一种炭炭复合材料的连接方法技术

本发明专利技术涉及一种炭/炭复合材料的连接方法，特别涉及一种炭/炭复合材料与金属部件之间的热压连接方法。主要包括下述步骤:(1)X-Si合金膏剂或箔片的制备；(2)待连接部件的处理；(3)中间层金属片的前处理；(4)装配及连接。其特点在于，在炭/炭复合材料与金属连接表面中间设置两个X-Si合金涂层或箔片和一中间层金属片，即形成X-Si/中间层金属片/X-Si的夹芯结构，在压力装配和真空或气氛保护，加热至900~1300℃，保温15~60min。本发明专利技术可实现炭/炭复合材料与金属之间的高温液相连接，该工艺方法简单、制备的连接件结构可靠，可用于承载和高温应用的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种炭/炭复合材料的连接方法，特别涉及一种炭/炭复合材料与金属部件之间的热压连接方法。
技术介绍
关于炭/炭复合材料，主要是基于低成本、抗氧化、以及性能和结构的多样化方面的考虑。目前对于炭/炭复合材料的连接方法主要有机械固定、粘结、钎焊和扩散焊。关于炭/炭复合材料的机械固定主要采用难熔金属或者炭制螺丝进行紧固。关于炭/炭复合材料的粘结剂粘结也是一种简易连接炭/炭复合材料的方法，然而，由于大部分粘结剂不能应用于高温环境下，故不能粘结剂方法制备的炭/炭复合材料使用温度和强度仍受很大限制。关于炭/炭复合材料的钎焊或扩散焊，目前主要采用的中间层材料包括T1-Zr-N1-Cu、Al-T1、T1-Cu-Be, Ag-Cu-(Sn)-T1、Cu-P、Cu-N1-T1、Cu_Ni+TiB2、YAST (Y2O3-Al2O3 - SiO2 - TiO2)玻璃，N1-T1、TiC-S1、Cu-S1、N1-Si 和 T1-N1-Si 等。值得指出的是，其中所采用的含Si合金,要么只采用二元合金作为中间层,如Cu - Si (Shen Yuanxun,et al, Joining C/C composite to copper using active Cu - 3.5Si braze, Journalof Nuclear Materials, 2012，421:28 - 31，且只为 Cu - 3.5Si )和 N1-Si (郭领军等，C/C复合材料与镍基高温合金连接接头的力学性能和微观结构，稀有金属材料与工程，2011，40(I):111-114);要么只采用单一的三元混合粉末，如T1-N1-Si (Wang jie, et al, Thestudy on joining carbon/carbon composites using T1-N1-Si compound, MaterialsScience and Engineering A, 2012, 547: 12-18),且其配比为 T1: N 1: Si = 1:1:4 (原子百分比)。它们与本申请的根本区别在于，未设置有助于缓冲接头残余热应力的中间金属箔层(Mo或Ti)，且中间层材料的元素及其含量组成也存在千差万别，如本申请不含Ni，而含延展性优良的Ag、Cu或Pd，这样更有利于接头残余热应力的缓释。另外，中国专利ZL 200910219183.5 “一种SiC陶瓷与SiC陶瓷之间的高温液相连接方法”和ZL 200910219188.8 “一种SiC陶瓷与高温合金的连接方法”只采用N1-Si粉末和Mo (即N1-S1-Mo体系)，但其只针对SiC陶瓷，同样其中间层材料的元素及其含量组成与本申请也显著不同，如本申请为Ag(Cu、Pd)-S1-Mo(Ti)体系，且含Si量范围也明显不同。
技术实现思路
本专利技术基于炭/炭复合材料与金属之间连接结构的可靠性、制造成本及高温应用等方面的考虑，提供了一种炭/炭复合材料与金属的连接方法。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的: 一种炭/炭复合材料与金属的连接方法，其特征在于，包括下述步骤: (1)X-Si合金膏剂的制备:将高能球磨机械合金化合成的X-Si合金粉经进一步研磨至中位径f 2 μ m后，依次加入草酸乙二酯和胶棉溶液，搅拌均匀，制成X-Si合金膏剂； (2)待连接部件的处理:将炭/炭复合材料和金属部件的待连接表面依次经过磨平、清洗和干燥处理，再将调好的X-Si合金膏剂涂敷在处理好的待连接部件的连接表面上，形成X-Si合金涂层，晾干； (3)中间层金属片的前处理:将厚为5(T20(nm的中间层金属裁剪加工为与待连接部件连接表面大小相同的金属片，并清洗和干燥； (4)装配及连接:在处理好的待连接部件的连接表面中间设置一中间层金属片，并在压力装配和真空或惰性气氛保护条件下，采用不同得加热速率加热至连接温度时，并保温一定时间，最后缓慢冷却至室温，取出。—种炭/炭复合材料与金属的连接方法，其特征在于，包括下述步骤: (1)X-Si合金箔片的制备:将纯金属X和Si颗粒置于真空炉中熔炼并浇注成扁锭，随后轧制成10(T20(nm厚的箔片，再经过裁剪、清洗和干燥处理； (2)待连接部件的处理:将炭/炭复合材料和金属部件的待连接表面依次经过磨平、清洗和干燥处理； (3)中间层金属片的前处理:将厚为5(T20(nm的中间层金属裁剪加工为与待连接部件连接表面大小相同的金属 片，并清洗和干燥； (4)装配及连接:在处理好的待连接部件的连接表面中间设置两层X-Si合金箔片夹一中间层金属片，并在压力装配和真空或惰性气氛保护条件下，采用不同得加热速率加热至连接温度时，并保温一定时间，最后缓慢冷却至室温，取出。上述方法中，步骤(I)所述的X-Si合金中X为Ag、Cu或Pd，Si含量为5 30% (原子百分比)；高能球磨的转速30(T50 r/min,球磨时间为15 45h ;合金膏剂的配比为:X_Si粉末:草酸乙二酯:胶棉溶液=5g:3 5ml:6 10ml。步骤(2)所述金属部件包括可伐合金、Cu和Ni基合金 步骤(3)所述的中间层金属片为Mo、Ti或Nb片。步骤(4)装配压力为I 30MPa，加热速率为5 10°C /min，连接温度为90(Tl300°C，保温时间为15 60min。本专利技术和现有技术相比，兼具有如下优点: 1、本专利技术在连接过程中，X-Si合金先会出现液相，而后由于中间金属片(Mo、Ti或Nb)的溶解会逐渐形成固相，实为过渡液相连接工艺，因此制备的接头具有界面结合紧密的优点，同时对连接压力O IMPa)要求低，因此对连接设备和工艺的要求较低。2、由于本专利技术采用多采用含Si量较低，高延性的Ag、Cu或Pd 二元合金，并结合Mo,Ti或Nb片为中间层，连接过程中Mo、Ti或Nb会从熔融的X-Si合金中过渡与炭/炭复合材料形成反应结合，同时会形成低Si量、高延性Ag、Cu或Pd合金,这样可适于不同温度场合的应用(如Ag和Cu可中低温应用，Pd可高温应用)。3、接头中间一方面形成高延性的Ag、Cu或Pd的金属合金，同时保留热膨胀系数介于炭/炭复合材料和金属材料之间的部分中间金属(Mo、Ti或Nb)片层,这样大大缓冲了接头残余热应力，可实现接头的高可靠性。附图说明图1为采用合金膏剂处理的连接方法流程 图2为采用合金箔片处理的连接方法流程 图3为炭/炭复合材料与金属部件连接的装配示意图；图中，1、金属部件；2、X-Si合金涂层或箔片；3、中间层金属片(Mo、Ti或Nb片)；4、炭/炭复合材料。具体实施例方式以下结合附图及具体实施例，对本专利技术作进一步的详细描述。如图1、图2所示，本专利技术一种炭/炭复合材料与金属的连接方法，其步骤主要包括 (I) X-Si合金膏剂或箔片的制备:将高能球磨机械合金化(转速30(T350 r/min,球磨时间为15 45h)合成的X-Si 合金粉经进一步研磨至中位径后，依次加入草酸乙二酯和胶棉溶液，搅拌均匀，制成X-Si合金膏剂；或将纯金属X和Si颗粒置于真空炉中熔炼并浇注成扁锭，随后轧制成IOOlOOim厚的箔片，再经过裁剪、清洗和干燥处理。(2)待连接部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种炭/炭复合材料与金属的连接方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)??X?Si合金膏剂的制备：将高能球磨机械合金化合成的X?Si合金粉经进一步研磨至中位径1~2μm后，依次加入草酸乙二酯和胶棉溶液，搅拌均匀，制成X?Si合金膏剂；?(2)?待连接部件的处理：将炭/炭复合材料和金属部件的待连接表面依次经过磨平、清洗和干燥处理，再将调好的X?Si合金膏剂涂敷在处理好的待连接部件的连接表面上，形成X?Si合金涂层，晾干；(3)??中间层金属片的前处理：将厚为50~200ìm的中间层金属裁剪加工为与待连接部件连接表面大小相同的金属片，并清洗和干燥；?(4)?装配及连接：在处理好的待连接部件的连接表面中间设置一中间层金属片，并在压力装配和真空或惰性气氛保护条件下，采用不同得加热速率加热至连接温度时，并保温一定时间，最后缓慢冷却至室温，取出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：乔冠军，刘桂武，周重见，沈湘黔，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：