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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