Publisher: Administrator Date:2023-03-02
碳/碳化硅復合材料的真空擴散焊接方法包括以下步驟:
1)拋光C/SiC復合材料待焊面,去除表面SiC層,清洗無水乙醇溶劑中的超聲波去油去污,清洗干凈,晾干;
2)取厚度為18~70 μm 兩塊Ti箔,酸洗去除表面氧化膜,厚度為15~60μm的Ni 箔一塊,在無水乙醇溶劑中清洗超聲波,將初步處理的Ti箱和Ni箱清洗干凈,在去離子水中干燥,組合成金屬中間層Ti/Ni/Ti結構;
3)金屬中間層Ti//Ni/Ti結構放置在兩個CISIC復合材料待焊面之間,真空擴散焊爐上下壓頭之間,壓頭與C/SIC復合材料之間放置陶瓷阻焊層,施加預壓壓實;
4)關閉真空擴散焊爐的真空室門,抽真空至6.3×103Pa,0.2~2MPa的焊接壓力,然后是5~8°C/min的速度升溫到焊接溫度1萬~1100℃,保溫20~120min,然后3~5 ℃/min 將速度降溫到500℃后,隨爐冷卻至室溫,卸壓。
該方法采用液相滲透實現(xiàn)C/SiC復合材料與C/SiC復合材料的連接。通過Ni基合金粘合劑,粘合劑通過熱壓滲透到C/SiC復合材料的孔隙中,形成梯度咬合,熱壓溫度為1250~1350℃,壓力20MPa或30MPa,時間5~15min或45min。
但該方法仍存在以下不足,一是連接所需溫度高達1250~1350℃,二是連接壓力高達20MPa或30MPa。發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術C/SiC復合材料本體連接所需的溫度和壓力的不足,可以降低C/SiC復合材料本體連接的成本,而無需使用超高溫和超高壓熱壓爐。
包括以下步驟:
1)打磨 C/SiC復合材料待焊面應去除表面SiC 在無水乙醇溶劑中,超聲波清洗、去油、去污、沖洗、干燥;
2)取厚度為18~70 μm 兩個Ti箱酸洗去除表面氧化膜,厚度為15~60μMNi箔在無水乙醇溶劑中清洗超聲波,將初步處理的Ti箱和Ni箱清洗干凈,在去離子水中干燥,組合成金屬中間層Ti/NiTi結構;
3)將金屬中間層Ti/NiTi結構放置在兩個CSIC復合材料待焊面之間,真空擴散焊爐上下壓頭之間,壓頭與C/SIC復合材料之間放置陶瓷阻焊層,施加預壓壓實;
4)關閉真空擴散焊爐的真空室門,抽真空至6.3×10~Pa,施加0.2~2MPa的焊接壓力,然后是5~8℃/min的速度升溫到焊接溫度1000~1100℃,保溫20~120min,然后3~5 ℃/min的速度降到500℃,然后隨爐冷卻至室溫,卸壓。
真空擴散焊爐的焊接溫度為1000~1100℃,比現(xiàn)有技術要求的1250~1350℃降低250℃;焊接壓力為0.2~2 MPa,是現(xiàn)有技術所需壓力20MPa或30MPa的1/10,可降低C/SiC復合材料本體連接的成本。
1-下壓頭,2-陶瓷阻焊層,3-C/SiC復合材料,4-上壓頭,5-Ti箔,6-Ni箔。具體實施方法
該方法采用焊接材料和結構設計的特殊中間層設計。中間層由Ti//Ni/Ti三層金屬箔層疊成,插入CISIC復合材料兩個待焊面之間,施加一定的焊接壓力,在真空擴散焊爐中加熱至焊接溫度,并保溫一定時間。在此期間,Ti與Ni發(fā)生共晶反應,產(chǎn)生低熔點液態(tài)金屬,即“接觸熔化”。與CSIC復合材料中的CSIC復合材料基體同時,液體金屬濕潤并滲透到CSIC復合材料基體中、化學反應產(chǎn)生化學鍵合。隨著中間層殘余固相Ni層中的原子進一步擴散到液體金屬中,并與液相中的TI結合,產(chǎn)生高熔點的Ni-Ti金屬間化合物,最終由于熔點高于焊接溫度而凝固,即發(fā)生"等溫凝固"現(xiàn)象。冷卻后,機械咬合與化學反應相結合的連接機制完成了C/SiC復合材料本體的連接。
實施例1:待焊面與C纖維編織體平行的二維C/SiC復合材料。
拋光二維C/SiC復合材料待焊面,去除表面SiC層,清洗無水乙醇溶劑中的超聲波,去除油污,沖洗干凈。Ti箔厚度為18μm、Ni箱厚度為15μm。超聲波在無水乙醇溶劑中清洗Ni箔。酸洗Ti箔去除表面氧化膜,用Ni箔清洗去離子水中的超聲波。
干燥C/SiC復合材料,Ti箔、Ni箔,然后在焊接前安裝卡片,在下壓頭1上放置陶瓷阻焊層2,在陶瓷阻焊層2上放置C/SiC復合材料3,放置與焊接C/SiC復合材料等大型金屬中間層,然后放置另一種C/SiC復合材料。最后,在C/SiC復合材料3和上壓頭4之間放置陶瓷阻焊層2,并施加預壓力壓實焊件。金屬中間層組合成Ti/Ni/Ti結構。
關閉真空室門,抽真空至6.3×103Pa,焊接壓力為0.2 MPa,并保持到焊接結束。然后以5℃/min的速度加熱到1000℃和120min的焊接溫度,然后以3℃/min的速度冷卻到500℃,然后冷卻到室溫。
焊接后接頭的剪切強度為12MPa。