CN111531264A - 一种石墨和钛合金的接头及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨和钛合金的接头及其制备方法，其中，所述石墨和钛合金的接头，将石墨块和钛合金块由Cu箔、Ti箔和Cu箔连接形成三层结构的连接层连接，其中，所述连接层两端的Cu箔分别用于与石墨块和钛合金块连接。其中采用由Cu箔、Ti箔和Cu箔组成的连接层瞬间液相连接石墨块与钛合金块，由于Ti与Cu存在共晶，当连接温度达到Ti与Cu的共晶点后，Ti箔与Cu箔的接触面会先熔化形成液相，随着保温时间的延长，Ti与Cu之间的元素互相扩散，连接层会完全熔化，最终液相化的连接层逐渐凝固使得石墨块与钛合金块成功连接。

Description

一种石墨和钛合金的接头及其制备方法
技术领域
本发明属于异种材料的连接技术领域，尤其涉及一种石墨和钛合金的接头及其制备方法。
背景技术
石墨由于具有高熔点、高强度、导电传热、抗热震性、耐腐蚀性及润滑性能好等优点，使其在冶金、化工、电子、电器、机械、核能和航空航天工业等领域获得了广泛的应用。钛合金(Ti-6Al-4V)具有低密度、高强度及极佳的耐腐蚀性，因而在航空航天、核能发电和化工制造等领域有着广泛的应用。为了充分发挥石墨与钛合金各自的优势，往往将石墨与钛合金连接起来使用，但目前石墨和钛合金连接难度大，且连接界面质地不均匀。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的之一在于提供一种石墨和钛合金的接头。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：一种石墨和钛合金的接头，包括由Cu箔、Ti箔和Cu箔连接形成的三层结构的连接层，其中，所述连接层两端的Cu箔分别用于与石墨块和钛合金块连接。
上述技术方案中所述的Ti箔和Cu箔的纯度均为99％。
上述技术方案中所述的Ti箔和Cu箔的厚度分别为30-80μm。
本发明的目的之二在于提供一种如上所述石墨和钛合金的接头的制备方法，其步骤如下：
步骤1，对石墨块和钛合金块待连接端面以及Cu箔和Ti箔表面进行预处理，预处理完成后待用；
步骤2，将经步骤1表面预处理后的Cu箔、Ti箔和Cu箔叠合成三层结构并夹设于经步骤1表面预处理后的石墨块和钛合金块之间，再将其整体置于真空炉中加热至930-980℃，并保温10-60min，加热完成后随炉冷却至室温即得到石墨和钛合金接头。
上述技术方案中所述步骤1中石墨块、钛合金块、Cu箔和Ti箔的表面预处理是分别对石墨块、钛合金块、Cu箔和Ti箔表面进行打磨处理，并放入酒精中超声清洗15min，然后烘干即可。
上述技术方案中所述步骤2中真空炉内的真空度低于1×10-2Pa。
上述技术方案中所述步骤2中石墨块、钛合金块和连接层之间的夹紧时的压力为8-12kPa。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，采用由Cu箔、Ti箔和Cu箔组成的连接层瞬间液相连接石墨块与钛合金块，由于Ti与Cu存在共晶，当连接温度达到Ti与Cu的共晶点后，Ti箔与Cu箔的接触面会先熔化形成液相，随着保温时间的延长，Ti与Cu之间的元素互相扩散，连接层会完全熔化，最终液相化的连接层逐渐凝固使得石墨块与钛合金块成功连接。同时本石墨和钛合金的接头制备方法简单，易于实施，原料成本低廉；同时该石墨和钛合金的接头的连接层均匀致密，接头界面结合良好，无裂纹及孔隙等缺陷；该石墨和钛合金的接头的剪切强度可达18MPa，超过了石墨块自身的剪切强度。
附图说明
图1是本发明实施例中石墨和钛合金的接头的结构示意图；
图2是本发明实施例1中石墨和钛合金的接头界面区域的微观形貌图；
图3是本发明实施例2中石墨和钛合金的接头界面区域的XRD图谱。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本实施例提供了一种石墨和钛合金的接头，包括由Cu箔、Ti箔和Cu箔组成的三层结构的连接层来连接石墨块与钛合金块(其具体分布图可参阅图1)，其中Ti箔及Cu箔的纯度均为99％，Ti箔及Cu箔的厚度均为50μm，其具体制作步骤如下：
步骤1、对石墨块与钛合金块块的待连接端面进行打磨处理，对Ti箔及Cu箔先用砂纸打磨，去除箔片表面的氧化物，然后将打磨后的石墨块、钛合金块Ti箔和Cu箔均放入酒精中超声清洗15min，然后烘干，待用；
步骤2、在石墨块与钛合金块之间依次放上Cu箔、Ti箔及Cu箔，并施加10kPa的压力将石墨块、钛合金块、Cu箔和Ti箔夹紧，然后整体放入真空度低于1×10-2Pa的真空炉中，其中，真空炉炉温控制在温度为950℃，并保温30min，然后随炉冷却至室温，取出样品即可得到石墨和钛合金的接头。
对本实施例制得的石墨和钛合金的接头在电子万能试验机上进行剪切强度的测试，接头剪切强度为18MPa，达到石墨块母材自身剪切强度的112.5％。
图2为本实施例采用Cu箔、Ti箔和Cu箔组成的连接层连接所得的石墨和钛合金接头界面区域微观形貌图，从图中可以看出，连接层与石墨块和钛合金块界面结合良好，连接层均匀致密，无裂纹和孔隙等缺陷。
实施例2
同实施例1，其区别在于，本实施例石墨和钛合金的接头中Ti箔的厚度为30μm，Cu箔的厚度为60μm，其制作步骤中真空炉的的炉内温度为980℃，并保温10min，然后随炉冷却至室温，取出样品即可得到石墨和钛合金接头。
对本实施例制得的石墨和钛合金的接头在电子万能试验机上进行剪切强度的测试，接头剪切强度为18MPa，达到了石墨块母材自身剪切强度的112.5％。
图3为本实施例采用Cu箔、Ti箔和Cu箔组成的连接层连接所得的石墨和钛合金的接头接头界面区域的XRD图谱。从该图谱可以看出，界面区域主要为TiCu、Ti2Cu、Ti及C等组成。其中，C来自石墨块母材，Ti为Ti箔熔化后形成的固溶体。同时，Ti元素与Cu元素间形成了TiCu及Ti2Cu等金属间化合物。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种石墨和钛合金的接头，其特征在于，包括由Cu箔、Ti箔和Cu箔依次连接形成的三层结构的连接层，其中，所述连接层两端的Cu箔分别用于与石墨块和钛合金块连接。
2.根据权利要求1所述的石墨和钛合金的接头，其特征在于，所述的Ti箔和Cu箔的纯度均为99％。
3.根据权利要求1所述的石墨和钛合金的接头，其特征在于，所述的Ti箔和Cu箔的厚度分别为30-80μm。
4.一种如权利要求1-3任一项所述石墨和钛合金的接头的制备方法，其特征在于，其步骤如下：
步骤1，对石墨块和钛合金块待连接端面以及Cu箔和Ti箔表面进行预处理，预处理完成后待用；
步骤2，将经步骤1表面预处理后的Cu箔、Ti箔和Cu箔叠合成三层结构并夹设于经步骤1表面预处理后的石墨块和钛合金块之间，再将其整体置于真空炉中加热至930-980℃，并保温10—60min，加热完成后随炉冷却至室温即得到石墨和钛合金接头。
5.根据权利要求4所述石墨和钛合金的接头的制备方法，其特征在于，所述步骤1中石墨块、钛合金块、Cu箔和Ti箔的表面预处理是分别对石墨块、钛合金块、Cu箔和Ti箔表面进行打磨处理，并放入酒精中超声清洗15min，然后烘干即可。
6.根据权利要求4所述石墨和钛合金的接头的制备方法，其特征在于，所述步骤2中真空炉内的真空度低于1×10-2Pa。
7.根据权利要求4所述石墨和钛合金的接头的制备方法，其特征在于，所述步骤2中石墨块、钛合金块和连接层之间的夹紧时的压力为8-12kPa。
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