本发明专利技术公开了属于异质材料连接技术领域的一种Ｃ／ＳｉＣ或Ｃ／Ｃ复合材料与金属的真空活性钎焊工艺。其工艺过程为：分别对复合材料、被焊金属、活性钎料进行预处理后将活性钎料置于被焊复合材料与金属之间，垂直施加封接压力，然后将待焊工件置于真空钎焊炉内进行真空焊接。当复合材料与金属热膨胀系数差较大时，采用在双层钎料中间夹放金属过渡层来缓解封接应力。本发明专利技术具有如下特点：（１）对复合材料进行高温、真空热处理，避免了真空焊接时复合材料挥发物影响焊料封接质量；（２）活性钎料与复合材料直接发生物理化学反应，气密性好；（３）通过过渡金属塑性变形释放封接应力，连接强度高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于异质材料连接
，特别涉及一种C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺。
技术介绍
碳纤维增强碳(C/C)复合材料和碳纤维增强碳化硅(C/SiC)复合材料具有密度小 ( 一般密度1. 75 2. 10g/cm3)、质量轻、高温力学性能出众(强度高、模量大、断裂韧性和 耐磨性能优异、抗冲刷、热稳性好、热膨胀系数低、导热能力高)等特点，是理想的空间飞行 器推力室喷管材料。传统的C/C或C/SiC复合材料喷管与金属头部采用机械法连接，该方 法制造的连接件结构复杂、推力室重量大，而且存在密封性差、可靠性低等缺点。
技术实现思路
本专利技术针对传统的C/C或C/SiC复合材料喷管与金属头部采用的机械法连接的缺 点，提供一种C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺。本专利技术在真空条件下，通过活性钎料与复合材料之间复杂的物理化学反应，实现复合材料与金属的密封连接。其特征在于，具体步骤如下 (1) C/C或C/SiC焊接区域表面预处理采用金刚石砂轮对C/C或C/SiC复合材料 焊接区域表面进行磨削加工，加工量为0. 1 0. 5mm，加工完成后，在丙酮溶液中超声波清 洗20 40min，热风烘干后进行真空热处理，要求真空度1 10Pa，温度1000 1300°C ，时 间30 120min ; (2)活性钎料清洗取厚度为0. lmm的片状活性钎料，在丙酮溶液中超声波清洗 20 40min后用去离子水清洗干净，烘干待用； (3)被焊金属清洗首先在60 8(TC碱溶液中煮沸5 10min进行除油处理，用 去离子水冲洗干净后酸洗30 60s除锈，最后用去离子水清洗干净，烘干待用； (4)过渡层金属清洗用砂纸将金属表面打磨干净，在丙酮溶液中超声波清洗 20 40min取出，吹干待用； (5)装卡、焊接将活性钎料置于被焊复合材料与金属之间，垂直施加0. 5 2MPa 封接压力，然后将待焊工件置于真空钎焊炉内，真空度优于5. OX 10—3Pa，以5 l(TC /min 的速度升温至活性钎料的焊接温度，保温3 8min，然后以5 l(TC /min的速度降温至 30(TC，再随炉冷却至室温。 (6)残余应力缓解当复合材料与金属热膨胀系数差大于(15 30) X 10—7时， 为缓解封接应力，步骤(5)中应采用三明治式活性钎料，即在双层钎料中间夹放金属过 渡层，形成被焊复合材料_活性钎料/金属过渡层/活性钎料_被焊金属的封接结构， 通过金属过渡层的塑性变形释放应力，过渡层选择塑性较好的金属无氧铜、Pd、 Ag或Au，厚 度为0. 3 0. 6mm。 上述步骤(2)中所选的活性钎料为Au基、Ag基、Pd基、Ni基或Cu基系列活性钎料。 上述步骤(3)中所选的被焊金属为钛合金、铌合金或铁基高温合金。 本专利技术用活性金属法实现了 C/C或C/SiC复合材料与金属的连接，该方法工艺简单，生产效率高，适用于多种陶瓷，如SiC、Si3N4、Al203、AlN等与金属的连接。与机械连接相比，本专利技术具有如下有益效果①对复合材料进行高温、真空热处理，避免了真空焊接时复合材料挥发物影响焊料封接质量；②活性钎料与复合材料直接发生物理化学反应，气密性好；③通过过渡金属塑性变形释放封接应力，连接强度高。具体实施例方式本专利技术提供了一种C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺，下面通过具体的实施例来进一步解释本专利技术。 实施例1C/SiC与C103(89Nb-10Hf-lTi)铌合金的连接 1、 C/SiC焊接区域表面预处理用金刚石砂轮对C/SiC复合材料焊接区域表面进 行磨削加工，加工量为0. 2mm，加工完成后，在丙酮溶液中超声波清洗30min，热风烘干后进 行真空热处理，真空度5Pa，温度IIO(TC，时间60min ; 2、AgCuTi活性钎料清洗取厚度为0. lmm的片状AgCuTi活性钎料，在丙酮溶液中 超声波清洗30min后用大量去离子水清洗干净，烘干待用； 3、被焊金属C103铌合金清洗首先在6(TC碱溶液中煮沸8min进行除油处理，用 去离子水冲洗干净后放入硝酸、氢氟酸、盐酸、去离子水配置的混合溶液中酸洗50s除锈， 最后用去离子水清洗干净，烘干待用； 4、装卡、焊接将清洗干净的AgCuTi活性钎料置于C/SiC复合材料和铌合金之 间，垂直施加1. OMPa封接压力，然后将装卡好的待焊工件置于真空钎焊炉内，抽真空至 5. OX 10—3Pa，以10°C /min的速度升温至AgCuTi活性钎料的焊接温度93(TC，保温5min，然 后以10°C /min的速度降温至30(TC，再随炉冷却至室温。 对获得的C/SiC与C103铌合金连接件进行性能测试，其室温下剪切强度为 124. 94MPa ;气密性为4. 5X 10—10Pa m3/s。 实施例2 用无氧铜作金属过渡层钎焊C/SiC与C103铌合金 1、 C/SiC焊接区域表面预处理用金刚石砂轮对C/SiC复合材料焊接区域表面进 行磨削加工，加工量为0. 2mm，加工完成后，在丙酮溶液中超声波清洗30min，热风烘干后进 行真空热处理，真空度5Pa，温度IIO(TC，时间40min ; 2、AgCuTi活性钎料清洗取厚度为0. lmm的片状AgCuTi活性钎料，用砂纸将其表 面打磨干净，在丙酮溶液中超声波清洗30min后用大量去离子水清洗干净，在70 8(TC烘 箱中烘干待用； 3、被焊金属C103铌合金清洗首先在6(TC碱溶液中煮沸8min进行除油处理，用 去离子水冲洗干净后放入硝酸、氢氟酸、盐酸、去离子水配置的混合溶液中酸洗30s除锈， 最后用去离子水清洗干净，70 8(TC烘干待用； 4、无氧铜清洗用800#砂纸将厚度为0. 5mm的无氧铜表面打磨干净，在丙酮溶液4中超声波清洗20min取出，吹干待用； 5、装卡、焊接将无氧铜放在两片AgCuTi钎料之间，组成三明治形式钎料， 一并 置于C/SiC复合材料和铌合金之间，形成C/SiC-AgCuTi/无氧铜/AgCuTi-铌合金的焊接 结构；垂直施加2. OMPa压力；将装卡好的被焊工件置于真空钎焊炉内，抽真空至5 X 10—3Pa， 以10°C /min升温速度升至AgCuTi活性钎料的焊接温度93(TC，保温5min，以l(TC /min降 温速度降温至300°C，随炉冷却至室温。 对获得的无氧铜作为金属过渡层的C/SiC与C103铌合金连接件进行性能测试，其 室温下剪切强度为135. 38MPa ;气密性为3. IX 10—1QPa m3/s。 实施例3 C/C与钛合金Ti6Al4V的连接 1、 C/C焊接区域表面预处理用金刚石砂轮对C/C复合材料焊接区域表面进行磨 削加工，加工量为0. lmm，加工完成后，在丙酮溶液中超声波清洗30min，热风烘干后进行真 空热处理，真空度5Pa，温度120(TC，时间30min ; 2、CuAlSiTi活性钎料清洗取厚度为0. lmm的片状CuAlSiTi活性钎料，用砂纸将 其表面打磨干净，在丙酮溶液中超声波清洗20min后用大量去离子水清洗干净，70 80°C 烘干待用； 3、被焊金属钛合金清洗首先在8(TC碱溶液中煮沸8min本文档来自技高网...
【技术保护点】
Ｃ／Ｃ或Ｃ／ＳｉＣ复合材料与金属的真空活性钎焊工艺，其特征在于，具体步骤为： （１）Ｃ／Ｃ或Ｃ／ＳｉＣ焊接区域表面预处理：采用金刚石砂轮对Ｃ／Ｃ或Ｃ／ＳｉＣ复合材料焊接区域表面进行磨削加工，加工量为０．１～０．５ｍｍ，加工完成后，在丙酮溶液中超声波清洗２０～４０ｍｉｎ，热风烘干后进行真空热处理； （２）活性钎料清洗：取厚度为０．０５～０．１５ｍｍ的片状活性钎料，在丙酮溶液中超声波清洗２０～４０ｍｉｎ后用去离子水清洗干净，烘干待用； （３）被焊金属清洗：首先在６０～８０℃碱溶液中煮沸５～１０ｍｉｎ进行除油处理，用去离子水冲洗干净后酸洗３０～６０ｓ除锈，最后用去离子水清洗干净，烘干待用； （４）过渡层金属清洗：用砂纸将金属表面打磨干净，在丙酮溶液中超声波清洗２０～４０ｍｉｎ取出，吹干待用； （５）装卡、焊接：将活性钎料置于被焊复合材料与金属之间，垂直施加０．５～２ＭＰａ封接压力，然后将待焊工件置于真空钎焊炉内进行焊接； （６）残余应力缓解：当复合材料与金属热膨胀系数差大于（１５～３０）×１０↑［－７］／℃时，两者间焊接要进行应力缓解，采用“三明治”式活性钎料，即在双层钎料中间夹放金属过渡层，形成“被焊复合材料－活性钎料／金属过渡层／活性钎料－被焊金属”的封接结构。...
【技术特征摘要】
C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺，其特征在于，具体步骤为(1)C/C或C/SiC焊接区域表面预处理采用金刚石砂轮对C/C或C/SiC复合材料焊接区域表面进行磨削加工，加工量为0.1～0.5mm，加工完成后，在丙酮溶液中超声波清洗20～40min，热风烘干后进行真空热处理；(2)活性钎料清洗取厚度为0.05～0.15mm的片状活性钎料，在丙酮溶液中超声波清洗20～40min后用去离子水清洗干净，烘干待用；(3)被焊金属清洗首先在60～80℃碱溶液中煮沸5～10min进行除油处理，用去离子水冲洗干净后酸洗30～60s除锈，最后用去离子水清洗干净，烘干待用；(4)过渡层金属清洗用砂纸将金属表面打磨干净，在丙酮溶液中超声波清洗20～40min取出，吹干待用；(5)装卡、焊接将活性钎料置于被焊复合材料与金属之间，垂直施加0.5～2MPa封接压力，然后将待焊工件置于真空钎焊炉内进行焊接；(6)残余应力缓解当复合材料与金属热膨胀系数差大于(15～30)×10-7/℃时，两者间焊接要进行应力缓解，采用“三明治”式活性钎料，即在双层钎料中间夹放金属过渡层，形成“被焊复合材料-活性钎料/金属过渡层/活性钎料-被焊金属”的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆艳杰，张小勇，楚建新，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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