[发明专利]一种位于金属部件和碳化硅基和/或碳基陶瓷材料部件之间的装配件

说明书

技术领域

本发明涉及一种位于金属部件和碳化硅(SiC)基和/或碳(C)基陶瓷材料部件之 间的装配件。

背景技术

从热机械角度上讲，陶瓷基复合材料部件在飞机涡轮喷气发动机上可以用来取 代最为暴露的机械部件，因为陶瓷基复合材料部件在高温环境下仍能保持良好的机 械性能，从而需要的冷却低，而且，在重量上一般都比较轻。

尽管如此，在将这种陶瓷材料部件固定到环绕其周围的金属部件上时，仍存在 问题。

在目前所使用的装配技术中，传统上采用的是铆接或螺栓连接的机械装配形式。 但人们发现这种类型的装配形式由于体积、重量和/或动态特性差等原因而经常不能 使用。

另外，已知的装配工艺是采用钎焊将两个陶瓷材料部件装配到一起。但是，这 些工艺技术却很难将一个陶瓷材料部件和一个金属部件钎焊到一起，因为陶瓷和金 属材料的热机械和物理化学特性差异很大。特别是，所述两个部件之间的热膨胀差 别很大，这是很难处理的。

金属合金的膨胀系数常常是所使用陶瓷材料膨胀系数的两到五倍。这样，在冷 却期间，在钎焊成份被熔化后，金属部件的相应收缩就会在钎焊成份和陶瓷材料部 件之间连接区域附近，以及钎焊成份和金属部件之间连接区域附近，分别引起局部 压缩和局部拉伸。这就造成最终形成的装配件弯曲，产生的应力导致其中一个部件 断裂，一般都是陶瓷材料部件断裂，因为它更脆弱，而且由于其局部变形而引起钎 焊连接处特性降低。

此外，由于碳或碳化硅与金属(尤其是过渡金属)之间的反应性高，人们通常 会发现陶瓷和金属部件之间会形成碳或碳化硅类型的脆性化合物。这些脆性化合物 使得装配件强度变弱。

发明内容

本发明的一个目的是通过提出一种装配件消除这些不利因素，或者至少缓解这 些缺陷，这种装配件首先可以弥补金属件和碳化硅基和/或碳基陶瓷材料部件之间的 膨胀差异，其次是避免或限制不良化学混合物的形成。

通过本发明提出的装配件可以实现所述目的，该装配件包括由如下部件组成的 叠层结构，这些部件按如下顺序通过钎焊成对装配到一起：

·所述金属部件；

·一个第一中间部件；

·一个第二中间部件；

·所述碳化硅基和/或碳基陶瓷材料部件，所述装配件是按如下这种形式构成的：

·所述第二中间部件是用另一种陶瓷材料(即一种不同于所述陶瓷材料部件的 陶瓷材料)制成，所述另一种陶瓷材料在化学上与金属的反应性要比碳化硅或碳低， 而且膨胀系数要小于构成所述金属部件的材料的膨胀系数；

·所述第一中间部件是用金属制成，适合变形以均衡所述金属部件和第二中间 部件之间出现的膨胀差。

应该提到的是，所述陶瓷部件也可以是一个上述类型的固体碳化硅或陶瓷基复 合材料部件。

为此，本发明提出了在陶瓷部件和金属部件之间设置功能截然不同的两个中间 部件。

第一个中间部件可以通过变形来调节陶瓷部件和金属部件之间的膨胀差。

在第一中间部件的第一个实施例中，该部件是用一层韧性金属材料制成。在这 种情况下，该部件通常可以提供一种固体结构，其形式是剪切时适合变形的材料缓 冲垫层。在适合使用的韧性金属材料中，可以提到的材料有：镍、钯、金、或包含 这些金属的合金材料。对于要求耐火装配件的航空用途来讲，最好选择镍基合金， 特别是可在高温环境下具有良好特性的合金材料，而且成本不高。

在第一中间部件的第二实施例中，所述变形可以通过为所述部件选择可变形结 构来获得。根据示例，这个结构件可以是一个盘旋弹簧或波纹管，另外，该部件不 一定非得采用韧性材料制成。为了确保高温环境下良好的机械性能和良好特性，该 部件可以是用镍基或钴基合金制成。

第二中间部件是用来从化学角度保护所述陶瓷材料部件，防止其受到所使用的 钎焊液体的侵袭，一般情况下包括了与碳化硅或碳产生化学反应的金属。这样，在 装配件的陶瓷材料部件和金属部件之间，设置了所述的第二中间部件，它是用另一 种陶瓷材料制成，后者与金属的化学反应程度低(而且特别是与过渡金属的化学反 应低)，诸如氧化物或氮化物。