CN101235447A - 炭/炭复合材料与铜连接用合金及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

一种炭/炭复合材料与铜连接用合金，合金元素重量百分比为Cu 50％～90％，Cr 1％～20％，Ti 0％～20％， Ni 0％～30％，Zr 1％～20％，Mn 2％～20％。将上述原料配制，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭；采用气体雾化制粉方法，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下，将合金铸锭重熔、制粉；将合金粉末筛选分级。本发明的连接用合金对炭/炭复合材料和铜均具有好的化学和物理相容性。

Description

炭/炭复合材料与铜连接用合金及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种异质材料连接用合金，特别是一种炭/炭复合材料与铜连接用合金。

背景技术

炭/炭复合材料是一种以炭纤维增强炭基体的先进复合材料，具有耐高温、抗辐射、耐腐蚀等优异性能。铜是一种金属材料，具有高导热、导电等性能。如果能够制备出两者的连接件，使之兼具炭/炭复合材料和铜的优异性能，则将拓宽炭/炭复合材料在航空航天、核能、化工等领域的应用范围。

焊接是实现炭/炭复合材料与铜连接的优选方案，但首先必需解决两个关键问题。其一是炭/炭复合材料与铜的润湿性。根据相关理论，要实现可靠连接，金属对炭的润湿角必须小于90度。但铜为140度，不经特殊处理无法实现连接；其次是炭/炭复合材料与铜之间热膨胀的差异。与铜相比，炭/炭复合材料的热膨胀系数小一个数量级，且呈明显的各向异性。在温变过程中，这种差异引致的连接界面热应力集中，将可能引起界面剥离、脱离，最终导致连接失效。

发细内容

本发明的目的是提供一种连接用合金及其制备方法，改进炭/炭复合材料与铜之间润湿性和热膨胀匹配。

本发明采用的技术方案如下：

1、炭/炭复合材料与铜连接用合金，其合金元素重量百分比如下：

Cu 50％～90％，Cr 1％～20％，Ti 0％～20％，Ni 0％～30％Zr 1％～20％，Mn 2％～20％

2、连接用合金的制备方法，包括如下步骤：

1)按合金元素重量百分比：Cu 50％～90％、Cr 1％～20％、Ti 0％～20％、Ni 0％～30％、Zr 1％～20％、Mn 2％～20％配制合金原料；

2)在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭；

3)采用气体雾化制粉方法，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下，将合金铸锭重熔、制粉；

4)将合金粉末筛选分级。

本发明具有如下优点和积极效果：

加入Cr、Ti、Ni等碳化物生成元素，改善连接合金对炭/炭复合材料的润湿性。加Zr元素，降低连接合金的热膨胀系数。加Cu、Mn元素，降低连接合金的熔化温度，提高连接合金的延展性能，有利于连接界面热应力的松弛。真空感应熔铸+气体雾法制粉方法，确保合金成分的均匀性。本发明的连接用合金对炭/炭复合材料和铜均具有好的化学和物理相容性。

具体实施方式

下面本发明的进行具体的描述：

实施例1

首先，按重量百分比：Cu 51％、Cr 19％、Ti 11％、Zr 1％、Mn 18％配制成合金原料。其次，将合金原料置于真空感应加热炉内，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下熔炼、浇铸成锭。再次，将铸锭置于气体雾化制粉装置中，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下重熔、制粉。最后，将制得的合金粉末筛选分级。

实施例2

首先，按重量百分比：Cu 60％、Cr 1％、Ni 26％、Zr 8％、Mn 5％配制成合金原料。其次，将合金原料置于真空感应加热炉内，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下熔炼、浇铸成锭。再次，将铸锭置于气体雾化制粉装置中，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下重熔、制粉。最后，将制得的合金粉末筛选分级。

实施例3

首先，按重量百分比：Cu 60％、Cr 1％、Ti 19％、Zr 18％、Mn 2％配制成合金原料。其次，将合金原料置于真空感应加热炉内，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下熔炼、浇铸成锭。再次，将铸锭置于气体雾化制粉装置中，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下重熔、制粉。最后，将制得的合金粉末筛选分级。

实施例4

首先，按重量百分比：Cu 71％、Cr 5％、Ti 2％、Zr 12％、Mn 10％配制成合金原料。其次，将合金原料置于真空感应加热炉内，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下熔炼、浇铸成锭。再次，将铸锭置于气体雾化制粉装置中，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下重熔、制粉。最后，将制得的合金粉末筛选分级。

实施例5

首先，按重量百分比：Cu 73％、Cr 2％、Ni 14％、Zr 9％、Mn 2％配制成合金原料。其次，将合金原料置于真空感应加热炉内，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下熔炼、浇铸成锭。再次，将铸锭置于气体雾化制粉装置中，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下重熔、制粉。最后，将制得的合金粉末筛选分级。

实施例6

首先，按重量百分比：Cu 87％、Cr 10％、Zr 1％、Mn 2％配制成合金原料。其次，将合金原料置于真空感应加热炉内，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下熔炼、浇铸成锭。再次，将铸锭置于气体雾化制粉装置中，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下重熔、制粉。最后，将制得的合金粉末筛选分级。

Claims (3)

1. 炭/炭复合材料与铜连接用合金，其特征在于：合金元素重量百分比为Cu 50％～90％，Cr 1％～20％，Ti 0％～20％，Ni 0％～30％，Zr 1％～20％，Mn 2％～20％。

2. 根据权利要求1所述的炭/炭复合材料与铜连接用合金，其特征在于：合金元素重量百分比：Cu 60％、Cr 1％、Ti 19％、Zr 18％、Mn 2％。

3. 根据权利要求1所述的炭/炭复合材料与铜连接用合金的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：

1)配制合金原料；

2)在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下感应熔炼、浇铸成锭；

3)采用气体雾化制粉方法，在1500～1700℃、小于10Pa的真空度下，将合金铸锭重熔、制粉；

4)将合金粉末筛选分级。