專利名稱：碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳/碳化硅與鈮或鈮合金的釬焊方法。
技術(shù)背景碳/碳化硅復(fù)合材料是一種新型超高溫結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、武器裝備 等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。名稱為"碳/碳化硅復(fù)合材料瞬間液相擴(kuò)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(fù)合材料本體的連接，而且工藝復(fù)雜；由于碳/碳化硅復(fù)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(yīng)力，因此碳/ 碳化硅復(fù)合材料與金屬的連接要比碳/碳化硅復(fù)合材料本體的連接困難，接頭 的抗剪強(qiáng)度低，在室溫至50(TC時的抗剪強(qiáng)度僅為12 104MPa，而且連接后 的接頭無法在500°C以上的溫度下應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有連接方法只適用于碳/碳化硅復(fù)合材料本體的 連接，且存在工藝復(fù)雜、接頭的抗剪強(qiáng)度低及連接后的接頭無法在500"以上 的溫度下應(yīng)用的問題，而提供一種碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的 方法。本發(fā)明中碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的方法按以下步驟實(shí)施 一、對Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮或鈮合金表面進(jìn)行清理;二、 Ti箔片和Ni箔片交替疊放形成2n層箔片的復(fù)合箔，然后按碳/碳化硅復(fù) 合材料、復(fù)合箔及鈮或鈮合金的結(jié)構(gòu)進(jìn)行夾裝，其中復(fù)合箔一端的Ti箔片與 鈮或鈮合金接觸，復(fù)合箔另一端的Ni箔片與碳/碳化硅復(fù)合材料接觸；三、將 夾裝好的悍件置于真空爐中，以0.001 0.1MPa壓力固定焊件，然后在真空度 為lxl(T3 6xlO—3Pa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15t^X;步驟二中Ti箔片和Ni箔片厚度比為i 2 : i，復(fù)合箔的長與寬均比碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮或鈮合金的待焊表面大1 3mm。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了碳/碳化硅復(fù)合材料與鈮(Nb)或鈮合金的直接反應(yīng)釬焊連 接，以較高的升溫和降溫速率將碳/碳化硅復(fù)合材料與鈮或鈮合金連接在一起， 工藝過程簡單，生產(chǎn)效率高。升溫過程中，Ti-Ni形成反應(yīng)液相，保溫過程中 Nb向反應(yīng)液相中溶解擴(kuò)散，形成Ni-Ti-Nb三元合金，合金中的Nb和Ti與碳 /碳化硅反應(yīng)形成冶金結(jié)合，同時Ni-Ti-Nb三元合金液相在毛細(xì)作用下向碳/ 碳化硅復(fù)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(qiáng)度；接頭的抗剪強(qiáng)度高，在室溫至600'C時的抗剪強(qiáng)度 為70 120MPa，在80(TC時接頭的抗剪強(qiáng)度高達(dá)50 70MPa，適合應(yīng)用到高 溫技術(shù)領(lǐng)域。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一本實(shí)施方式碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的 方法按以下步驟實(shí)施 一、對Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮或鈮 合金表面進(jìn)行清理；二、 Ti箔片和Ni箔片交替疊放形成2n層箔片的復(fù)合箔， 然后按碳/碳化硅復(fù)合材料、復(fù)合箔及鈮或鈮合金的結(jié)構(gòu)進(jìn)行夾裝，其中復(fù)合 箔一端的Ti箔片與鈮或鈮合金接觸，復(fù)合箔另一端的Ni箔片與碳/碳化硅復(fù) 合材料接觸；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-s 6xl(^Pa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 50(TC后隨爐冷卻至室溫，即完成釬焊；步驟二中l(wèi)Si^X;步驟二中Ti箔片和 Ni箔片厚度比為1 2 : 1，復(fù)合箔的長與寬均比碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮或鈮 合金的待焊表面大1 3mm。本實(shí)施方式中碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮或鈮合金的待焊表面相等。 本實(shí)施方式中所用鈮合金可以為現(xiàn)有各種型號的鈮合金。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟一中對Ti 箔片、Ni箔片、碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮或鈮合金表面進(jìn)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(shù)與具體實(shí) 施方式一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟二中復(fù)合箔厚度為150 400pm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟二中復(fù)合箔厚度為200^im。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一的不同是步驟二中Ti箔 片和Ni箔片厚度比為1.5 : 1，復(fù)合箔的長與寬均比碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮或 鈮合金的待焊表面大2mm。其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)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5xl(^Pa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(shù)與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)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(shù)與具體實(shí)施方 式一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式碳/碳化硅與鈮用復(fù)合箔片釬焊的方法按以下步驟實(shí)施 一、對Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮表面進(jìn)行清理；二、 Ti箔片和Ni箔片交替疊放形成4層箔片的復(fù)合箔，厚度為360]im，然后 按碳/碳化硅復(fù)合材料、復(fù)合箔及鈮或鈮合金的結(jié)構(gòu)進(jìn)行夾裝，其中復(fù)合箔一 端的Ti箔片與鈮或鈮合金接觸，復(fù)合箔另一端的Ni箔片與碳/碳化硅復(fù)合材 料接觸；三、將夾裝好的焊件置于真空爐中，以O(shè).OlMPa壓力固定焊件，然 后在真空度為lxl0-spa的真空條件下，以20。C/min的速度升溫到U80。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Ti箔片和Ni箔片厚度比為1.25 : 1，復(fù)合箔的長與寬均比碳/碳化硅 復(fù)合材料及鈮或鈮合金的待焊表面大2mm。碳/碳化硅復(fù)合材料與鈮用復(fù)合箔片釬焊表明碳/碳化硅復(fù)合材料與鈮用 復(fù)合箔片釬焊后的接頭在室溫至60(TC時的抗剪強(qiáng)度為120MPa，在800。C時 抗剪強(qiáng)度為70MPa。
具體實(shí)施方式
九本實(shí)施方式碳/碳化硅與鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的方法 按以下步驟實(shí)施 一、對Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮合金 Nb-10Hf-lTi(重量百分比)表面進(jìn)行清理；二、 Ti箔片和Ni箔片交替疊放形成4層箔片的復(fù)合箔，厚度為36(Him，然后按碳/碳化硅復(fù)合材料、復(fù)合箔及鈮或 鈮合金的結(jié)構(gòu)進(jìn)行夾裝，其中復(fù)合箔一端的Ti箔片與鈮或鈮合金接觸，復(fù)合 箔另一端的Ni箔片與碳/碳化硅復(fù)合材料接觸；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"l(T3Pa的真空條件下， 以20°C/min的速度升溫到1180°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Ti箔片和Ni箔片厚度比為 1.25 : 1，復(fù)合箔的長與寬均比碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮或鈮合金的待焊表面大 2mmc碳/碳化硅復(fù)合材料與鈮合金用復(fù)合箔片釬焊表明碳/碳化硅復(fù)合材料與 鈮合金用復(fù)合箔片釬焊后的接頭在室溫至60(TC時的抗剪強(qiáng)度為llOMPa，在 80(TC時抗剪強(qiáng)度為70MPa。
權(quán)利要求
1、碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的方法，其特征在于碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的方法按以下步驟實(shí)施一、對Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮或鈮合金表面進(jìn)行清理；二、Ti箔片和Ni箔片交替疊放形成2n層箔片的復(fù)合箔，然后按碳/碳化硅復(fù)合材料、復(fù)合箔及鈮或鈮合金的結(jié)構(gòu)進(jìn)行夾裝，其中復(fù)合箔一端的Ti箔片與鈮或鈮合金接觸，復(fù)合箔另一端的Ni箔片與碳/碳化硅復(fù)合材料接觸；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1≤n≤X；步驟二中Ti箔片和Ni箔片厚度比為1～2∶1，復(fù)合箔的長與寬均比碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮或鈮合金的待焊表面大1～3mm。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的方法， 其特征在于步驟一中對Ti箔片、Ni箔片、碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮或鈮合金表 面進(jìn)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(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的方法， 其特征在于步驟二中復(fù)合箔厚度為150 400pm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的方法， 其特征在于步驟二中復(fù)合箔厚度為200|im。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的方法， 其特征在于步驟二中Ti箔片和Ni箔片厚度比為1.5 : 1，復(fù)合箔的長與寬均比 碳/碳化硅復(fù)合材料及鈮或鈮合金的待焊表面大2mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的方法， 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(jù)權(quán)利要求1所述的碳/碳化硅與鈮或鈮合金用復(fù)合箔片釬焊的方法， 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(fù)合箔片釬焊的方法，它涉及碳/碳化硅與鈮或鈮合金的釬焊方法。本發(fā)明解決了現(xiàn)有連接方法只適用于碳/碳化硅復(fù)合材料本體的連接，且存在工藝復(fù)雜、接頭的抗剪強(qiáng)度低及連接后的接頭無法在500℃以上的溫度下應(yīng)用的問題。本發(fā)明的步驟如下一、對待焊材料表面進(jìn)行清理；二、進(jìn)行焊件夾裝；三、將夾裝好的焊件進(jìn)行釬焊，然后降溫，即完成釬焊。本發(fā)明工藝過程簡單，接頭的抗剪強(qiáng)度高，在室溫至600℃時的抗剪強(qiáng)度為70～120MPa，在800℃時接頭的抗剪強(qiáng)度高達(dá)50～70MPa，適合應(yīng)用到高溫技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號B23K20/02GK101239420SQ20081006413
公開日2008年8月13日 申請日期2008年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月19日
發(fā)明者馮吉才, 劉玉章, 張麗霞 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)