CN104725066A - 陶瓷材料钛硅碳的热压反应烧结连接方法 - Google Patents

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韩杰胜
吕晋军
任书芳
孟军虎
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Abstract

本发明公开了一种陶瓷材料钛硅碳的热压反应烧结连接方法。在真空环境中，钛硅碳之间放置镍箔，并在受压状态下通入高频脉冲电流快速加热。高频脉冲电流会使钛硅碳与镍箔微观接触点产生等离子态，使钛硅碳与镍在高温下快速发生固相反应形成钛硅碳之间的连接层，从而实现钛硅碳自身之间的焊接。

Description

陶瓷材料钛硅碳的热压反应烧结连接方法
技术领域
本发明属于陶瓷材料的焊接技术领域，具体涉及一种陶瓷材料钛硅碳（Ti3SiC2）自身之间的热压反应烧结连接方法。
背景技术
钛硅碳是一种新型的可加工三元陶瓷材料，同时具有金属和陶瓷的特性，既像金属一样具有较好的延展性、导电导热性能、机械加工性能，又具有类似陶瓷的高熔点、高温强度、高温抗氧化性能、抗热震和蠕变性能，还具有低的密度。这种材料可应用于飞机燃气涡轮发动机喷嘴阀、超音速飞机与火箭发动机喷管和垫圈材料、航天器的防热材料、核反应堆金属溶液容器的防腐材料和燃气轮机的燃烧室材料等。
尽管钛硅碳与普通陶瓷相比有较好的加工性能，但钛硅碳材料剪切强度较低，螺纹连接和铆接等连接方法在实际使用中受到限制。在制作更大或者较为复杂的零件时，钛硅碳自身的连接方法是此类产品开发的一大技术难点。焊接为机械零部件的主要连接方式之一，钛硅碳与自身的焊接工艺可为其产品结构设计提供较大的灵活性并能提高强度、节省材料以及简化加工与装配工序和提高生产效率，解决钛硅碳材料产品开发的瓶颈问题。因此钛硅碳材料的焊接工艺将对其工程应用产生重大的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钛硅碳材料的自身连接手段，提供一种钛硅碳的焊接方法，解决目前钛硅碳材料产品开发中的连接问题。
本发明的目的通过以下技术方案实现的：
一种陶瓷材料钛硅碳的热压反应烧结连接方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1）将酸洗过的镍箔放置在欲焊接的两块钛硅碳（Ti3SiC2）材料之间；
2）将步骤1）所述的材料置于石墨模具中并置于可抽真空的烧结炉内加压，或者直接将步骤1）所述的材料置于烧结炉内加压；
3）抽真空使炉膛真空度低于10Pa，并在模具两端通高频脉冲直流电加热，加热速度50℃~250℃/min；
4）在900℃~1200℃之间保温3~15分钟，自然冷却。
所述步骤1）中镍箔纯度为99.9％，厚度为0.1mm~0.3mm。
所述步骤1）中钛硅碳焊接面粗糙度Ra值为1.6 μm至6.4μm。
所属步骤2）石墨模具中的石墨为高强度石墨，压缩强度大于70MPa。
所属步骤2）中加压压力范围为5MPa~25MPa。
所属步骤3）中高频脉冲直流电脉冲比12：2至12:10。
本发明的设计原理如下：
在真空环境中，钛硅碳之间放置镍箔，并在受压状态下通入高频脉冲电流快速加热。高频脉冲电流会使钛硅碳与镍箔微观接触点产生等离子态，使钛硅碳与镍在高温下快速发生固相反应形成钛硅碳之间的连接层，从而实现钛硅碳自身之间的焊接。
附图说明
图1为实施例1 焊接部位光学金相照片。
具体实施方式
实施例1
陶瓷材料钛硅碳（Ti3SiC2）自身之间的热压反应连接方法包括以下步骤：       1）将经过酸洗的尺寸为20 mmx 10mm x 0.15mm的镍箔置于尺寸为20 mm  x 10mm x 5mm的钛硅碳之间；
2）将步骤1所述置于石墨模具中；
3）将步骤2所述模具及样品置于等离子活化烧结炉内并加压10MPa；
4）抽炉膛真空至压力小于10Pa；
5）设置高频脉冲电流的脉冲比为12：4，控制电流以180℃/min的升温速度加热至950℃并保温5分钟后保压随炉冷却。
所属步骤1）中，钛硅碳焊接面经过砂纸打磨，表面粗糙度Ra为3.2μm。
所述步骤2）中，石墨模具压缩强度大于70MPa。
本实施例焊接处光学金相如图1所示。
 实施例2
陶瓷材料钛硅碳（Ti3SiC2）自身之间的热压反应连接方法包括以下步骤：       1）将经过酸洗的尺寸为直径25mm厚度为0.2mm的镍箔原片置于尺寸为直径25mm高度为20mm的钛硅碳圆柱之间；
2）置于等离子活化烧结炉内并加压18MPa；
3）抽炉膛真空至压力小于10Pa；
4）设置脉冲电流脉冲比12：2，控制脉冲电流大小以200℃/min的升温速度加热至1020℃并保温8分钟后保压随炉冷却。
所属步骤1）中，钛硅碳焊接面经过砂纸打磨，表面粗糙度Ra为3.2μm。
实施例3
陶瓷材料钛硅碳（Ti3SiC2）自身之间的热压反应连接方法包括以下步骤：       1）将经过酸洗的尺寸为直径15mm厚度为0.2mm的镍箔原片置尺寸为直径15mm高度为30mm的钛硅碳圆柱之间；
2）将步骤1所述放入石墨模具中；
3）置于等离子活化烧结炉内并加压12MPa；
4）抽炉膛真空至压力小于10Pa；
5）设置脉冲电流脉冲比12：8，控制脉冲电流大小以120℃/min的升温速度加热至960℃并保温10分钟后保压随炉冷却。
所属步骤1）中，钛硅碳焊接面经过砂纸打磨，表面粗糙度Ra为6.4μm。
所述步骤2）中，石墨模具压缩强度大于70MPa。

Claims (6)

1.一种陶瓷材料钛硅碳的热压反应烧结连接方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
1）将酸洗过的镍箔放置在欲焊接的两块钛硅碳（Ti3SiC2）材料之间；
2）将步骤1）所述的材料置于石墨模具中并置于可抽真空的烧结炉内加压，或者直接将步骤1）所述的材料置于烧结炉内加压；
3）抽真空使炉膛真空度低于10Pa，并在模具两端通高频脉冲直流电加热，加热速度50℃~250℃/min；
4）在900℃~1200℃之间保温3~15分钟，自然冷却。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1）中镍箔纯度为99.9％，厚度为0.1mm~0.3mm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤1）中钛硅碳焊接面粗糙度Ra值为1.6 μm至6.4μm。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2）石墨模具中的石墨为高强度石墨，压缩强度大于70MPa。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤2）中加压压力范围为5MPa~25MPa。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤3）中高频脉冲直流电脉冲比12：2至12:10。
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