CN101734941B - C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于异质材料连接技术领域的一种C/SiC或C/C复合材料与金属的真空活性钎焊工艺。其工艺过程为：分别对复合材料、被焊金属、活性钎料进行预处理后将活性钎料置于被焊复合材料与金属之间，垂直施加封接压力，然后将待焊工件置于真空钎焊炉内进行真空焊接。当复合材料与金属热膨胀系数差较大时，采用在双层钎料中间夹放金属过渡层来缓解封接应力。本发明具有如下特点：(1)对复合材料进行高温、真空热处理，避免了真空焊接时复合材料挥发物影响焊料封接质量；(2)活性钎料与复合材料直接发生物理化学反应，气密性好；(3)通过过渡金属塑性变形释放封接应力，连接强度高。
Description
技术领域
本发明属于异质材料连接技术领域，特别涉及一种C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺。
背景技术
碳纤维增强碳(C/C)复合材料和碳纤维增强碳化硅(C/SiC)复合材料具有密度小(一般密度1.75～2.10g/cm3)、质量轻、高温力学性能出众(强度高、模量大、断裂韧性和耐磨性能优异、抗冲刷、热稳性好、热膨胀系数低、导热能力高)等特点，是理想的空间飞行器推力室喷管材料。传统的C/C或C/SiC复合材料喷管与金属头部采用机械法连接，该方法制造的连接件结构复杂、推力室重量大，而且存在密封性差、可靠性低等缺点。
发明内容
本发明针对传统的C/C或C/SiC复合材料喷管与金属头部采用的机械法连接的缺点，提供一种C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺。本发明在真空条件下，通过活性钎料与复合材料之间复杂的物理化学反应，实现复合材料与金属的密封连接。其特征在于，具体步骤如下：
(1)C/C或C/SiC焊接区域表面预处理：采用金刚石砂轮对C/C或C/SiC复合材料焊接区域表面进行磨削加工，加工量为0.1～0.5mm，加工完成后，在丙酮溶液中超声波清洗20～40min，热风烘干后进行真空热处理，要求真空度1～10Pa，温度1000～1300℃，时间30～120min；
(2)活性钎料清洗：取厚度为0.1mm的片状活性钎料，在丙酮溶液中超声波清洗20～40min后用去离子水清洗干净，烘干待用；
(3)被焊金属清洗：首先在60～80℃碱溶液中煮沸5～10min进行除油处理，用去离子水冲洗干净后酸洗30～60s除锈，最后用去离子水清洗干净，烘干待用；
(4)过渡层金属清洗：用砂纸将金属表面打磨干净，在丙酮溶液中超声波清洗20～40min取出，吹干待用；
(5)装卡、焊接：将活性钎料置于被焊复合材料与金属之间，垂直施加0.5～2MPa封接压力，然后将待焊工件置于真空钎焊炉内，真空度优于5.0×10-3Pa，以5～10℃/min的速度升温至活性钎料的焊接温度，保温3～8min，然后以5～10℃/min的速度降温至300℃，再随炉冷却至室温。
(6)残余应力缓解：当复合材料与金属热膨胀系数差大于(15～30)×10-7/℃时，为缓解封接应力，步骤(5)中应采用“三明治”式活性钎料，即在双层钎料中间夹放金属过渡层，形成“被焊复合材料—活性钎料/金属过渡层/活性钎料—被焊金属”的封接结构，通过金属过渡层的塑性变形释放应力，过渡层选择塑性较好的金属无氧铜、Pd、Ag或Au，厚度为0.3～0.6mm。
上述步骤(2)中所选的活性钎料为Au基、Ag基、Pd基、Ni基或Cu基系列活性钎料。
上述步骤(3)中所选的被焊金属为钛合金、铌合金或铁基高温合金。
本发明用活性金属法实现了C/C或C/SiC复合材料与金属的连接，该方法工艺简单，生产效率高，适用于多种陶瓷，如SiC、Si3N4、Al2O3、AlN等与金属的连接。与机械连接相比，本发明具有如下有益效果：①对复合材料进行高温、真空热处理，避免了真空焊接时复合材料挥发物影响焊料封接质量；②活性钎料与复合材料直接发生物理化学反应，气密性好；③通过过渡金属塑性变形释放封接应力，连接强度高。
具体实施方式
本发明提供了一种C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺，下面通过具体的实施例来进一步解释本发明。
实施例1
C/SiC与C103(89Nb—10Hf—1Ti)铌合金的连接：
1、C/SiC焊接区域表面预处理：用金刚石砂轮对C/SiC复合材料焊接区域表面进行磨削加工，加工量为0.2mm，加工完成后，在丙酮溶液中超声波清洗30min，热风烘干后进行真空热处理，真空度5Pa，温度1100℃，时间60min；
2、AgCuTi活性钎料清洗：取厚度为0.1mm的片状AgCuTi活性钎料，在丙酮溶液中超声波清洗30min后用大量去离子水清洗干净，烘干待用；
3、被焊金属C103铌合金清洗：首先在60℃碱溶液中煮沸8min进行除油处理，用去离子水冲洗干净后放入硝酸、氢氟酸、盐酸、去离子水配置的混合溶液中酸洗50s除锈，最后用去离子水清洗干净，烘干待用；
4、装卡、焊接：将清洗干净的AgCuTi活性钎料置于C/SiC复合材料和铌合金之间，垂直施加1.0MPa封接压力，然后将装卡好的待焊工件置于真空钎焊炉内，抽真空至5.0×10-3Pa，以10℃/min的速度升温至AgCuTi活性钎料的焊接温度930℃，保温5min，然后以10℃/min的速度降温至300℃，再随炉冷却至室温。
对获得的C/SiC与C103铌合金连接件进行性能测试，其室温下剪切强度为124.94MPa；气密性为4.5×10-10Pa·m3/s。
实施例2
用无氧铜作金属过渡层钎焊C/SiC与C103铌合金：
1、C/SiC焊接区域表面预处理：用金刚石砂轮对C/SiC复合材料焊接区域表面进行磨削加工，加工量为0.2mm，加工完成后，在丙酮溶液中超声波清洗30min，热风烘干后进行真空热处理，真空度5Pa，温度1100℃，时间40min；
2、AgCuTi活性钎料清洗：取厚度为0.1mm的片状AgCuTi活性钎料，用砂纸将其表面打磨干净，在丙酮溶液中超声波清洗30min后用大量去离子水清洗干净，在70～80℃烘箱中烘干待用；
3、被焊金属C103铌合金清洗：首先在60℃碱溶液中煮沸8min进行除油处理，用去离子水冲洗干净后放入硝酸、氢氟酸、盐酸、去离子水配置的混合溶液中酸洗30s除锈，最后用去离子水清洗干净，70～80℃烘干待用；
4、无氧铜清洗：用800#砂纸将厚度为0.5mm的无氧铜表面打磨干净，在丙酮溶液中超声波清洗20min取出，吹干待用；
5、装卡、焊接：将无氧铜放在两片AgCuTi钎料之间，组成“三明治”形式钎料，一并置于C/SiC复合材料和铌合金之间，形成“C/SiC—AgCuTi/无氧铜/AgCuTi—铌合金”的焊接结构；垂直施加2.0MPa压力；将装卡好的被焊工件置于真空钎焊炉内，抽真空至5×10-3Pa，以10℃/min升温速度升至AgCuTi活性钎料的焊接温度930℃，保温5min，以10℃/min降温速度降温至300℃，随炉冷却至室温。
对获得的无氧铜作为金属过渡层的C/SiC与C103铌合金连接件进行性能测试，其室温下剪切强度为135.38MPa；气密性为3.1×10-10Pa·m3/s。
实施例3
C/C与钛合金Ti6Al4V的连接：
1、C/C焊接区域表面预处理：用金刚石砂轮对C/C复合材料焊接区域表面进行磨削加工，加工量为0.1mm，加工完成后，在丙酮溶液中超声波清洗30min，热风烘干后进行真空热处理，真空度5Pa，温度1200℃，时间30min；
2、CuAlSiTi活性钎料清洗：取厚度为0.1mm的片状CuAlSiTi活性钎料，用砂纸将其表面打磨干净，在丙酮溶液中超声波清洗20min后用大量去离子水清洗
干净，70～80℃烘干待用；
3、被焊金属钛合金清洗：首先在80℃碱溶液中煮沸8min进行除油处理，用
去离子水冲洗干净后，放入硝酸、氢氟酸、去离子水配置的混合溶液中酸洗60s
除锈，最后用去离子水清洗干净，70～80℃烘干待用；
4、装卡、焊接：将清洗干净的CuAlSiTi活性钎料置于C/C复合材料和钛合金之间，垂直施加1.0MPa封接压力，然后将装卡好的待焊工件置于真空钎焊炉内，抽真空至5.0×10-3Pa，以10℃/min的速度升温至CuAlSiTi活性钎料的焊接温度1060℃，保温5min，然后以7℃/min的速度降温至300℃，再随炉冷却至室温。
对获得的C/C与钛合金连接件进行性能测试，其室温下剪切强度为94.56MPa；气密性为7.8×10-10Pa·m3/s。
实施例4
用无氧铜作金属过渡层焊接C/C与钛合金Ti6Al4V：
1、C/C焊接区域表面预处理：用金刚石砂轮对C/C复合材料焊接区域表面进行磨削加工，加工量为0.2mm，加工完成后，在丙酮溶液中超声波清洗30min，热风烘干后进行真空热处理，真空度5Pa，温度1200℃，时间30min；
2、CuAlSiTi活性钎料清洗：取厚度为0.1mm的片状CuAlSiTi活性钎料，用砂纸将其表面打磨干净，在丙酮溶液中超声波清洗20min后用大量去离子水清洗干净，在70～80℃烘箱中烘干待用；
3、被焊金属钛合金清洗：首先在80℃碱溶液中煮沸8min进行除油处理，用去离子水冲洗干净后放入硝酸、氢氟酸、去离子水配置的混合溶液中酸洗40s除锈，最后用去离子水清洗干净，70～80℃烘干待用；
4、无氧铜清洗：用800#砂纸将厚度为0.5mm的无氧铜表面打磨干净，在丙酮溶液中超声波清洗20min取出，晾干待用；
5、装卡、焊接：将无氧铜放在两片CuAlSiTi钎料之间，组成“三明治”形式活性钎料，一并置于C/C复合材料和钛合金之间，形成“C/C—CuAlSiTi/无氧铜/CuAlSiTi—钛合金”的焊接结构；垂直施加2.0MPa压力；将装卡好的被焊工件置于真空钎焊炉内，抽真空至5.0×10-3Pa，以10℃/min升温速度升至CuAlSiTi活性钎料的焊接温度1060℃，保温5min，以7℃/min降温速度降温至300℃，随炉冷却至室温。
对获得的无氧铜作为金属过渡层的C/C与钛合金连接件进行性能测试，其室温下剪切强度为121.32MPa；气密性为4.7×10-10Pa·m3/s。
Claims (6)
1.C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺，其特征在于，具体步骤为：
(1)C/C或C/SiC焊接区域表面预处理：采用金刚石砂轮对C/C或C/SiC复合材料焊接区域表面进行磨削加工，加工量为0.1～0.5mm，加工完成后，在丙酮溶液中超声波清洗20～40min，热风烘干后进行真空热处理；
(2)活性钎料清洗：取厚度为0.05～0.15mm的片状活性钎料，在丙酮溶液中超声波清洗20～40min后用去离子水清洗干净，烘干待用；
(3)被焊金属清洗：首先在60～80℃碱溶液中煮沸5～10min进行除油处理，用去离子水冲洗干净后酸洗30～60s除锈，最后用去离子水清洗干净，烘干待用；
(4)过渡层金属清洗：用砂纸将金属表面打磨干净，在丙酮溶液中超声波清洗20～40min取出，吹干待用；
(5)装卡、焊接：将活性钎料置于被焊复合材料与金属之间，垂直施加0.5～2MPa封接压力，然后将待焊工件置于真空钎焊炉内进行焊接；
(6)残余应力缓解：当复合材料与金属热膨胀系数差大于(15～30)×10-7/℃时，两者间焊接要进行应力缓解，采用“三明治”式活性钎料，即在双层钎料中间夹放由过渡层金属制成的金属过渡层，形成“被焊复合材料一活性钎料/金属过渡层/活性钎料-被焊金属”的封接结构。
2.根据权利要求1所述的C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺，其特征在于：所述步骤(1)中C/C或C/SiC复合材料的真空热处理，要求真空度1～10Pa，温度1000～1300℃，时间30～120min。
3.根据权利要求1所述的C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺，其特征在于：所述步骤(2)中的活性钎料为Au基、Ag基、Pd基、Ni基或Cu基系列活性钎料。
4.根据权利要求1所述的C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺，其特征在于：所述步骤(3)中的被焊金属为钛合金、铌合金或铁基高温合金。
5.根据权利要求1所述的C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺，其特征在于：所述步骤(4)中的过渡层金属为无氧铜、Pd、Ag或Au，厚度为0.3～0.6mm。
6.根据权利要求1所述的C/C或C/SiC复合材料与金属的真空活性钎焊工艺，其特征在于：所述步骤(5)中：复合材料与金属焊接工艺为：真空度优于5×10-3Pa，以5～10℃/min的速度升温至活性钎料的焊接温度，保温3～8min，然后以5～10℃/min的速度降温至300℃，再随炉冷却至室温。
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| CN102534297A (zh) * | 2010-12-16 | 2012-07-04 | 北京有色金属研究总院 | 一种热膨胀系数呈梯度变化的合金材料及其制备方法 |
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