[发明专利]一种炭炭复合材料的连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种炭/炭复合材料的连接方法，特别涉及一种炭/炭复合材料与金属部件之间的热压连接方法。

背景技术   关于炭/炭复合材料，主要是基于低成本、抗氧化、以及性能和结构的多样化方面的考虑。目前对于炭/炭复合材料的连接方法主要有机械固定、粘结、钎焊和扩散焊。关于炭/炭复合材料的机械固定主要采用难熔金属或者炭制螺丝进行紧固。关于炭/炭复合材料的粘结剂粘结也是一种简易连接炭/炭复合材料的方法，然而，由于大部分粘结剂不能应用于高温环境下，故不能粘结剂方法制备的炭/炭复合材料使用温度和强度仍受很大限制。

关于炭/炭复合材料的钎焊或扩散焊，目前主要采用的中间层材料包括Ti-Zr-Ni-Cu、Al-Ti、Ti-Cu-Be、Ag-Cu-(Sn)-Ti、Cu-P、Cu-Ni-Ti、Cu-Ni+TiB₂、YAST（Y₂O₃ - Al₂O₃ - SiO₂ - TiO₂）玻璃， Ni-Ti、TiC-Si、Cu-Si、Ni-Si和Ti-Ni-Si等。值得指出的是，其中所采用的含Si合金，要么只采用二元合金作为中间层，如Cu–Si（Shen Yuanxun, et al, Joining C/C composite to copper using active Cu–3.5Si braze, Journal of Nuclear Materials, 2012，421：28–31，且只为Cu–3.5Si）和Ni-Si（郭领军等，C/C 复合材料与镍基高温合金连接接头的力学性能和微观结构，稀有金属材料与工程，2011，40（1）：111-114）；要么只采用单一的三元混合粉末，如Ti–Ni–Si（Wang jie, et al, The study on joining carbon/carbon composites using Ti–Ni–Si compound, Materials Science and Engineering A, 2012, 547: 12-18），且其配比为Ti : N i: Si = 1 : 1 : 4（原子百分比）。它们与本申请的根本区别在于，未设置有助于缓冲接头残余热应力的中间金属箔层（Mo或Ti），且中间层材料的元素及其含量组成也存在千差万别，如本申请不含Ni，而含延展性优良的Ag、Cu或Pd，这样更有利于接头残余热应力的缓释。

另外，中国专利ZL 200910219183.5 “一种SiC陶瓷与SiC陶瓷之间的高温液相连接方法”和ZL 200910219188.8 “一种SiC陶瓷与高温合金的连接方法”只采用Ni-Si粉末和Mo（即Ni-Si-Mo体系），但其只针对SiC陶瓷，同样其中间层材料的元素及其含量组成与本申请也显著不同，如本申请为Ag(Cu、Pd)-Si-Mo(Ti)体系，且含Si量范围也明显不同。

发明内容

       本发明基于炭/炭复合材料与金属之间连接结构的可靠性、制造成本及高温应用等方面的考虑，提供了一种炭/炭复合材料与金属的连接方法。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种炭/炭复合材料与金属的连接方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)  X-Si合金膏剂的制备：将高能球磨机械合金化合成的X-Si合金粉经进一步研磨至中位径1~2μm后，依次加入草酸乙二酯和胶棉溶液，搅拌均匀，制成X-Si合金膏剂； 

(2) 待连接部件的处理：将炭/炭复合材料和金属部件的待连接表面依次经过磨平、清洗和干燥处理，再将调好的X-Si合金膏剂涂敷在处理好的待连接部件的连接表面上，形成X-Si合金涂层，晾干；

(3)  中间层金属片的前处理：将厚为50~200ìm的中间层金属裁剪加工为与待连接部件连接表面大小相同的金属片，并清洗和干燥；

 (4) 装配及连接：在处理好的待连接部件的连接表面中间设置一中间层金属片，并在压力装配和真空或惰性气氛保护条件下，采用不同得加热速率加热至连接温度时，并保温一定时间，最后缓慢冷却至室温，取出。

一种炭/炭复合材料与金属的连接方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)  X-Si合金箔片的制备：将纯金属X和Si颗粒置于真空炉中熔炼并浇注成扁锭，随后轧制成100~200ìm厚的箔片，再经过裁剪、清洗和干燥处理；