專利名稱：碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的方法
技術領域：
本發明涉及碳/碳化硅與鈮或鈮合金的釬焊方法。
技術背景碳/碳化硅復合材料是一種新型超高溫結構材料，在航空航天、武器裝備 等領域具有廣闊的應用前景。名稱為"碳/碳化硅復合材料瞬間液相擴散焊接方法(中國專利號 ZL200510096313.2，申請日2005年11月08日)"的專利中，所用連接方法 只適用于碳/碳化硅復合材料本體的連接，而且工藝復雜；由于碳/碳化硅復合 材料與金屬熱物理性能差異較大，連接后接頭存在較高的殘余應力，因此碳/ 碳化硅復合材料與金屬的連接要比碳/碳化硅復合材料本體的連接困難，而且 連接后的接頭無法在500°C以上的溫度下應用。發明內容本發明目的是為了解決現有連接方法只適用于碳/碳化硅復合材料本體的 連接，且存在工藝復雜、連接后的接頭無法在50(TC以上的溫度下應用的問題， 而提供一種碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的方法。本發明中碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的方法按以下步驟實施 一、對碳/碳化硅復合材料及鈮或鈮合金表面進行清理；二、用丙三醇將 復合粉末釬料混合成膏狀，涂覆在清理后的鈮或鈮合金待焊'連接面上，涂覆層厚度為200 500pm，再將碳/碳化硅復合材料夾裝到涂覆層上；三、將夾裝好 的焊件置于真空爐中，以0.001 0.1MPa壓力固定焊件，然后在真空度為 lxl(T3 6xl(T3Pa的真空條件下，以10 30°C/min的速度升溫到1100 1300 °C，保溫5 30min，再以5 20°C/min的速率降溫到300 500。C后隨爐冷卻 至室溫，即完成釬焊；步驟二中復合粉末釬料由Ti粉末和Ni粉末按l : 1 4 的質量比球磨混合而成，或者由TiH2粉末和Ni粉末按1 : 1 4的質量比球磨 混合而成。本發明實現了碳/碳化硅復合材料與鈮(Nb)或鈮合金的直接反應釬焊連接，以較高的升溫和降溫速率將碳/碳化硅復合材料與鈮或鈮合金連接在一起，工藝過程簡單，生產效率高。升溫過程中，Ti-Ni形成反應液相，保溫過程中 Nb向反應液相中溶解擴散，形成Ni-Ti-Nb三元合金，合金中的Nb和Ti與碳 /碳化硅反應形成冶金結合，同時Ni-Ti-Nb三元合金液相在毛細作用下向碳/ 碳化硅復合材料的孔隙中滲入，冷卻凝固后孔隙中的合金對碳/碳化硅形成釘 軋，獲得較高的連接強度；在600 80(TC的溫度下，接頭的抗剪強度高達35 50MPa，適合應用到高溫技術領域。
具體實施方式
具體實施方式
一本實施方式碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的 方法按以下步驟實施 一、對碳/碳化硅復合材料及鈮或鈮合金表面進行清理；二、 用丙三醇將復合粉末釬料混合成膏狀，涂覆在清理后的鈮或鈮合金待焊連 接面上，涂覆層厚度為200 500pm，再將碳/碳化硅復合材料夾裝到涂覆層上；三、 將夾裝好的焊件置于真空爐中，以0.001 0.1MPa壓力固定焊件，然后在 真空度為lxlO_3 6xl(T3Pa的真空條件下，以10 30°C/min的速度升溫到 1100 1300°C，保溫5 30min，再以5 20°C/min的速率降溫到300 500°C 后隨爐冷卻至室溫，即完成釬焊；步驟二中復合粉末釬料由Ti粉末和Ni粉末 按1 : 1 4的質量比球磨混合而成，或者由TiH2粉末和Ni粉末按1 : 1 4的 質量比球磨混合而成。本實施方式中所用鈮合金可以為現有各種型號的鈮合金。
具體實施方式
二本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟一中對碳/ 碳化硅復合材料及鈮或鈮合金表面進行清理采用600#砂紙磨平，然后放入丙酮 溶液中用超聲波清洗，再晾干。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟二球磨混合 中磨球直徑為2 10mm，球料比為10 15 : 1，球磨機轉速為100 400r/min， 球磨混合時間為0.5 3h。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟二中涂覆層 厚度為250 450pm。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟二中涂覆層 厚度為350pm。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟三中以 0.05MPa壓力固定焊件，然后在真空度為5xlO，a的真空條件下，以15。C/min 的速度升溫到1200°C，保溫20min。其它步驟及參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一的不同是步驟三中以 15°C/min的速率降溫到35(TC后隨爐冷卻至室溫。其它步驟及參數與具體實施 方式一相同。
具體實施方式
八本實施方式碳/碳化硅與鈮用復合粉末釬焊的方法按以 下步驟實施 一、對碳/碳化硅復合材料和鈮表面進行清理；二、用丙三醇將 復合粉末釬料混合成膏狀，涂覆在清理后的鈮待焊連接面上，涂覆層厚度為 350pm，再將碳/碳化硅復合材料夾裝到涂覆層上；三、將夾裝好的焊件置于真 空爐中，以0.01MPa壓力固定焊件，然后在真空度為5xl(^Pa的真空條件下， 以2(TC/min的速度升溫到1200°C，保溫10min，再以10°C/min的速率降溫到 40(TC后隨爐冷卻至室溫，即完成釬焊；步驟二中復合粉末釬料由Ti粉末和 Ni粉末按1 : 1.5的質量比球磨混合而成。碳/碳化硅復合材料與鈮用復合粉末釬焊表明碳/碳化硅復合材料與鈮用 復合粉末釬焊后的接頭80(TC時抗剪強度為35MPa。
具體實施方式
九本實施方式碳/碳化硅與鈮合金用復合粉末釬焊的方法 按以下步驟實施 一、對碳/碳化硅復合材料和鈮合金(Nb-10Hf-lTi (重量百 分比))表面進行清理；二、用丙三醇將粉末釬料混合成膏狀，涂覆在清理后 的鈮合金待焊連接面上，涂覆層厚度為350pm，再將碳/碳化硅復合材料夾裝 到涂覆層上；三、將夾裝好的焊件置于真空爐中，以0.01MPa壓力固定焊件， 然后在真空度為5xl(T3Pa的真空條件下，以20°C/min的速度升溫到400 700°C，保溫0.5 lh，再升溫到1180°C，保溫10min，然后以10°C/min的速 率降溫到40(TC后隨爐冷卻至室溫，即完成釬焊；步驟二中復合粉末釬料由 TiH2粉末和Ni粉末按1 : 1.5的質量比球磨混合而成。本實施方式中升溫到400 700。C，保溫0.5 lh，達到除氫的作用。碳/碳化硅復合材料與鈮合金用復合粉末釬焊表明碳/碳化硅復合材料與 鈮合金用復合粉末釬焊后的接頭800。C時抗剪強度為50MPa。
權利要求
1、碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的方法，其特征在于碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的方法按以下步驟實施一、對碳/碳化硅復合材料及鈮或鈮合金表面進行清理；二、用丙三醇將復合粉末釬料混合成膏狀，涂覆在清理后的鈮或鈮合金待焊連接面上，涂覆層厚度為200～500μm，再將碳/碳化硅復合材料夾裝到涂覆層上；三、將夾裝好的焊件置于真空爐中，以0.001～0.1MPa壓力固定焊件，然后在真空度為1×10-3～6×10-3Pa的真空條件下，以10～30℃/min的速度升溫到1100～1300℃，保溫5～30min，再以5～20℃/min的速率降溫到300～500℃后隨爐冷卻至室溫，即完成釬焊；步驟二中復合粉末釬料由Ti粉末和Ni粉末按1∶1～4的質量比球磨混合而成，或者由TiH2粉末和Ni粉末按1∶1～4的質量比球磨混合而成。
2、 根據權利要求1所述的碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的方法， 其特征在于步驟一中對碳/碳化硅復合材料及鈮或鈮合金表面進行清理采用 600#砂紙磨平，然后放入丙酮溶液中用超聲波清洗，再晾干。
3、 根據權利要求1所述的碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的方法， 其特征在于步驟二球磨混合中磨球直徑為2 10mm，球料比為10 15 : 1，球 磨機轉速為100 400r/min，球磨混合時間為0.5 3h。
4、 根據權利要求1所述的碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的方法， 其特征在于步驟二中涂覆層厚度為250 450pm。
5、 根據權利要求1所述的碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的方法， 其特征在于步驟二中涂覆層厚度為350pm。
6、 根據權利要求1所述的碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的方法， 其特征在于步驟三中以0.05MPa壓力固定焊件，然后在真空度為5xl(T3Pa的 真空條件下，以15。C/min的速度升溫到1200°C，保溫20min。
7、 根據權利要求1所述的碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的方法， 其特征在于步驟三中以15。C/min的速率降溫到350。C后隨爐冷卻至室溫。
全文摘要
碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復合粉末釬焊的方法，它涉及碳/碳化硅與鈮或鈮合金的釬焊方法。本發明解決了現有連接方法只適用于碳/碳化硅復合材料本體的連接，且存在工藝復雜、連接后的接頭無法在500℃以上的溫度下應用的問題。本發明的步驟如下一、對待焊材料表面進行清理；二、涂覆釬料然后進行夾裝；三、將夾裝好的焊件進行釬焊，然后降溫，即完成釬焊。本發明工藝過程簡單，在600～800℃的溫度下，接頭的抗剪強度高達35～50MPa，適合應用到高溫技術領域。
文檔編號C04B37/02GK101239836SQ20081006413
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月19日 優先權日2008年3月19日
發明者馮吉才, 劉玉章, 張麗霞 申請人:哈爾濱工業大學