一种以镍基金属箔片钎焊无压连接C/C复合材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种以镍基金属箔片钎焊无压连接C/C复合材料的方法，利用镍基金属箔片在高温下熔化与C/C复合材料本身发生化学反应产生化学结合，得到C/C复合材料与自身钎焊焊接接头，接头室温剪切强度最高可到28.3MPa，与背景技术相比，本发明专利技术焊接接头室温剪切强度提高约300％。由于镍基合金箔片熔点在1340℃左右，钎焊接头要比普通钎焊接头耐高温性能好，能够确保接头在高温环境下稳定服役。本发明专利技术在真空钎焊过程中无需压力，极大的简化了工艺流程，且C/C复合材料表面无需特殊处理，解决了传统C/C复合材料连接工艺复杂、过程不可控、性能易分散的问题。此方法还可以实现C/C复合材料异形件或者曲面的可靠连接。

A method of joining C/C composites without pressure by nickel based metal foil brazing

The invention relates to a method of brazing non pressure C/C composite with nickel base foil. The chemical reaction of nickel based foil at high temperature and the chemical reaction of C/C composite itself is produced, and the C/C composite is brazed with its own welding joint. The joint at room temperature can reach to 28.3MPa, and the background is up to the background. Compared with the technology, the shear strength of the welded joint at room temperature is increased by about 300%. Because the melting point of the nickel base alloy chaff is about 1340 C, the brazing joint is better than the ordinary brazing joint, and it can ensure the joint to serve steadily in the high temperature environment. The invention has no pressure in the process of vacuum brazing, greatly simplifies the process flow, and there is no special treatment on the surface of the C/C composite material, which solves the problems of complicated connection process, uncontrollable process and easy dispersion of the traditional C/C composite. This method can also realize the reliable connection of C/C composite special-shaped parts or curved surfaces.

【技术实现步骤摘要】
一种以镍基金属箔片钎焊无压连接C/C复合材料的方法
本专利技术属于无压连接碳/碳复合材料的方法，涉及一种以镍基金属箔片钎焊无压连接C/C复合材料的方法，在无压条件下采用镍基合金箔片钎焊连接C/C复合材料的工艺方法。
技术介绍
碳/碳(C/C)复合材料具有密度低、高温力学性能和抗热震性能优异、耐高温烧蚀等一系列优点，被广泛应用于航空航天领域。但是由于C/C复合材料自身成型工艺的限制，大型复杂构件难以一次成型，因此实现C/C复合材料之间的连接有着至关重要的意义。专利技术专利一“付前刚,王乐,赵凤玲,李贺军.一种C/C复合材料之间无压连接的方法[P].陕西：CN106747553A,2017-05-31.”提出一种在无压条件下实现C/C复合材料与自身的连接的方法，但该方法连接层材料在C/C复合材料表层的扩散渗透能力有限，制备的接头室温剪切强度仅为4.71～6.87MPa。文献一“WangJ,LiK,LiW,etal.Thepreparationandmechanicalpropertiesofcarbon/carboncompositejointsusingTi–Si–SiC–Cfillerasinterlayer[J].MaterialsScienceandEngineering:A,2013,574(7):37-45.”提出了一种用Ti-SiC-Si-C作为中间层热压连接C/C复合材料，但热压连接仅适用于平整连接面，无法实现对异形连接面的有效连接。文献二“WangM,LiuJ,DuH,etal.ASiCwhiskerreinforcedhigh-temperatureresistantphosphateadhesiveforbondingcarbon/carboncomposites[J].JournalofAlloys&Compounds,2015,633:145-152.”通过SiC晶须增韧磷酸盐粘合剂，实现了C/C复合材料之间的连接，但SiC晶须的增韧效果有限，且磷酸盐粘合剂自身内聚力不足，连接强度不超过10MPa。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种以镍基金属箔片钎焊无压连接C/C复合材料的方法，利用高温下镍基金属箔片熔化后与C/C复合材料反应，进而在界面处形成化学结合，接头室温剪切强度最高可达28.3MPa，解决了传统连接方法在C/C复合材料与中间层界面处容易出现裂纹孔洞等缺陷的问题，同时整个工艺过程不需要外加压力，可以实现C/C复合材料异形件或者曲面连接。技术方案一种以镍基金属箔片钎焊无压连接C/C复合材料的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将C/C复合材料放入丙酮溶液后超声清洗，放置在80℃的烘箱中干燥；步骤2：采用砂纸对镍基金属箔片的两面依次进行磨光，然后用丙酮和无水乙醇分别超声清洗多次；步骤3：在高温无压条件下制备C/C复合材料接头，具体步骤如下：步骤a：以C/C复合材料为连接母材，以镍基金属箔片为中间层，组装成三明治结构，固定放置于高温炉内；步骤b：对炉体进行抽真空操作，使真空度在1×10-4～1×10-2Pa内；步骤6：以5～15℃/min的升温速度将高温炉温升至1350～1600℃，保温15～60min，随后以5℃/min冷却速率冷却至室温，得到C/C复合材料接头。所述镍基金属箔片厚度为0.1～0.8mm。所述步骤1的超声清洗功率为60～80Hz，时间为1～2小时。所述步骤2的磨光分别采用80#、220#、400#、600#、1000#SiC砂纸依次进行磨光。所述步骤2的超声清洗多次是超声清洗三次，每次清洗时间为30min。有益效果本专利技术提出的一种以镍基金属箔片钎焊无压连接C/C复合材料的方法，利用镍基金属箔片在高温下熔化与C/C复合材料本身发生化学反应产生化学结合，得到C/C复合材料与自身钎焊焊接接头，接头室温剪切强度最高可到28.3MPa，与
技术介绍
相比，本专利技术焊接接头室温剪切强度提高约300％。由于镍基合金箔片熔点在1340℃左右，钎焊接头要比普通钎焊接头耐高温性能好，能够确保接头在高温环境下稳定服役。本专利技术在真空钎焊过程中无需压力，极大的简化了工艺流程，且C/C复合材料表面无需特殊处理，解决了传统C/C复合材料连接工艺复杂、过程不可控、性能易分散的问题。此方法还可以实现C/C复合材料异形件或者曲面的可靠连接。因镍基合金箔片熔化后与C/C复合材料母材发生反应在界面处形成化学结合，所得的接头室温剪切强度最高可达到28.3MPa，相比提高了约300％。由于中间层金属的熔点较高，接头能够承受较高温度，且钎焊过程无需压力，极大的简化了工艺流程，且C/C复合材料表面无需特殊处理，解决了传统C/C复合材料连接工艺复杂、过程不可控、性能易分散的问题。此方法还可以实现C/C复合材料异形件或者曲面的可靠连接。附图说明图1是本专利技术的工艺流程图图2是本专利技术所制备的C/C复合材料接头SEM照片具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：具体实施方式实施例一：步骤1，用镊子将C/C复合材料放入丙酮溶液，超声清洗2小时，超声功率为60Hz，放置在80℃的烘箱中干燥2小时备用；步骤2，取厚度为0.1mm的金属箔片，分别用80#、220#、400#、600#、1000#SiC砂纸依次进行磨光，然后依次用丙酮和无水乙醇分别超声清洗三次，每次清洗时间为30min备用；步骤3，高温无压真空条件下制备C/C复合材料接头，具体步骤如下：a.以步骤1中清洗处理后的C/C复合材料为连接母材，步骤2中准备好的镍基金属箔片为中间层，组装成三明治结构，并放置于高温炉内固定；b.使真空度达到1×10-2Pa；c.以5℃/min的升温速度将高温炉温升至1350℃，保温60min，随后以5℃/min冷却速度冷却至室温，完成C/C复合材料与自身的连接。所制备的接头截面形貌如图2所示，接头的平均剪切强度为23MPa。实施例二：步骤1，用镊子将C/C复合材料放入丙酮溶液，超声清洗2小时，超声功率为80Hz，放置在80℃的烘箱中干燥2小时备用；步骤2，取厚度为0.5mm的金属箔片，分别用80#、220#、400#、600#、1000#SiC砂纸依次进行磨光，然后依次用丙酮和无水乙醇分别超声清洗三次，每次清洗时间为30min备用；步骤3，高温无压条件下实现C/C复合材料与自身的连接，具体步骤如下：a.以步骤1中清洗处理后的C/C复合材料为连接母材，步骤2中准备好的镍基金属箔片为中间层，组装成三明治结构，并放置于高温炉内固定；b.对炉体进行抽真空操作，使真空度达到1×10-3Pa；c.以10℃/min的升温速度将高温炉升温至1550℃，保温30min，随后以5℃/min冷却速度冷却至室温，完成C/C复合材料与自身的连接。接头室温剪切强度28.3MPa。实施例三：步骤1，用镊子将C/C复合材料放入丙酮溶液，超声清洗1小时，超声功率为70Hz，放置在80℃的烘箱中干燥1小时备用；步骤2，取厚度为0.8mm的金属箔片，分别用80#、220#、400#、600#、1000#SiC砂纸依次进行打磨，然后依次用丙酮和无水乙醇分别超声清洗三次，每次清洗时间为30min备用；步骤3，高温无压条件下实现C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以镍基金属箔片钎焊无压连接C/C复合材料的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将C/C复合材料放入丙酮溶液后超声清洗，放置在80℃的烘箱中干燥；步骤2：采用砂纸对镍基金属箔片的两面依次进行磨光，然后用丙酮和无水乙醇分别超声清洗多次；步骤3：在高温无压条件下制备C/C复合材料接头，具体步骤如下：步骤a：以C/C复合材料为连接母材，以镍基金属箔片为中间层，组装成三明治结构，固定放置于高温炉内；步骤b：对炉体进行抽真空操作，使真空度在1×10‑4～1×10‑2Pa内；步骤6：以5～15℃/min的升温速度将高温炉温升至1350～1600℃，保温15～60min，随后以5℃/min冷却速率冷却至室温，得到C/C复合材料接头。

【技术特征摘要】
1.一种以镍基金属箔片钎焊无压连接C/C复合材料的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：将C/C复合材料放入丙酮溶液后超声清洗，放置在80℃的烘箱中干燥；步骤2：采用砂纸对镍基金属箔片的两面依次进行磨光，然后用丙酮和无水乙醇分别超声清洗多次；步骤3：在高温无压条件下制备C/C复合材料接头，具体步骤如下：步骤a：以C/C复合材料为连接母材，以镍基金属箔片为中间层，组装成三明治结构，固定放置于高温炉内；步骤b：对炉体进行抽真空操作，使真空度在1×10-4～1×10-2Pa内；步骤6：以5～15℃/min的升温速度将高温炉温升至1350～1600℃，保温15～60min，随后以5℃/min冷却速率冷却至室温，得到C/C...

【专利技术属性】
技术研发人员：付前刚，续润洲，李贺军，赵凤玲，王乐，童明德，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61