[发明专利]金属零件与用陶瓷材料制作的零件的焊接组件

说明书

技术领域

本发明涉及将两种具有不同热机性能的材料焊接在一起的广泛领域。

更准确的说，本发明适用于将金属件与用陶瓷材料，如碳化硅及或碳基材料制 作的零件钎焊在一起。

背景技术

用陶瓷材料制作的零件可以用固体碳化硅构成。他也可以由热结构复合材料构 成，特别是用由用碳化硅或碳纤维增强的陶瓷基质复合材料(Ceramic Matrix  Composite，CMC)构成。

热结构复合材料的特点在于其机械性能使其适合于构成结构零件，同时在高温 下还保留这些机械性能。它是由纤维增强材料构成，在纤维增强材料的缝隙中至少 部分地填充耐高温材料的基料以增加密度。通常选择碳与陶瓷材料(即非金属材料 也非有机材料)，特别是碳化硅(Silicon Carbide，Sic)，作为纤维材料和陶瓷材料。

作为例子，本发明可用于将陶瓷材料制作的零件与由钛、铝、及钒的合金 (TA6V)或因康镍合金(Inconel 718，是注册商标)，其是一种镍基合金，其化学 组成为NiCr19Fe19Nb5Mo3。

陶瓷材料制作的零件的机械性能及这些性能在高温下保持不变的事实，使这些 材料特别适用于制作耐受高的热机械应力的零件，具体说，适用于航空业(发动机 部件，整流罩构件)。当陶瓷材料用碳化硅或碳纤维增强时，他们便成为金属材料的 代用品，具有很多优点，尤其在减轻重量和延长使用部分方面。

按照惯例，陶瓷材料制作的零件和用铆接或螺栓连接组装在一起的金属零件， 但有时这种连接由于尺寸、重量或难以实现等原因不能适用。

此外，供陶瓷材料及其相关的有机前体适用的现有组装方法并不适用于陶瓷材 料与金属之间同类组装。

由于陶瓷材料与金属的热力学和化学性能十分不同，所以连接两种陶瓷材料所 采用的现有钎焊技术难以用于将陶瓷材料与金属间的异质焊接。

镍基、铝基和钒基金属合金的膨胀系数约为陶瓷材料的二至三倍。

更确切的说，这些合金500℃时的膨胀系数约为10×10^-6K^-1±15％，而CMC膨 胀系数约为2.5×10^-6K^-1至4.0×10^-6K^-1±15％。

因此，对于30mm长的组件而言，它从焊剂的凝固温度冷却到环境温度时测出的 膨胀偏差达0.2mm。

这一偏差导致两个零件内出现高应力，具体地，在焊接接头靠近陶瓷区域处出 现压缩力，而在靠近金属零件区域出现拉力。这些应力引起的局部变形能使零件之 一发生断裂或导致焊接接头强度的降低。

这种形变在金属零件中是不可逆的。在陶瓷零件中，尤其是用CMC制作时， 这种形变能引起脆性断裂。当应力太高时会突然发生这样的断裂。在交变应力作用 下逐步积累损伤也会出现断裂。

发明内容

本发明的主要目的是通过提出一种组件来削弱这种缺点，它包括金属零件、陶 瓷材料制作的零件、和至少一件将每一所述零件用焊接方法组装起来的中间连接件， 该中间连接件由至少第一平面区和第二平面区(11，12)的可变薄板构成，第一平 面区和第二平面区(11，12)分别与所述两零件(16，18)焊接并且由具有至少第 一自由波纹和第二自由波纹(19，20)的可变形段(13’)互相连接，第一自由波纹 和第二自由波纹(19，20)交替地朝向所述金属零件(16)和陶瓷材料制作的零件 (18)，但并不焊接到这些零件。

作为例子，可选用Ag-Mn或Ag-Cu-Ti型的焊剂，使其所获组件在温度高达 500℃时仍然牢固。

根据本发明，用陶瓷材料制作的零件与金属零件之间的差异膨胀被可变形薄板 吸收。

于是本组件对差异膨胀有热适应力，同时尽可能保持在弹性范围以内。为了能 承受焊后的冷却及操作中的热循环，必须在陶瓷材料制作的零件和金属零件之间容 纳差异膨胀。

在一优选实例中，陶瓷材料制作的零件是有碳化硅SiC和/或碳做成的。

例如，陶瓷材料零件由固体碳化硅制造。

在又一实施例中，陶瓷材料零件包括由碳化硅或者碳纤维增强的陶瓷基料。

在一优选实施例中，可变形薄板包括至少两个可变形波纹，这些可变形波纹交 替地朝向金属零件和由陶瓷材料制成的零件。