【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纤维增强陶瓷基复合材料领域，具体而言，涉及一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法。
技术介绍
1、纤维增强陶瓷基复合材料以其卓越的耐高温、低密度、高强度、高模量和高韧性等特性，在航空航天、高速交通工具、核能等高端领域得到广泛应用。这些材料通常需要通过真空钎焊技术进行连接，以确保在极端环境下的可靠性和耐用性。真空钎焊不仅能够提供精确的尺寸控制和表面质量，还能同步完成钎焊和淬火过程，提高生产效率，是制造高性能复合材料部件的关键技术。然而，纤维增强陶瓷基复合材料构件常在高温、热振、交变载荷等恶劣工况下服役，导致钎焊接头界面易发生快速脆性断裂失效。对此，亟需在缓释接头高残余应力的同时提高焊缝韧性，以保障工况下接头的服役可靠性。
2、当前研究普遍认为，纤维增强陶瓷基复合材料-金属钎焊接头中纤维增强陶瓷基复合材料与钎缝的界面反应层是接头断裂的最大隐患位置。对此，研究人员主要采用钎缝复合化及界面结构改性两种方法来改善接头的钎焊连接性能。其中，钎缝复合化主要通过向钎缝中引入尽可能分布均匀的、细小的高性能强化相来改善焊缝的热物理性能及塑韧性，从而实现接头强化。诚然，这种方式能够有效形成接头性质梯度过度并间接改善陶瓷与钎缝界面的失效阈值，但无法改变接头整在过程中位错易在平直界面结构中快速扩展的本质，限制了接头强度和韧性的进一步提高。相比之下，界面结构改性的方法则可以通过表面增材或减材的方式，令原本平直的界面反应层毛化，从而直接干预陶瓷或复合材料与钎缝的界面断裂行为。但表面增材方法存在工艺复杂、工艺条件苛刻及工艺
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，解决了由于纤维增强陶瓷基复合材料和金属材料的热膨胀系数和弹性模量强失配，导致钎焊接头内存在高残余应力，削弱接头承载能力，同时航天飞行器姿控发动机主要在高温、热振、交变载荷耦合的恶劣工况下服役，导致过渡环-喷管异质钎焊接头界面易发生快速脆性断裂失效的问题。
2、为了实现上述专利技术目的，一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，包括以下步骤：
3、步骤一：将纤维增强陶瓷基复合材料通过线切割的方式得到任意需要尺寸的块体，然后在乙醇中超声清洗10～15min，并在烘箱中干燥；
4、步骤二：将步骤一所得洁净的纤维增强陶瓷基复合材料的待焊面采用600～800目的碳化硅砂纸进行打磨，以去除纤维增强陶瓷基复合材料待焊面的划痕，然后在乙醇中超声清洗10～15min，将其放入60～80℃的烘箱中干燥后备用；
5、步骤三：在空气中用激光器对步骤二所得的纤维增强陶瓷基复合材料待焊面进行表面织构化处理，在激光织构化过程中，纤维增强陶瓷基复合材料放置于激光器物镜台的中心，然后采用离焦量为–5～5mm，激光功率为0～300w，激光扫描速度为5～100mm s–1的激光垂直照射，得到织构化的纤维增强陶瓷基复合材料；
6、步骤四：将活性钎料放置于步骤三所得织构化的纤维增强陶瓷基复合材料与金属的待焊面之间，完成钎焊装配；
7、步骤五：将步骤四的的焊接装配件放入真空钎焊炉中，抽真空至真空度低于3×10–3pa，随后以5～30℃min–1的升温速率将真空钎焊炉炉膛升温至钎料熔点以上30～120℃后保温5～60min，最后以1～10℃min–1的降温速度将真空钎焊炉炉膛冷却至室温，完成钎焊过程，获得纤维增强陶瓷基复合材料或陶瓷与金属钎焊接头。
8、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：
9、1.本专利技术利用激光辐照纤维增强陶瓷基复合材料表面得到精密减材效果明显，纤维阵列锯齿结构的织构化纤维增强陶瓷基复合材料，实现对母材界面微观结构的改性，从而在钎焊接头中形成机械互锁钉扎结构；同时在纤维增强陶瓷基复合材料表面形成低线膨胀系数颗粒，实现钎缝复合化，改善钎缝性能，缓解接头残余应力；高强韧的纤维增强陶瓷基复合材料母体以及减材区凝固的优异塑性钎料形成的交替结构，在承载外力时能够通过诱发裂纹桥联、裂纹偏转及纤维拔出来充分消耗裂纹扩展的能量，从而提高接头力学性能。同时，激光诱导纤维增强陶瓷基复合材料表面织构化产生的均匀的、细小的高性能强化相可以有效改善焊缝的热物理性能及塑韧性，从而实现接头强化。
10、2.本专利技术通过表面减材的方法使得原本平直的界面反应层毛化，与工艺复杂、工艺条件苛刻及工艺成本高表面增材方法相比，该方法极大地降低了工艺的经济成本和人工成本。
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1.一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，在步骤一中，将纤维增强陶瓷基复合材料通过线切割的方式得到尺寸为5mm×5mm×5mm的块体，然后在乙醇中超声清洗10min，并在烘箱中干燥待用。
3.根据权利要求2所述的一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，在步骤三中的激光织构化过程中，将Cf/SiC纤维增强陶瓷基复合材料放置于激光器物镜台的中心，然后采用离焦量为0mm，激光功率为80W，激光扫描速度为50mm s–1的激光垂直照射，得到织构化的Cf/SiC纤维增强陶瓷基复合材料。
4.根据权利要求2所述的一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，在步骤三中的激光织构化过程中，将Cf/SiC纤维增强陶瓷基复合材料放置于激光器物镜台的中心，然后采用离焦量为–1mm，激光功率为40W，激光扫描速度为10mm s–1的激光垂直照射，得到织构化的Cf/SiC纤维增强陶瓷基复合材料。p>
5.根据权利要求2所述的一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，在步骤三中的激光织构化过程中，Cf/C纤维增强陶瓷基复合材料放置于激光器物镜台的中心，然后采用离焦量为–1mm，激光功率为120W，激光扫描速度为80mm s–1的激光垂直照射，得到织构化的Cf/C纤维增强陶瓷基复合材料。
6.根据权利要求2所述的一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，在步骤三中的激光织构化过程中，Cf/C-SiC纤维增强陶瓷基复合材料放置于激光器物镜台的中心，然后采用离焦量为1mm，激光功率为160W，激光扫描速度为30mm s–1的激光垂直照射，得到织构化的Cf/C-SiC纤维增强陶瓷基复合材料。
7.根据权利要求2所述的一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，在步骤四中以BNi2(6.0–8.0Cr,4.0–5.0Si,2.75–3.5B,2.5–3.5Fe,bal.Ni,wt％)活性钎料为钎料焊接织构化的Cf/C复合材料与金属GH3536，升温速率15℃min–1，钎焊温度为1050℃，保温5min，降温速率为3℃min–1。
8.根据权利要求2所述的一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，在步骤四中以Ag-27.5Cu-4.5Ti(wt.％)活性钎料为钎料焊接织构化的Cf/SiC复合材料与金属Nb，升温速率10℃min–1，钎焊温度为880℃，保温10min，降温速率为5℃min–1。
...【技术特征摘要】
1.一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，在步骤一中，将纤维增强陶瓷基复合材料通过线切割的方式得到尺寸为5mm×5mm×5mm的块体，然后在乙醇中超声清洗10min，并在烘箱中干燥待用。
3.根据权利要求2所述的一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，在步骤三中的激光织构化过程中，将cf/sic纤维增强陶瓷基复合材料放置于激光器物镜台的中心，然后采用离焦量为0mm，激光功率为80w，激光扫描速度为50mm s–1的激光垂直照射，得到织构化的cf/sic纤维增强陶瓷基复合材料。
4.根据权利要求2所述的一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，在步骤三中的激光织构化过程中，将cf/sic纤维增强陶瓷基复合材料放置于激光器物镜台的中心，然后采用离焦量为–1mm，激光功率为40w，激光扫描速度为10mm s–1的激光垂直照射，得到织构化的cf/sic纤维增强陶瓷基复合材料。
5.根据权利要求2所述的一种激光诱导复合材料表面多尺度微织构辅助钎焊的方法，其特征在于，在步骤三中的激光织构化过程中，cf/c纤维增强陶瓷基复合材料放置于激光器物...
【专利技术属性】
技术研发人员：王泽宇，杨梦颖，冯鑫鑫，曲直，郑富航，李蔓妮，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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