[发明专利]一种纳米箔带连接碳化硅陶瓷基复合材料与金属的工艺

说明书

本发明涉及一种纳米箔带连接碳化硅陶瓷基复合材料与金属的工艺，属于焊接制造技术领域。由于陶瓷及陶瓷基复合材料的加工性能较差、耐热冲击能力弱，目前针对SiC陶瓷基复合材料与金属的连接，尚缺乏适用的高温连接焊料和合适的耐高温连接工艺。本发明利用Ti‑Al纳米箔带作为焊料，可以在1000℃～1200℃的温度下实现扩散连接碳化硅陶瓷复合材料与金属，接头室温弯曲强度可达到180MPa～300MPa，而且这种焊接温度不会明显影响被焊金属自身的组织和性能。

技术领域

本发明涉及一种利用Ti-Al纳米箔带扩散连接碳化硅陶瓷复合材料与金属的工艺，属于焊接制造技术领域。

背景技术

陶瓷、陶瓷基复合材料是很有应用前途的高温结构陶瓷材料，近年来尤其以碳化硅陶瓷(SiC)，碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(Cf/SiC),和碳化硅纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料(SiCf/SiC)，以及硅/碳化硅陶瓷基复合材料(Si/SiC)是高温结构陶瓷材料中比较典型的代表。

但由于陶瓷及陶瓷基复合材料的加工性能较差、耐热冲击能力弱，以及制造尺寸大而且形状复杂的零件较为困难等缺点，通常需要与金属材料组成复合结构来应用，并且组合连接接头必须满足耐高温的使用要求。

应当说，陶瓷材料属于难焊接材料，国内外在陶瓷或陶瓷基复合材料的连接中，普遍使用传统的Ag-Cu-Ti、Cu-Ti系活性钎料进行钎焊连接，但相应的接头耐热温度很难超过500℃。陶瓷连接技术公开报道的还有使用Ni基钎料合金钎焊陶瓷基复合材料的研究结果，但自身接头室温弯曲强度只有58MPa左右，远低于被焊母材。

近年来也有采用在含有碳的坯体中熔渗入硅的反应方法进行碳化硅陶瓷的连接报道，但是连接温度高达1400℃以上，无法适用于SiC陶瓷与金属的连接。而且，对于碳化硅陶瓷基复合材料，比如Cf/SiC陶瓷基复合材料，SiCf/SiC陶瓷基复合材料，或者Si/SiC陶瓷基复合材料，因为复合材料的组分更加复杂，它们的连接技术比起SiC陶瓷更为复杂。

目前针对SiC陶瓷基复合材料与金属的连接，尚缺乏适用的高温连接焊料和合适的耐高温连接工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述技术需求和现有技术的不足，提供一种可用于碳化硅陶瓷基复合材料与金属连接的高活性扩散连接新方法。

本发明的技术解决方案是，一种纳米箔带连接碳化硅陶瓷基复合材料与金属的工艺，该工艺包括以下步骤：首先，制备纳米级厚度的Ti和Al金属层交替叠加的箔带；其次，以所述纳米箔带作为焊料，将其置于被焊接的SiC陶瓷基复合材料与被焊金属之间，采用真空扩散焊或者真空-氩气条件下的热压烧结方法，温度为1000℃～1200℃，压力为10MPa～30MPa，实现碳化硅陶瓷基复合材料与金属的连接。

所述纳米箔带中每个金属层的厚度为15nm～100nm，总厚度为30μm～100μm。

所述的热压烧结为热压放电等离子烧结，反应时间为3～10分钟。

所述的SiC陶瓷基复合材料包括SiC陶瓷、Cf/SiC陶瓷基复合材料、SiCf/SiC陶瓷基复合材料或者Si/SiC陶瓷基复合材料。

所述金属包括Nb合金、Mo合金、TiAl金属间化合物或Ti-Al-Nb系合金。

所述Mo合金为TZM合金。

真空扩散焊或者真空-氩气条件下的热压烧结反应时间为3～60分钟。