碳纤维增韧碳基复合材料(以下简称碳/碳复合材料)是新一代战略性热结构材料，具有散热快(导热性高)、温度上升慢(比热容高)、耐高温、质量轻、耐久性好等优点。适用于制造制动部件、导弹头、火箭鼻锥、喷嘴喉衬、航天飞机鼻锥、翼前缘、透平发动机部件等。将碳/碳复合材料与金属焊接在一起，可以充分利用其与金属在性能和加工方面的互补优势，满足零件制造的高性能和精度要求。可以认为，碳/碳复合材料与钛合金的焊接是成功应用于空间技术和航空技术的关键技术之一。

碳/碳复合材料和金属焊接困难。首先，要解决焊接问题，即焊料需要具有良好的流动性和润湿性，以便渗透到碳/碳复合材料的内部间隙中，实现机械咬合，并与碳/碳复合材料中的碳和碳纤维钎焊或反应形成化合物。第二，由于碳/碳复合材料的线膨胀系数很小，约为1×10⁶K¹,仅为金属的1/6~1/16，焊接接头因热膨胀失配引起的热应力需要释放、缓解或转移。事实上，热应力是导致碳/碳复合材料和金属焊接成败的关键因素。

然而，碳/碳复合材料和钛合金等金属只能用上述方法直接钎焊200mm²对于大面积焊接，以下小面积焊接往往会导致焊接接头因热应力而开裂失效。

为了克服现有技术无法大面积焊接碳/碳复合材料和钛合金的不足，本文提供了碳/碳复合材料与钛合金的焊接方法，可以实现碳/碳复合材料与钛合金的高强度连接。

解决其技术问题的技术方案是：碳/碳复合材料与钛合金的焊接方法

以下步骤：

1)选择0.018～0.16μm的Ti箔和0.4～0.8μM厚Cu箔或Cu板叠加形成TiCu中间层，清洁碳/碳复合材料与钛合金的焊接面，以及Ti箔、Cu箔或Cu板；

2)碳/碳复合材料，Ti箔、Cu箔或Cu板、钛合金组合成碳/碳复合材料 Ti/Cu 钛合金的焊接结构放置在真空扩散焊炉的上下压头之间，并施加预压压实焊件；

3)在扩散焊炉中抽真空至6.3×10³Pa,焊接压力为0.02～0.1 MPa,并保持，然后以5~8℃/min的速度加热到910的焊接温度～1000°℃,保持5～20 min,然后将焊接压力提升至2～ 4MPa，保持20～40min,以5～7 °C/min的速度降低到500°C后，卸压，并将其冷却到室温。

本文的有益效果是，由于Ti/Cu中间过渡层放置在碳/碳复合材料和钛合金之间，Ti和Cu发生共晶反应，产生低熔点液态金属，润湿并扩散并渗透到碳/碳复合材料基体中，与碳/碳复合材料中的碳和碳纤维发生化学反应，产生化学键合；随着Cu继续扩散到液态金属中，由于熔点高于焊接温度，熔点升高，最终凝固。冷却后，实现机械咬合与化学反应相结合的连接机制；Cu中间层与钛合金实现扩散焊接冶金的结合，实现碳/碳复合材料与钛合金的大面积焊接。

本文通过实施例进一步说明。

具体实施方法

碳/碳复合材料与钛合金的焊接方法主要是将中间过渡层放置在碳/碳复合材料与钛合金之间。中间层由0.05~0.10mmTi箔和0.4~0.8mm厚Cu板组成，形成碳/碳复合材料 Ti/Cu 钛合金焊接结构。在碳/碳复合材料和钛合金之间施加一定的焊接压力，在真空扩散焊炉中加热到焊接温度，并保温一定时间。在此期间，碳/碳复合材料与中间层之间发生瞬时液相扩散焊，即Ti和Cu发生共晶反应，产生低熔点液态金属，润湿扩散并渗透到碳/碳复合材料基体中，与碳/碳复合材料中的碳和碳纤维发生化学反应，产生化学键合。随着Cu继续扩散到液态金属中，其熔点升高，最终因其熔点高于焊接温度而凝固，即“等温凝固”。机械咬合与化学反应相结合的连接机制在冷却后实现。扩散焊冶金与Cu中间层与钛合金相结合。

实施例1:焊接面积900mm²碳/碳复合材料与工业纯钛TA3焊接。0.018厚度为0.018μm的Ti箔、总厚度为0.4μm的Cu箔。

抛光碳/碳复合材料待焊面，在无水乙醇溶剂中清洗超声波，去除油污，冲洗干净。在无水乙醇溶剂中清洗Cu箱。酸洗Ti箔和工业纯钛TA3去除表面氧化膜，用Cu箔清洗去离子水中的超声波。

碳/碳复合材料干燥后，Ti箔、焊前装卡Cu箔和工业纯钛TA3，组合成碳/碳复合材料 Ti/Cu TA3的焊接结构，放置在真空扩散焊炉的上下压头之间，施加预压压实焊件。

关闭真空室门，抽真空至6.3×10³Pa,焊接压力为0.02MPa，然后保持8°C/min的速度升温到焊接温度910°C,保温5min，实现碳/碳复合材料与TiCu中间层之间的瞬时液。

相扩散焊:然后将焊接压力提高到2MPa，保持20min，实现TiCu中间层和工业纯钛TA3的扩散焊。最后，7°C/min的速度降低到500°℃后，卸压，随炉冷却至室温。

碳/碳复合材料与工业纯钛TA3的接头焊接后，采用压剪法进行测试，剪切强度为26 MPa。

实施例2:焊接面积1200mm²碳/碳复合材料与Ti-6Al-4V钛合金焊接。

厚度为0.03的选择μm的Ti箔、厚度为0.6μmCu板。研磨、清洗、装卡方法与实施例1相同。

关闭真空室门，抽真空至6.3×10³Pa,焊接压力为0.08 MPa,并保持，然后用7°℃/min的速度升温到焊接温度960 °C,保温10 min,实现碳/碳复合材料与中间层之间的瞬时液相扩散焊；然后将焊接压力提高到3MPa，保持30min，实现中间层与钛合金的扩散焊。最后，以6C/min的速度冷却到500°℃后，卸压，随炉冷却至室温。

碳/碳复合材料与Ti-6Al-4V钛合金的接头焊接后，采用压剪法进行测试，剪切强度为28 MPa。

实施例3:焊接面积1600mm²碳/碳复合材料与Ti-3A1-7mo-11cr钛合金焊接。

厚度为0.16μm的Ti箔、厚度为0.8μm的Cu板。

研磨、清洗、装卡方法与实施例1相同。

关闭真空室门，抽真空至6.3×10³Pa,焊接压力为0.1MPa,并保持，然后以5C/min的速度加热到焊接温度1万°℃,保温20 min,实现碳/碳复合材料与中间层之间的瞬时液相扩散焊；然后将焊接压力提高到4 MPa,并保持40min，实现中间层和钛合金的扩散焊。最后，以5C/min的速度冷却至500C后，卸压，并随炉冷却至室温。

碳/碳复合材料与Ti-3al-7mo-11cr钛合金的接头焊接后，采用压剪法进行测试，剪切强度为34mpa。