本发明专利技术公开了一种碳／碳、碳／碳化硅复合材料与耐热合金的连接方法，首先在Ｃ／ＳｉＣ或Ｃ／Ｃ待连接表面加工出矩形波、三角波或正弦波等波形结构，利用焊前熔敷或连接热过程，使中间层连接材料熔化，并填平上述Ｃ／ＳｉＣ或Ｃ／Ｃ的波形和连接面，同时渗入Ｃ／ＳｉＣ或Ｃ／Ｃ基体内部，与Ｃ／ＳｉＣ或Ｃ／Ｃ生成化学键合，进而与耐热合金达到机械咬合与化学键合相结合的连接功能。本发明专利技术通过改变接头界面几何结构的方式，即将现有技术的平直接头界面变为矩形波、三角波或正弦波等波形接头界面，达到缓解接头热应力，并将热应力集中区从较弱的接头界面转移至Ｃ／ＳｉＣ或Ｃ／Ｃ基体内部的目的，从而削弱接头热应力的不利影响，提高接头的剪切强度。本发明专利技术接头的剪切强度由现有技术的２５～３０ＭＰａ提高到３０～５０ＭＰａ。
Connection method of carbon / carbon or carbon / silicon carbide composite material and heat-resisting alloy
The invention discloses a method for connecting carbon / carbon and carbon / silicon carbide composites and heat resistant alloy, first in the C / SiC or C / C connection to be machined surface rectangular wave, triangle wave and sine wave wave structure, use before welding cladding or connected with the heat process, make the middle layer is connected with the material melting in the C, and C / C / SiC or the waveform and the connecting surface, at the same time into C / SiC or C / C matrix, and C / SiC or C / C to generate chemical bonding and heat resistant alloy connection function to achieve mechanical occlusion and chemical bonding combination. This invention changes the interface geometry structure, interface to existing technology straight into rectangular wave, triangle wave and sine wave waveform of the interface, to alleviate the thermal stress in the joint, and the thermal stress concentration area from a weak interface transfer to C / SiC or C / C matrix for internal purposes thus, weaken the adverse effects of the thermal stress in the joint, improve the shear strength of the joint. The shear strength of the joint of the present invention is increased from 25 to 30MPa of the prior art to 30 to 50MPa.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种。
技术介绍
文献“申请号为200510096435.1”中国专利介绍了一种碳/碳复合材料与钛合金焊接方法，方法采用了由核心中间层和辅助中间层两部分构成复合功能中间层设计。核心中间层可通过共晶熔化渗入C/C基体，同时核心中间层中的活性金属与C/C表面生成化学键合，进而达到机械咬合与化学反应相结合的连接功能。而通过选择合适的辅助中间层材料，可以有效的缓解接头焊后残余热应力。其复合功能中间层能够同时实现焊接与有效缓解残余热应力的双重功能。这种连接方法主要存在以下缺陷第一，接头使用温度低。采用了Cu作为缓解接头热应力的辅助中间层，尽管达到了缓解热应力的目的，接头获得了较高的室温连接强度，但是，由于Cu熔点较低，仅为1084.62℃，所以接头的高温性能差，在受力条件下，工作温度很难超过600℃。第二，连接强度偏低，尽管采用了辅助中间层来缓解接头的残余热应力，但C/C一侧靠近焊接界面区域仍是整个接头应力最为集中的区域，同时由于焊接过程中的化学反应生成的脆性相的存在，导致接头在焊接界面处容易发生断裂，接头的力学性能下降，焊后接头的室温剪切强度只有25～30MPa；
技术实现思路
为了克服现有技术焊接的接头剪切强度差的不足，本专利技术提供一种。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种，其特征在于包括以下步骤1)在碳/碳或碳/碳化硅复合材料待连接表面加工出凹槽结构，选取Ti、Cu箔或者Ti、Ni箔或者Nb、Ni箔叠加形成的中间层材料，清洗各中间层材料并清理各待连接表面；2)将中间层材料置于耐热合金与碳/碳或碳/碳化硅复合材料之间，中间层材料中熔点较高的金属箔与碳/碳或碳/碳化硅复合材料接触，构造被焊工件；然后将被焊工件装入真空炉内，并放置于真空扩散焊炉内上压头和下压头之间，在上压头与耐热合金、下压头与碳/碳或碳/碳化硅复合材料之间放置阻焊层；关闭真空炉门，抽真空，当真空度达到1.3×10-2Pa后，对被连接件施加0.05～0.1MPa压力，然后加热，以3～6℃/min的速度，从室温升至900～1250℃，并在900～1250℃保温45～65min；保温结束后，以0.5～1℃/min速度降温；当温度低于100℃时，卸压出炉；当中间层材料为单一的Ti箔或者Nb箔时，先将Ti箔或者Nb箔放置在步骤1)加工出凹槽的碳/碳或碳/碳化硅复合材料上面，置于真空炉内，利用感应加热方式将Ti箔或者Nb箔熔敷于碳/碳或碳/碳化硅复合材料待连接表面的凹槽里，在真空度为1.3×10-2Pa条件下，加热到1700～2500℃，并保温8～10min冷却；将耐热合金与熔敷有Ti箔或者Nb箔的碳/碳或碳/碳化硅复合材料，放置于真空扩散焊炉内上压头和下压头之间，在上压头与耐热合金、下压头与碳/碳或碳/碳化硅复合材料之间放置阻焊层；关闭真空炉门，抽真空，当真空度达到1.3×10-2Pa后，对被连接件施加4～6MPa压力，然后加热，以6～8℃/min的速度，从室温升至960～1600℃，并在960～1600℃保温50～60min；保温结束后，以0.5～1℃/min速度降温；当温度低于100℃时，卸压出炉。所述的中间层材料的体积应当为凹槽体积的1.2～1.4倍。本专利技术的有益效果是通过改变碳/碳、碳/碳化硅复合材料接头界面几何结构的方式，即将传统的平直接头界面变为矩形波、三角波或正弦波等波形接头界面，达到缓解接头热应力，并将热应力集中区从较弱的接头界面转移至碳/碳、碳/碳化硅复合材料基体内部的目的，从而削弱接头热应力的不利影响，提高接头的剪切强度。经过测试，实施例所列接头的剪切强度由现有技术的25～30MPa提高到30～50MPa。而且通过改变中间层材料，接头的使用温度可达到1500℃。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。附图说明图1是本专利技术在碳/碳或碳/碳化硅复合材料连接面加工的矩形波凹槽结构示意2是本专利技术在碳/碳或碳/碳化硅复合材料连接面加工的三角形波凹槽结构示意3是本专利技术在碳/碳或碳/碳化硅复合材料连接面加工的正弦波凹槽结构示意4是本专利技术碳/碳或碳/碳化硅复合材料上凹槽的走向应与C纤维编制体关系示意5是本专利技术一次加热、加压装卡示意6是本专利技术难熔中间材料通过感应加热熔敷后装卡示意中，1-碳/碳或碳/碳化硅复合材料 2-C纤维编制体 3-凹槽 4-C纤维编制体的小角度中心线方向 5-最小编制周期 6-C纤维编制体的大角度中心线方向 7-耐热合金 8-中间层材料 9-上压头 10-阻焊层 11-下压头具体实施方式实施例1待焊面积为600cm2的C/SiC复合材料与Nb-10Hf-1Ti铌合金的连接。参照图1、图5。用砂纸将C/SiC复合材料、Nb-10Hf-1Ti铌合金待连接面打磨平整、并去除铌合金表面氧化膜。用金刚石慢速切割机在C/SiC复合材料待连接表面加工出矩形波凹槽结构，矩形高度为1.2mm，矩形宽度为0.28mm，矩形间隔为1.4mm。选取Ti、Cu箔为中间层，总厚度0.56mm，其中Ti的重量为Ti、Cu箔总重量的20％。用Keller试剂清洗Ti箔20秒，去除表面氧化膜。用去离子水超声波清洗C/SiC复合材料、Nb-10Hf-1Ti铌合金、Ti箔和Cu箔，清洗时间为3min，用冷风吹干后，将上述各部分放入真空室装卡。将Ti、Cu箔叠加形成的中间层材料8置于Nb-10Hf-1Ti铌合金7与C/SiC复合材料1之间，其中Ti箔与C/SiC复合材料1接触，构造被焊工件。然后将被焊工件装入真空炉内，并放置于真空扩散焊炉内上压头9和下压头11之间，在上压头9与Nb-10Hf-1Ti铌合金7、下压头11与C/SiC复合材料1之间放置阻焊层10。关闭真空炉门，抽真空。当真空度达到1.3×10-2Pa后，对被连接件施加0.1MPa压力。然后加热，以3℃/min的速度，从室温升至900℃，并在900℃保温45min。保温结束后，降温，降温速度为1℃/min。当温度低于100℃时，卸除0.1MPa压力，向真空室内充入大气，打开真空室门，取出工件。经实验室测试，接头工作温度600℃，接头的室温剪切强度30MPa。实施例2待焊面积为1200cm2的C/SiC复合材料与钼的连接。参照图2、图5。将用砂纸将C/SiC复合材料、钼待连接面打磨平整。并去除钼表面氧化膜。金刚石慢速切割机在C/SiC复合材料待连接表面加工出三角波结构，三角形槽为等腰三角形，等腰三角形底边0.36mm，等腰三角形高1.1mm，槽中心间距1.2mm；选取Ti、Ni箔为中间层，总厚度0.45mm，其中Ti的重量百分比为63％。用Keller试剂清洗Ti箔20秒，去除表面氧化膜。用乙醇超声波清洗C/SiC复合材料、钼和Ti、Ni箔，清洗时间为3min，用冷风吹干后，将上述各部分放入真空室装卡，将Ti、Ni箔叠加形成的中间层材料8置于钼7与C/SiC复合材料1之间，其中Ti箔与C/SiC复合材料1接触，构造被焊工件。然后将被焊工件装入真空炉内，并放置于真空扩散焊炉内上压头9和下压头11之间，在上压头9与钼7、下压头11与C/SiC复合材料1之间放置阻焊层10。关闭真空炉门，抽真空。当真空度达到1.3×10-2Pa后，对被连接件施加0.08MPa压力然后加热本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳／碳、碳／碳化硅复合材料与耐热合金的连接方法，其特征在于包括以下步骤：１）在碳／碳或碳／碳化硅复合材料待连接表面加工出凹槽结构，选取Ｔｉ、Ｃｕ箔或者Ｔｉ、Ｎｉ箔或者Ｎｂ、Ｎｉ箔叠加形成的中间层材料，清洗各中间层材料并清理各待连 接表面；２）将中间层材料置于耐热合金与碳／碳或碳／碳化硅复合材料之间，中间层材料中熔点较高的金属箔与碳／碳或碳／碳化硅复合材料接触，构造被焊工件；然后将被焊工件装入真空炉内，并放置于真空扩散焊炉内上压头和下压头之间，在上压头与耐热合 金、下压头与碳／碳或碳／碳化硅复合材料之间放置阻焊层；关闭真空炉门，抽真空，当真空度达到１．３×１０↑［－２］Ｐａ后，对被连接件施加０．０５～０．１ＭＰａ压力，然后加热，以３～６℃／ｍｉｎ的速度，从室温升至９００～１２５０℃，并在９００～１２５０℃保温４５～６５ｍｉｎ；保温结束后，以０．５～１℃／ｍｉｎ速度降温；当温度低于１００℃时，卸压出炉；当中间层材料为单一的Ｔｉ箔或者Ｎｂ箔时，先将Ｔｉ箔或者Ｎｂ箔放置在步骤１）加工出凹槽的碳／碳或碳／碳化硅复合材料上面，置于真空 炉内，利用感应加热方式将Ｔｉ箔或者Ｎｂ箔熔敷于碳／碳或碳／碳化硅复合材料待连接表面的凹槽里，在真空度为１．３×１０↑［－２］Ｐａ条件下，加热到１７００～２５００℃，并保温８～１０ｍｉｎ冷却；将耐热合金与熔敷有Ｔｉ箔或者Ｎｂ箔的碳／碳或碳／碳化硅复合材料，放置于真空扩散焊炉内上压头和下压头之间，在上压头与耐热合金、下压头与碳／碳或碳／碳化硅复合材料之间放置阻焊层；关闭真空炉门，抽真空，当真空度达到１．３×１０↑［－２］Ｐａ后，对被连接件施加４～６ＭＰａ压力，然后加热，以６～８℃／ｍｉｎ的速度，从室温升至９６０～１６００℃，并在９６０～１６００℃保温５０～６０ｍｉｎ；保温结束后，以０．５～１℃／ｍｉｎ速度降温；当温度低于１００℃时，卸压出炉。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：熊江涛，李京龙，张赋升，成来飞，李贺军，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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