[发明专利]一种利用Ti-Co-Nb钎料钎焊Cf/SiC复合材料和金属Nb的方法

说明书

技术领域

本发明涉及钎焊方法。

背景技术

C_f/SiC复合材料是一种耐高温、低密度陶瓷基热结构复合材料，可以满足1650℃以下长寿命、2000℃以下有限寿命、2800℃以下瞬时寿命的使用要求。它具有抗热震性能、高耐磨性和硬度、耐化学腐蚀、高导热、低热膨胀系数等优异的性能。C_f/SiC复合材料在断裂过程中通过裂纹偏转、纤维断裂和纤维拔出等机理吸收能量，增强了材料的强度和韧性，被认为是在航空航天和能源等领域极具潜力的高温结构陶瓷材料。由于其制备和成形方法的限制，使其很难直接应用于上述领域。金属铌是一种高温金属，抗氧化性好，物理和化学性能稳定，具有金属的塑形和韧性，切削加工容易。它的这些优良特性使其成为航空、航天与核工业中高温结构件的重要候选材料之一，可用来制造火箭发动机、宇航飞船以及核反应堆的关键部件。若实现了C_f/SiC与金属Nb的连接，就能克服其成型加工困难等缺点，也能发挥两种材料各自的优点，其应用范围会更加广阔。所以，实现C_f/SiC复合材料和金属铌的可靠连接具有重要的工程意义。

目前，活性钎焊法由于操作工艺简单、接头尺寸和形状适应性广等优点成为连接陶瓷与金属的首选方法。而有关C_f/SiC复合材料钎焊连接的报道较少，主要是由于该复合材料的化学活性低，常规钎料难以润湿其表面。而较为常用的Ag-Cu-Ti系活性钎料由于熔点低而不能满足高温使用要求。

发明内容

本发明要解决现有的C_f/SiC复合材料与金属Nb的连接钎料和钎焊连接方法所得到的焊接接头室温力学性能差且不耐高温的问题，而提供的一种利用Ti-Co-Nb钎料钎焊C_f/SiC复合材料和金属Nb的方法。

一种利用Ti-Co-Nb钎料钎焊C_f/SiC复合材料和金属Nb的方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、将C_f/SiC复合材料的待焊面依次用200#、400#、600#和800#金相砂纸打磨，将金属Nb依次用400#、600#和1000#金相砂纸打磨至表面光亮；

二、将步骤一打磨后的C_f/SiC复合材料和金属Nb浸入到丙酮中，超声清洗15min，然后用无水乙醇冲洗，吹干；

三、将Ti-Co-Nb钎料依次用400#、600#和1000#金相砂纸打磨用至表面光亮，再浸入到丙酮中，超声清洗10min，然后用无水乙醇冲洗，吹干，再用502胶水将Ti-Co-Nb钎料粘在步骤二处理后的C_f/SiC复合材料和金属Nb之间，装配成C_f/SiC复合材料/Ti-Co-Nb钎料/金属Nb的结构件；

四、将步骤三得到的结构件放入真空钎焊炉中，压紧，然后抽真空至真空度为1.0×10^-3Pa，升温至温度为300℃，保温时间为8min～20min；再升温至钎焊温度，进行钎焊连接；再降温至300℃，然后随炉冷却，完成利用Ti-Co-Nb钎料钎焊C_f/SiC复合材料和金属Nb的方法。

本发明的有益效果是：在高温钎料中，相比于昂贵Au基和Pd基钎料，Ti基、Ni基和Co基钎料则更具实用价值。Ti是活性钎料中最基本的活性元素之一，为了保证高温钎料的润湿性，本发明以Ti-Co钎料为基，两者原子比例为1∶1。Ti-50Co（at%）作为一种高温钎料，其熔点较高，钎焊所获得的接头耐高温性能较好。另一方面由Ti-Nb的二元相图可知，Ti和Nb完全固熔，由于母材Nb在高温下易被钎料过度溶蚀从而在钎料中加入Nb元素，以抑制母材Nb向钎料中间层的扩散，从而形成更为良好的连接。

本发明用于钎焊C_f/SiC复合材料和金属Nb。

附图说明

图1为实施例一中钎焊温度为1320℃，钎焊连接时间为10min，钎料成分为Ti42.5Co42.5Nb15（at%）的接头电子背散射照片；图2为断口的扫描电镜图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式一种利用Ti-Co-Nb钎料钎焊C_f/SiC复合材料和金属Nb的方法，具体是按照以下步骤进行的：