[发明专利]用于复合材料的改性连接材料和连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于复合材料的改性连接材料和连接方法。

背景技术

碳纤维增强碳复合材料(C/C)以及碳纤维增强碳-碳化硅双基复合材料(C/C-SiC)具有比重小，高温强度高，抗烧蚀，抗热震性能好等优点。虽然上述两种高温结构材料具有很多优异的性能，但往往这些零部件都形状复杂、体积较大，很难采用一次成型来完成。另外，当这些部件产生裂纹或者其它缺陷时需要进行修复。再者，某些部件或者装置需要使用异种材料。由于以上问题，先进可靠的连接技术则显得至关重要。烧蚀材料同金属壳体以及烧蚀材料之间的连接，用铆接和焊接是无法办到的，只有依靠高温粘结剂。为此，业界积极开展了碳材料高温粘结剂的研究工作。在高温下，粘结剂的结构组成、粘结剂与被粘结碳材料基体界面间的相互粘结状态，都要发生显著变化，从而影响粘结性能的稳定性，可靠性。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于复合材料的改性连接方法，其特征在于：

通过向粘结剂中添加填料，实现了复合材料的低温下连接、高温下服役，并获得了满足工程应用的连接件，并改善了胶粘剂的性能，进而提高了复合材料的连接性能，

其中

向粘结剂中添加的所述填料是从Mo粉、Nb粉和Ta粉中选出的至少一种。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于复合材料的改性连接材料，其特征在于：

所述连接材料是通过向粘结剂中添加填料而制备的，实现了复合材料的低温下连接、高温下服役，并获得了满足工程应用的连接件，并改善了胶粘剂的性能，进而提高了复合材料的连接性能，

其中

向粘结剂中添加的所述填料是从Mo粉、Nb粉和Ta粉中选出的至少一种。

附图说明

图1显示了可应用本发明的连接试样结构的示意图。

图2显示了用于测试本发明的效果的连接件剪切强度测试装置示意图。

图3显示了本发明的实施例中粘结剂中纳米填料含量对C/C复合材料连接件的连接强度的影响。

图4(a)－4(c)显示了本发明的实施例中真空热处理温度对连接件的强度保留率的影响。

图5(a)－5(d)显示了本发明的实施例中不同填料制备的连接件经过真空热处理30分钟后的连接区域的微观形貌。

图6(a)－6(c)显示了本发明的实施例中真空热处理温度对C/C～C/C-SiC连接件强度保留率的影响(保温30分钟)。

具体实施方式

以下结合附图和非限定性的实施例对本发明进行详细说明。

针对现有技术的上述问题，本发明人进行了研究和试验，并在该研究和试验的基础上，提出了一种低温连接的解决方案，其通过添加不同填料，实现了低温连接，并改善了胶粘剂的性能，进而提高了接头性能。

根据本发明的实施例，向粘结剂中分别添加Mo粉，Nb粉和Ta粉制备三种不同的粘结剂，用其连接C/C与自身以及C/C与C/C-SiC，从而获得了在低温下连接、高温下服役且满足工程应用的连接件。

根据本发明的实施例，向粘结剂中分别添加Mo粉，Nb粉和Ta粉制备三种不同的粘结剂，用其连接C/C与自身以及C/C与C/C-SiC，从而获得了在低温下连接，高温下服役的且满足工程应用的连接件。

(一)低温连接

本发明在本组的研究基础上向粘结剂中分别添加Mo粉，Nb粉和Ta粉，以期获得连接效果更佳的粘结剂，原有粘结剂的组分有硼改性酚醛树脂、B₄C粉和SiO₂粉。将制备好的粘结剂均匀的涂抹在母材的连接面上，然后将涂有粘结剂的母材对接，形成夹心结构如图1所示。其低温固化工艺为：将电热鼓风干燥箱预热至80℃，然后将制备好的连接件放入电热鼓风干燥箱保温120min，然后将温度调至120℃保持120min，接着再将温度调至180℃保持120min，然后随炉冷却。此工艺由本课题组其他成员的研究所得，为最佳低温固化工艺。实验步骤如下：

(1)实验中C/C复合材料、C/C-SiC复合材料分别被加工成10mm×10mm×10mm的块状材料，连接表面依次用400#、600#、800#、1000#的金刚石磨盘进行研磨，接着使用1200#金刚石磨盘进行抛光，随后用超声波清洗30min，酒精浸洗，烘干，放入干燥器中备用。