[发明专利]一种C/SiC复合材料的钎焊连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种C/SiC复合材料的钎焊连接方法，具体涉及一种通过Cu-Ti-Al活性钎料实现对C/SiC复合材料焊接的方法。

背景技术

C/SiC复合材料具有低密度、高强度、高模量、高热导、耐辐射、韧性好、高温力学性能优异等特点，在航空航天、新能源及交通运输等高技术领域具有广阔的应用前景。但欲实现C/SiC复合材料的工程应用，则需要制备复杂形状构件、修复受损材料以及进行封装等，这些会涉及到材料的连接。目前C/SiC复合材料的连接方式主要有机械连接、粘接、先驱体转化、反应成型、固相扩散、钎焊、在线液相渗透等，其中钎焊连接具有工艺简单、接头适用温度较高、密封性能好等优点，是一种非常具有实用价值和发展前景的连接方法。

从目前的公开报道来看，有关C/SiC复合材料钎焊连接的研究主要集中在C/SiC复合材料与金属的异质材料连接方面，而关于C/SiC复合材料自身之间的钎焊连接却鲜有报道。由于受C/SiC复合材料制备工艺限制，材料很难达到致密，通常存在裂纹和气孔等本征缺陷，孔隙率达到10％～20％。这样在钎焊连接过程中易导致在焊缝区形成气孔，同时易使熔化的焊料过多地渗入C/SiC复合材料内部，造成焊缝区残余的焊料太少，从而影响焊接质量，甚至导致连接失败。此外，C/SiC复合材料具有各向异性的特点，对其自身进行钎焊连接时，接头处于复杂的应力场，影响接头性能的因素也更加复杂。上述因素导致实现C/SiC复合材料自身有效的钎焊连接更加具有挑战性。采用传统的低温钎料获得的接头高温强度差，不适于高温条件下应用；而采用高温钎料则需在较高的温度下进行连接，如镍基焊料的连接温度通常高于1100℃，对母材损伤大。因此迫切需要开发一种能够在较低温度(1000℃左右)下实施连接，而接头又具有良好高温强度的钎焊连接方法。

发明内容

本发明旨在克服现有C/SiC复合材料焊接方法的缺陷，本发明提供了一种通过Cu-Ti-Al活性钎料实现对C/SiC复合材料低温焊接的方法。

本发明提供了一种C/SiC复合材料的钎焊连接方法，所述方法包括：

1)将Cu粉、Al粉、Ti源混合均匀，得到钎料粉末，加入粘结剂配制成钎料膏，其中，Ti源为Ti粉或TiH₂粉；

2)将步骤1)中制备的钎料膏涂覆在经表面预处理的C/SiC复合材料之间，制成C/SiC-钎料膏-C/SiC结构的预连接件；

3)将步骤2)中制备的预连接件干燥后，移至真空钎焊炉中进行钎焊。

本发明提供的钎焊连接，采用含有Cu、Al、和Ti的钎料，由于采用Cu基体，具有导热性、耐腐蚀性好，对母材损伤较小等优点。该钎料不会像Ti基钎料那样基体做为活性组分，在较高温度下长时间服役时与母材发生过量的反应，生成脆性物质而对接头产生持续损伤。钎料中Al元素一方面可以降低钎焊实施温度从而减小能耗和对母材的损伤，另一方面可以提高钎料的流动性及抗氧化性能，并促进SiC基复合材料与钎料之间的元素相互扩散。钎料中Ti元素主要有两方面作用。首先，通过与SiC基复合材料形成化学键合，提高钎料对母材的润湿性从而增大连接强度。其次，Ti元素可以与钎料中Al元素以及从母材扩散到钎料中的Si、C等元素发生反应，原位形成碳化钛、硅铝和硅钛化合物等粒子或晶须耐高温增强相，从而提高钎焊接头的连接强度尤其是高温强度。

较佳地，所述钎料粉末中，Al粉的重量百分含量为1wt％～10wt％，优选3wt％～10wt％，更优选4wt％-7wt％；钛源的百分含量为4wt％～18wt％，优选7wt％-15wt％；余量为Cu粉。

较佳地，所述钎料膏中粘结剂的加入量为所述钎料粉末的45wt％～80wt％，优选50wt％～60wt％。若粘结剂太多，钎料膏中钎料粉末的含量太少而且不易涂覆；反之则达不到粘结作用而且容易在焊缝中形成孔洞。

较佳地，步骤1)中，粘结剂采用浓度为1wt％～8wt％的聚乙烯缩丁醛的环己酮溶液。

较佳地，步骤2)中，涂覆在C/SiC复合材料表面的钎料膏的厚度为0.5～3mm。

较佳地，步骤3)中，焊接温度为900℃～1080℃，优选950℃～1020℃。具体焊接温度由具体钎料组成决定，一般来说，钎料中钛和铝含量越高，所需焊接温度越低；反之所需焊接温度越高。

较佳地，步骤3)中，钎焊的保温时间为1～30分钟，真空度高于1.0×10^-2Pa。

本发明的有益效果：