CN101239836A - 碳/碳化硅与铌或铌合金用复合粉末钎焊的方法 - Google Patents

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Abstract

碳/碳化硅与铌或铌合金用复合粉末钎焊的方法，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、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、涂覆钎料然后进行夹装；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，在600～800℃的温度下，接头的抗剪强度高达35～50MPa，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粉末钎焊的方法
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，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、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粉末钎焊的方法。
本发明中碳/碳化硅与铌或铌合金用复合粉末钎焊的方法按以下步骤实施：一、对碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金表面进行清理；二、用丙三醇将复合粉末钎料混合成膏状，涂覆在清理后的铌或铌合金待焊连接面上，涂覆层厚度为200～500μm，再将碳/碳化硅复合材料夹装到涂覆层上；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；步骤二中复合粉末钎料由Ti粉末和Ni粉末按1∶1～4的质量比球磨混合而成，或者由TiH2粉末和Ni粉末按1∶1～4的质量比球磨混合而成。
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；在600～800℃的温度下，接头的抗剪强度高达35～50MPa，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粉末钎焊的方法按以下步骤实施：一、对碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金表面进行清理；二、用丙三醇将复合粉末钎料混合成膏状，涂覆在清理后的铌或铌合金待焊连接面上，涂覆层厚度为200～500μm，再将碳/碳化硅复合材料夹装到涂覆层上；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；步骤二中复合粉末钎料由Ti粉末和Ni粉末按1∶1～4的质量比球磨混合而成，或者由TiH2粉末和Ni粉末按1∶1～4的质量比球磨混合而成。
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球磨混合中磨球直径为2～10mm，球料比为10～15∶1，球磨机转速为100～400r/min，球磨混合时间为0.5～3h。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涂覆层厚度为250～450μm。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涂覆层厚度为350μm。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/碳化硅与铌用复合粉末钎焊的方法按以下步骤实施：一、对碳/碳化硅复合材料和铌表面进行清理；二、用丙三醇将复合粉末钎料混合成膏状，涂覆在清理后的铌待焊连接面上，涂覆层厚度为350μm，再将碳/碳化硅复合材料夹装到涂覆层上；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5×10-3Pa的真空条件下，以20℃/min的速度升温到1200℃，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；步骤二中复合粉末钎料由Ti粉末和Ni粉末按1∶1.5的质量比球磨混合而成。
碳/碳化硅复合材料与铌用复合粉末钎焊表明：碳/碳化硅复合材料与铌用复合粉末钎焊后的接头800℃时抗剪强度为35MPa。
具体实施方式九：本实施方式碳/碳化硅与铌合金用复合粉末钎焊的方法按以下步骤实施：一、对碳/碳化硅复合材料和铌合金(Nb-10Hf-1Ti(重量百分比))表面进行清理；二、用丙三醇将粉末钎料混合成膏状，涂覆在清理后的铌合金待焊连接面上，涂覆层厚度为350μm，再将碳/碳化硅复合材料夹装到涂覆层上；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5×10-3Pa的真空条件下，以20℃/min的速度升温到400～700℃，保温0.5～1h，再升温到1180℃，保温10min，然后以10℃/min的速率降温到400℃后随炉冷却至室温，即完成钎焊；步骤二中复合粉末钎料由TiH2粉末和Ni粉末按1∶1.5的质量比球磨混合而成。
本实施方式中升温到400～700℃，保温0.5～1h，达到除氢的作用。
碳/碳化硅复合材料与铌合金用复合粉末钎焊表明：碳/碳化硅复合材料与铌合金用复合粉末钎焊后的接头800℃时抗剪强度为50MPa。

Claims (7)

1、碳/碳化硅与铌或铌合金用复合粉末钎焊的方法，其特征在于碳/碳化硅与铌或铌合金用复合粉末钎焊的方法按以下步骤实施：一、对碳/碳化硅复合材料及铌或铌合金表面进行清理；二、用丙三醇将复合粉末钎料混合成膏状，涂覆在清理后的铌或铌合金待焊连接面上，涂覆层厚度为200～500μm，再将碳/碳化硅复合材料夹装到涂覆层上；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；步骤二中复合粉末钎料由Ti粉末和Ni粉末按1∶1～4的质量比球磨混合而成，或者由TiH2粉末和Ni粉末按1∶1～4的质量比球磨混合而成。
2、根据权利要求1所述的碳/碳化硅与铌或铌合金用复合粉末钎焊的方法，其特征在于步骤一中对碳/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粉末钎焊的方法，其特征在于步骤二球磨混合中磨球直径为2～10mm，球料比为10～15∶1，球磨机转速为100～400r/min，球磨混合时间为0.5～3h。
4、根据权利要求1所述的碳/碳化硅与铌或铌合金用复合粉末钎焊的方法，其特征在于步骤二中涂覆层厚度为250～450μm。
5、根据权利要求1所述的碳/碳化硅与铌或铌合金用复合粉末钎焊的方法，其特征在于步骤二中涂覆层厚度为350μm。
6、根据权利要求1所述的碳/碳化硅与铌或铌合金用复合粉末钎焊的方法，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粉末钎焊的方法，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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