CN101239420A - 碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法 - Google Patents

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Abstract

碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法,它涉及碳/碳化硅与铌或铌合金的钎焊方法。本发明解决了现有连接方法只适用于碳/碳化硅复合材料本体的连接,且存在工艺复杂、接头的抗剪强度低及连接后的接头无法在500℃以上的温度下应用的问题。本发明的步骤如下:一、对待焊材料表面进行清理;二、进行焊件夹装;三、将夹装好的焊件进行钎焊,然后降温,即完成钎焊。本发明工艺过程简单,接头的抗剪强度高,在室温至600℃时的抗剪强度为70~120MPa,在800℃时接头的抗剪强度高达50~70MPa,适合应用到高温技术领域。

Description

碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法
技术领域
本发明涉及碳/碳化硅与铌或铌合金的钎焊方法。
背景技术
碳/碳化硅复合材料是一种新型超高温结构材料,在航空航天、武器装备等领域具有广阔的应用前景。
名称为“碳/碳化硅复合材料瞬间液相扩散焊接方法(中国专利号:ZL200510096313.2,申请日:2005年11月08日)”的专利中,所用连接方法只适用于碳/碳化硅复合材料本体的连接,而且工艺复杂;由于碳/碳化硅复合材料与金属热物理性能差异较大,连接后接头存在较高的残余应力,因此碳/碳化硅复合材料与金属的连接要比碳/碳化硅复合材料本体的连接困难,接头的抗剪强度低,在室温至500℃时的抗剪强度仅为12~104MPa,而且连接后的接头无法在500℃以上的温度下应用。
发明内容
本发明目的是为了解决现有连接方法只适用于碳/碳化硅复合材料本体的连接,且存在工艺复杂、接头的抗剪强度低及连接后的接头无法在500℃以上的温度下应用的问题,而提供一种碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法。
本发明中碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法按以下步骤实施:一、对Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金表面进行清理;二、Ti箔片和Ni箔片交替叠放形成2n层箔片的复合箔,然后按碳/碳化硅复合材料、复合箔及铌或铌合金的结构进行夹装,其中复合箔一端的Ti箔片与铌或铌合金接触,复合箔另一端的Ni箔片与碳/碳化硅复合材料接触;三、将夹装好的焊件置于真空炉中,以0.001~0.1MPa压力固定焊件,然后在真空度为1×10-3~6×10-3Pa的真空条件下,以10~30℃/min的速度升温到1100~1300℃,保温5~30min,再以5~20℃/min的速率降温到300~500℃后随炉冷却至室温,即完成钎焊;步骤二中1≤n≤X;步骤二中Ti箔片和Ni箔片厚度比为1~2∶1,复合箔的长与宽均比碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金的待焊表面大1~3mm。
本发明实现了碳/碳化硅复合材料与铌(Nb)或铌合金的直接反应钎焊连接,以较高的升温和降温速率将碳/碳化硅复合材料与铌或铌合金连接在一起,工艺过程简单,生产效率高。升温过程中,Ti-Ni形成反应液相,保温过程中Nb向反应液相中溶解扩散,形成Ni-Ti-Nb三元合金,合金中的Nb和Ti与碳/碳化硅反应形成冶金结合,同时Ni-Ti-Nb三元合金液相在毛细作用下向碳/碳化硅复合材料的孔隙中渗入,冷却凝固后孔隙中的合金对碳/碳化硅形成钉轧,获得较高的连接强度;接头的抗剪强度高,在室温至600℃时的抗剪强度为70~120MPa,在800℃时接头的抗剪强度高达50~70MPa,适合应用到高温技术领域。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法按以下步骤实施:一、对Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金表面进行清理;二、Ti箔片和Ni箔片交替叠放形成2n层箔片的复合箔,然后按碳/碳化硅复合材料、复合箔及铌或铌合金的结构进行夹装,其中复合箔一端的Ti箔片与铌或铌合金接触,复合箔另一端的Ni箔片与碳/碳化硅复合材料接触;三、将夹装好的焊件置于真空炉中,以0.001~0.1MPa压力固定焊件,然后在真空度为1×10-3~6×10-3Pa的真空条件下,以10~30℃/min的速度升温到1100~1300℃,保温5~30min,再以5~20℃/min的速率降温到300~500℃后随炉冷却至室温,即完成钎焊;步骤二中1≤n≤X;步骤二中Ti箔片和Ni箔片厚度比为1~2∶1,复合箔的长与宽均比碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金的待焊表面大1~3mm。
本实施方式中碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金的待焊表面相等。
本实施方式中所用铌合金可以为现有各种型号的铌合金。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤一中对Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金表面进行清理采用600#砂纸磨平,然后放入丙酮溶液中用超声波清洗,再晾干。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤二中复合箔厚度为150~400μm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤二中复合箔厚度为200μm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤二中Ti箔片和Ni箔片厚度比为1.5∶1,复合箔的长与宽均比碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金的待焊表面大2mm。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤三中以0.05MPa压力固定焊件,然后在真空度为5×10-3Pa的真空条件下,以15℃/min的速度升温到1200℃,保温20min。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一的不同是步骤三中以15℃/min的速率降温到350℃后随炉冷却至室温。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式八:本实施方式碳/碳化硅与铌用复合箔片钎焊的方法按以下步骤实施:一、对Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅复合材料及铌表面进行清理;二、Ti箔片和Ni箔片交替叠放形成4层箔片的复合箔,厚度为360μm,然后按碳/碳化硅复合材料、复合箔及铌或铌合金的结构进行夹装,其中复合箔一端的Ti箔片与铌或铌合金接触,复合箔另一端的Ni箔片与碳/碳化硅复合材料接触;三、将夹装好的焊件置于真空炉中,以0.01MPa压力固定焊件,然后在真空度为1×10-3Pa的真空条件下,以20℃/min的速度升温到1180℃,保温10min,再以10℃/min的速率降温到400℃后随炉冷却至室温,即完成钎焊;步骤二中Ti箔片和Ni箔片厚度比为1.25∶1,复合箔的长与宽均比碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金的待焊表面大2mm。
碳/碳化硅复合材料与铌用复合箔片钎焊表明:碳/碳化硅复合材料与铌用复合箔片钎焊后的接头在室温至600℃时的抗剪强度为120MPa,在800℃时抗剪强度为70MPa。
具体实施方式九:本实施方式碳/碳化硅与铌合金用复合箔片钎焊的方法按以下步骤实施:一、对Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅复合材料及铌合金Nb-10Hf-1Ti(重量百分比)表面进行清理;二、Ti箔片和Ni箔片交替叠放形成4层箔片的复合箔,厚度为360μm,然后按碳/碳化硅复合材料、复合箔及铌或铌合金的结构进行夹装,其中复合箔一端的Ti箔片与铌或铌合金接触,复合箔另一端的Ni箔片与碳/碳化硅复合材料接触;三、将夹装好的焊件置于真空炉中,以0.01MPa压力固定焊件,然后在真空度为1×10-3Pa的真空条件下,以20℃/min的速度升温到1180℃,保温10min,再以10℃/min的速率降温到400℃后随炉冷却至室温,即完成钎焊;步骤二中Ti箔片和Ni箔片厚度比为1.25∶1,复合箔的长与宽均比碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金的待焊表面大2mm。
碳/碳化硅复合材料与铌合金用复合箔片钎焊表明:碳/碳化硅复合材料与铌合金用复合箔片钎焊后的接头在室温至600℃时的抗剪强度为110MPa,在800℃时抗剪强度为70MPa。

Claims (7)

1、碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法,其特征在于碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法按以下步骤实施:一、对Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金表面进行清理;二、Ti箔片和Ni箔片交替叠放形成2n层箔片的复合箔,然后按碳/碳化硅复合材料、复合箔及铌或铌合金的结构进行夹装,其中复合箔一端的Ti箔片与铌或铌合金接触,复合箔另一端的Ni箔片与碳/碳化硅复合材料接触;三、将夹装好的焊件置于真空炉中,以0.001~0.1MPa压力固定焊件,然后在真空度为1×10-3~6×10-3Pa的真空条件下,以10~30℃/min的速度升温到1100~1300℃,保温5~30min,再以5~20℃/min的速率降温到300~500℃后随炉冷却至室温,即完成钎焊;步骤二中1≤n≤X;步骤二中Ti箔片和Ni箔片厚度比为1~2∶1,复合箔的长与宽均比碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金的待焊表面大1~3mm。
2、根据权利要求1所述的碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法,其特征在于步骤一中对Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金表面进行清理采用600#砂纸磨平,然后放入丙酮溶液中用超声波清洗,再晾干。
3、根据权利要求1所述的碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法,其特征在于步骤二中复合箔厚度为150~400μm。
4、根据权利要求1所述的碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法,其特征在于步骤二中复合箔厚度为200μm。
5、根据权利要求1所述的碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法,其特征在于步骤二中Ti箔片和Ni箔片厚度比为1.5∶1,复合箔的长与宽均比碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金的待焊表面大2mm。
6、根据权利要求1所述的碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法,其特征在于步骤三中以0.05MPa压力固定焊件,然后在真空度为5×10-3Pa的真空条件下,以15℃/min的速度升温到1200℃,保温20min。
7、根据权利要求1所述的碳/碳化硅与铌或铌合金用复合箔片钎焊的方法,其特征在于步骤三中以15℃/min的速率降温到350℃后随炉冷却至室温。
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