，所述片状复合钎料按质量百分比由5～6％的Si粉、8～10％的Ti粉和余量的Cu粉制成。
[0009]一种C/C或C/SiC复合材料与金属连接用片状复合钎料的制备方法，主要包括以下步骤：步骤一、原料计算及配料：按照权利要求1所述的组分计算所需单质Cu粉、Si粉和Ti粉的质量，并按计算结果称取所需的单质粉末；步骤二、混合及压铸：将Cu粉、Si粉和Ti粉充分混合，然后将混合粉末压成圆柱状粉坯；步骤三、真空电弧熔炼：采用电弧熔炼炉在真空状态下对圆柱状粉坯进行熔炼，反复熔炼6次，然后冷却，得到Ti5Si3相增强的Cu基复合钎料锭子；熔炼过程中，Ti与Si原位反应合成低热膨胀系数的Ti5Si3，钎料基体为含活性元素Ti的Cu固溶体基体；步骤四、切割成片：将Ti5Si3相增强的Cu基复合钎料锭子线切割成片状，对其表面进行打磨，即得到片状复合钎料。
[0010]作为优选方案，步骤一中，Cu粉、Si粉和Ti粉的纯度均在99.9％以上。
[0011]作为优选方案，步骤一中，Cu粉尺寸为
‑
1000目，Si粉和Ti粉的尺度为
‑
300目。
[0012]C/C或C/SiC复合材料与金属的钎焊工艺，主要包括以下步骤：S1、对复合材料、金属的待焊面进行打磨处理，将打磨后的复合材料、金属和片状复合钎料放入无水乙醇中进行超声波清洗；S2、将复合材料、片状复合钎料和金属装配成“三明治”状的待焊件；S3、将待焊件置于真空炉中，当真空度优于5
×
10
‑3Pa时开始通电加热，进行真空钎焊，钎焊完成后随炉冷却至室温。
[0013]钎焊过程中，基体中活性元素Ti与复合材料反应实现连接，低热膨胀系数的Ti5Si3作为增强相缓解接头热应力。
[0014]作为优选方案，步骤S3中，真空钎焊的具体工艺为：钎焊温度为950℃～1060℃，保温时间为5～30min。
[0015]有益效果：
[0016]与现有的复合钎焊相比，本专利技术具有以下优点：(1)原位合成的Ti5Si3相与钎料基体相容性好，焊后连接层中孔隙少；(2)相比于粉末复合钎料，片状钎料具有更高的抗氧化性，降低了对真空度的要求，易获得高质量接头；(3)复合钎料基体为Cu固溶体基体，具有良好的塑性，利用缓解复合材料和金属接头热应力；(4)片状复合钎料拓宽了原有的复合钎焊概念，增加了复合钎料的形态，对C/C及C/SiC复合材料与金属的连接以及复合钎焊的推广应用都具有重要的意义。
附图说明
[0017]图1为实施例1中电弧熔炼获得的片状复合钎料的组织图。
[0018]图2为实施例1制备的焊接件接头处的组织图。
具体实施方式
[0019]下面将结合具体实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术
的保护范围。
[0020]C/C或C/SiC复合材料与金属连接用片状复合钎料，所述片状复合钎料按质量百分比由4～8％的Si粉、3～16％的Ti粉和余量的Cu粉制成。
[0021]一种C/C或C/SiC复合材料与金属连接用片状复合钎料的制备方法，主要包括以下步骤：步骤一、原料计算及配料：按照权利要求1所述的组分计算所需单质Cu粉、Si粉和Ti粉的质量，并按计算结果称取所需的单质粉末；其中，Cu粉、Si粉和Ti粉的纯度均在99.9％以上，Cu粉尺寸为
‑
1000目，Si粉和Ti粉的尺度为
‑
300目；步骤二、混合及压铸：将Cu粉、Si粉和Ti粉充分混合，然后将混合粉末压成圆柱状粉坯；步骤三、真空电弧熔炼：采用电弧熔炼炉在真空状态下对圆柱状粉坯进行熔炼，反复熔炼6次，然后冷却，得到Ti5Si3相增强的Cu基复合钎料锭子；步骤四、切割成片：将Ti5Si3相增强的Cu基复合钎料锭子线切割成片状，对其表面进行打磨，即得到片状复合钎料。
[0022]C/C或C/SiC复合材料与金属的钎焊工艺，主要包括以下步骤：S1、对复合材料、金属的待焊面进行打磨处理，将打磨后的复合材料、金属和片状复合钎料放入无水乙醇中进行超声本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.C/C或C/SiC复合材料与金属连接用片状复合钎料，其特征在于，所述片状复合钎料按质量百分比由4～8%的Si粉、3～16%的Ti粉和余量的Cu粉制成。2.根据权利要求1所述的C/C或C/SiC复合材料与金属连接用片状复合钎料，其特征在于，所述片状复合钎料按质量百分比由5～6%的Si粉、8～10%的Ti粉和余量的Cu粉制成。3.一种C/C或C/SiC复合材料与金属连接用片状复合钎料的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：步骤一、原料计算及配料：按照权利要求1所述的组分计算所需单质Cu粉、Si粉和Ti粉的质量，并按计算结果称取所需的单质粉末；步骤二、混合及压铸：将Cu粉、Si粉和Ti粉充分混合，然后将混合粉末压成圆柱状粉坯；步骤三、真空电弧熔炼：采用电弧熔炼炉在真空状态下对圆柱状粉坯进行熔炼，反复熔炼6次，然后冷却，得到Ti5Si3相增强的Cu基复合钎料锭子；步骤四、切割成片：将Ti5Si3相增强的Cu基复合钎料锭子线切割成片状，对其表面进行打磨，即得到片状复合钎料。4.根据权利要求3所述的一种C/C或C/SiC复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永雷，张柯柯，刘荣，尹丹青，肖笑，邱然峰，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：