[发明专利]一种石墨烯海绵中间层辅助钎焊的方法

说明书

一种石墨烯海绵中间层辅助钎焊的方法，本发明涉及钎焊C/C复合材料的方法领域。本发明要解决现有C/C复合材料钎焊连接中，残余应力大导致可靠性低的技术问题。方法：一、切割C/C复合材料，清洗；二、将石墨烯海绵沿着平行于横截面的方向切成薄片；三、将AgCuTi粉末钎料进行压片处理；四、组合装配，压紧；五、钎焊。本发明通过石墨烯海绵中间层与钎料中Ti原位反应，在钎缝中生成均匀分布的TiC增强相，细化并增强钎缝基体组织，同时阻碍脆性Cu₂Ti在钎缝中形成，进而提高所得接头的力学性能，抗剪强度可达到55MPa。本发明方法用于C/C复合材料钎焊连接领域中。

技术领域

本发明涉及钎焊C/C复合材料的方法领域。

背景技术

随着空间技术的飞速发展，人们对宇宙空间的探索与开发日益频繁，运载各种空间站、空间探测器的火箭的性能和数量随之不断发展。喷管在火箭发动机的能量转换中起到重要作用，在火箭发动机喷管工作时往往需要承受严苛的服役条件。首先，在服役条件下，喷管处于2000℃至3500℃的高温环境，并要承受剧烈的热冲击。此外，高温的服役环境往往带来较高的有热梯度导致的热应力。高速的腐蚀性气体也使得其服役环境更为严苛。高熔点金属是一种传统的火箭喷管材料，但金属材料的劣势也很明显，主要在于它增加了火箭发动机的重量以及它的耐高温能力较差。因此，高强、轻质的新型喷管结构材料相比于传统金属材料具有较大的优势，被认为是代替某些常规金属结构件的理想喷管材料。

C/C复合材料以碳为基体，以连续碳纤维为增强相，是一种新型结构材料，相比于石墨材料，它提高了强度与抗热震性，并具有更低的密度、较低的热膨胀系数、优异的高温性能以及良好的耐烧蚀能力。因此，C/C复合材料作为火箭发动机喷管材料具有很大的优势。然而，由于C/C复合材料不易加工成型。复杂形状的喷管难以采用C/C复合材料进行一体化成型，因此需要开发适用于C/C复合材料的连接方法，来实现复杂形状喷管的加工制造。

C/C复合材料是一种性能优异的高温结构材料。然而，由于C/C复合材料自身制备工序复杂，生产周期长、成本高昂，很大程度上制约了C/C复合材料的进一步应用；同时，C/C复合材料在航空航天和核能等领域的一些应用场合，常常需要和金属连接以满足某些性能需求。因此，将C/C复合材料应用到实际中，不可避免要涉及到连接问题。比如，通过小尺寸的C/C复合材料自身连接，可以解决直接制备形状复杂、尺寸较大的C/C复合材料的困难；将C/C复合材料与其他金属材料或非金属材料进行连接，可以得到同时具备两种材料优点又能弥补者不足的理想构件，而且还能提高生产效率、降低成本。但是，通常情况下，涉及C/C复合材料的连接，其和金属的连接都是不可回避的问题，因为实现连接的过程中，都需要C/C复合材料和金属(钎料或中间层)得到良好的界面结合。

目前，C/C复合材料的连接存在难度，其难度在于一方面是液态金属钎料对C/C复合材料表面的润湿性问题，常用钎料难以润湿C/C复合材料，而钎料在母材表面能够良好的润湿铺展是形成可靠连接的前提；另一方面是由于C/C复合材料与金属钎料或金属基体之间热膨胀系数和弹性模量存在较大差异，会在接头产生残余热应力，严重降低接头质量甚至导致连接后接头破坏开裂。

发明内容

本发明要解决现有C/C复合材料钎焊连接中，残余应力大导致可靠性低的技术问题，从而提供一种石墨烯海绵中间层辅助钎焊的方法。

一种石墨烯海绵中间层辅助钎焊的方法，具体按以下步骤进行：

一、将C/C复合材料切割成厚度为2～3mm的薄片，然后用砂纸对待焊部位进行打磨，再放入丙酮溶液中进行超声清洗，得到待焊C/C复合材料；

二、将石墨烯海绵沿着平行于横截面的方向切成薄片，得到石墨烯海绵中间层；

三、在室温下将AgCuTi粉末钎料进行压片处理，得到直径为8～12mm的纽扣状钎料片；