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碳化硅复合材料真空扩散焊接方法

Publisher: Administrator Date:2023-03-02

碳/碳化硅复合材料的真空扩散焊接方法包括以下步骤:

1)抛光C/SiC复合材料待焊面,去除表面SiC层,清洗无水乙醇溶剂中的超声波去油去污,清洗干净,晾干;

2)取厚度为18~70 μm 两块Ti箔,酸洗去除表面氧化膜,厚度为15~60μm的Ni 箔一块,在无水乙醇溶剂中清洗超声波,将初步处理的Ti箱和Ni箱清洗干净,在去离子水中干燥,组合成金属中间层Ti/Ni/Ti结构;

3)金属中间层Ti//Ni/Ti结构放置在两个CISIC复合材料待焊面之间,真空扩散焊炉上下压头之间,压头与C/SIC复合材料之间放置陶瓷阻焊层,施加预压压实;

4)关闭真空扩散焊炉的真空室门,抽真空至6.3×103Pa,0.2~2MPa的焊接压力,然后是5~8°C/min的速度升温到焊接温度1万~1100℃,保温20~120min,然后3~5 ℃/min 将速度降温到500℃后,随炉冷却至室温,卸压。

该方法采用液相渗透实现C/SiC复合材料与C/SiC复合材料的连接。通过Ni基合金粘合剂,粘合剂通过热压渗透到C/SiC复合材料的孔隙中,形成梯度咬合,热压温度为1250~1350℃,压力20MPa或30MPa,时间5~15min或45min。

但该方法仍存在以下不足,一是连接所需温度高达1250~1350℃,二是连接压力高达20MPa或30MPa。发明内容

为了克服现有技术C/SiC复合材料本体连接所需的温度和压力的不足,可以降低C/SiC复合材料本体连接的成本,而无需使用超高温和超高压热压炉。

包括以下步骤:

1)打磨 C/SiC复合材料待焊面应去除表面SiC 在无水乙醇溶剂中,超声波清洗、去油、去污、冲洗、干燥;

2)取厚度为18~70 μm 两个Ti箱酸洗去除表面氧化膜,厚度为15~60μMNi箔在无水乙醇溶剂中清洗超声波,将初步处理的Ti箱和Ni箱清洗干净,在去离子水中干燥,组合成金属中间层Ti/NiTi结构;

3)将金属中间层Ti/NiTi结构放置在两个CSIC复合材料待焊面之间,真空扩散焊炉上下压头之间,压头与C/SIC复合材料之间放置陶瓷阻焊层,施加预压压实;

4)关闭真空扩散焊炉的真空室门,抽真空至6.3×10~Pa,施加0.2~2MPa的焊接压力,然后是5~8℃/min的速度升温到焊接温度1000~1100℃,保温20~120min,然后3~5 ℃/min的速度降到500℃,然后随炉冷却至室温,卸压。

真空扩散焊炉的焊接温度为1000~1100℃,比现有技术要求的1250~1350℃降低250℃;焊接压力为0.2~2 MPa,是现有技术所需压力20MPa或30MPa的1/10,可降低C/SiC复合材料本体连接的成本。

1-下压头,2-陶瓷阻焊层,3-C/SiC复合材料,4-上压头,5-Ti箔,6-Ni箔。具体实施方法

该方法采用焊接材料和结构设计的特殊中间层设计。中间层由Ti//Ni/Ti三层金属箔层叠成,插入CISIC复合材料两个待焊面之间,施加一定的焊接压力,在真空扩散焊炉中加热至焊接温度,并保温一定时间。在此期间,Ti与Ni发生共晶反应,产生低熔点液态金属,即“接触熔化”。与CSIC复合材料中的CSIC复合材料基体同时,液体金属湿润并渗透到CSIC复合材料基体中、化学反应产生化学键合。随着中间层残余固相Ni层中的原子进一步扩散到液体金属中,并与液相中的TI结合,产生高熔点的Ni-Ti金属间化合物,最终由于熔点高于焊接温度而凝固,即发生"等温凝固"现象。冷却后,机械咬合与化学反应相结合的连接机制完成了C/SiC复合材料本体的连接。

实施例1:待焊面与C纤维编织体平行的二维C/SiC复合材料。

抛光二维C/SiC复合材料待焊面,去除表面SiC层,清洗无水乙醇溶剂中的超声波,去除油污,冲洗干净。Ti箔厚度为18μm、Ni箱厚度为15μm。超声波在无水乙醇溶剂中清洗Ni箔。酸洗Ti箔去除表面氧化膜,用Ni箔清洗去离子水中的超声波。

干燥C/SiC复合材料,Ti箔、Ni箔,然后在焊接前安装卡片,在下压头1上放置陶瓷阻焊层2,在陶瓷阻焊层2上放置C/SiC复合材料3,放置与焊接C/SiC复合材料等大型金属中间层,然后放置另一种C/SiC复合材料。最后,在C/SiC复合材料3和上压头4之间放置陶瓷阻焊层2,并施加预压力压实焊件。金属中间层组合成Ti/Ni/Ti结构。

关闭真空室门,抽真空至6.3×10³Pa,焊接压力为0.2 MPa,并保持到焊接结束。然后以5℃/min的速度加热到1000℃和120min的焊接温度,然后以3℃/min的速度冷却到500℃,然后冷却到室温。

焊接后接头的剪切强度为12MPa。


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