[发明专利]一种焊料在焊接C/SiC复合材料和金属中的应用方法

说明书

本发明涉及一种异种材料的连接焊料及该焊料的应用方法。所述焊料；按质量百分比计，包括下述组分：Cu‑Cr‑Zr‑Ni‑(Al)‑(RE)合金粉80～90％，Ti粉10～20％；所述Cu‑Cr‑Zr‑Ni‑(Al)‑(RE)合金粉，以质量百分比计包括下述组分：Cr 0.2‑1.5％；Zr 0.1‑0.6％；Ni 10‑40％；余量为Cu和不可避免杂质。其应用工艺为：将表面粗糙度适宜的C/SiC复合材料和待焊金属进行活化后，先将C/SiC复合材料包埋于焊料中，得到表层金属化且渗入金属的C/SiC复合材料；然后再其与将待焊金属贴合，在压力条件下，焊合，得到成品。

技术领域

本发明涉及一种异种材料的连接焊料及该焊料的应用方法，具体为连接C/SiC复合材料和金属的焊料以及该焊料的应用方法。

背景技术

C/SiC复合材料密度为2.0～2.5g/cm³，仅为高温合金的1/3～1/4，钨合金的1/9～1/10，具有耐高温、抗热震、抗烧蚀和类金属断裂的特点，可满足1650℃以下长寿命、2000℃以下有限寿命、3000℃以下瞬时寿命的使用要求。作为一种新型材料，C/SiC复合材料充分结合了碳纤维和SiC基体的优势，表现出低密度、高强度、耐高温、耐烧蚀、抗冲刷等优点，在航空航天、武器装备及其它工业领域具有广泛的应用前景。C/SiC复合材料作为制动材料具有密度低、抗热冲击性强、刹车平稳、热容量大、抗氧化性好、磨损失重率小等优点，而且克服了碳盘吸湿大、湿态摩擦系数低、静摩擦系数低、适应性差等不足。

但是C/SiC复合材料的广泛应用必然涉及到C/SiC复合材料自身及与其它材料特别是金属材料的连接问题。因为陶瓷与金属在物理、化学性质上差异很大，C/SiC复合材料与大多数金属的润湿角大于90°，即属于完全不润湿体系，因此无法实现直接复合。而且因为两者热膨胀系数的巨大差异，导致连接部分出现很大热应力而开裂。目前，常用的解决办法是在陶瓷与金属间构建中间过渡层，改善两者的润湿性，并缓解连接部位的热应力。

中国专利CN 101462890A公开了一种C/SiC复合材料与钛合金的连接方法，该方法将Cu粉、Ti粉和石墨粉混合而成的膏状钎料，连接C/SiC复合材料与钛合金，接头的剪切强度最高为126MPa。中国专利CN 102924109B公开了一种C_f/SiC陶瓷基复合材料连接方法，该连接方法选用Ti-Zr-Be合金作为连接材料，在不施加压力的真空条件下，950℃～1050℃保温5～120min，通过连接材料中各元素与母材C_f/SiC陶瓷基复合材料中的C纤维和SiC基体反应，生成高熔点TiC、ZrC、Ti-Si-C、Be₂C等碳化物相，形成类似颗粒增强金属基复合材料的连接层，降低连接层的热膨胀系数，缓解接头热应力，接头的剪切强度最高达到125.14MPa，并且在800℃下仍有较高的剪切强度。

李树杰等采用Zr/Ta复合中间层，通过真空热压扩散焊连接工艺连接C/SiC和GH128镍基高温合金[李树杰等.稀有金属材料与工程，2002，31(增刊1)：393-396]，接头的连接强度为110.9MPa。李京龙等人采用Ti-Cu二元合金箔作为中间层材料连接C/SiC复合材料和金属Nb[Li jinglong,et al.Scripta Materialia,2006,55:151-154]，接头的剪切强度仅为34.1MPa。

发明内容

目前，由于受中间层成分及中间层成分与母材(C/SiC复合材料和金属)之间热膨胀系数不匹配，产生的残余应力，导致C/SiC复合材料和金属的连接强度提高受限。为克服这一难题，本发明提出一种焊料及其在焊接C/SiC复合材料和金属中的应用方法。

本发明一种焊料；按质量百分比计，包括下述组分：

Cu-Cr-Zr-Ni合金粉80～90％，Ti粉10～20％；

所述Cu-Cr-Zr-Ni合金粉，以质量百分比计包括下述组分：