[发明专利]一种应用Si-Zr高温钎料钎焊碳纤维增强碳基复合材料的方法

说明书

一种应用Si‑Zr高温钎料钎焊碳纤维增强碳基复合材料(C_f/C)的方法，涉及一种应用高温钎料钎焊碳纤维增强碳基复合材料的方法。本发明是要解决目前C_f/C复合材料钎焊接头的使用温度低、高温力学性能差的技术问题。本发明：一、制备Si‑Zr钎料；二、制备钎料片；三、钎焊C_f/C复合材料。本发明采用Si‑Zr高温钎料在1400℃～1480℃实现了碳纤维增强碳基复合材料的钎焊连接，解决了C_f/C复合材料钎焊接头高温力学性能差的问题，并且避免了施加大压力的连接方法无法连接复杂C_f/C复合材料构件以及大压力对C_f/C复合材料容易造成损伤的问题，开拓了C_f/C复合材料在航空航天、核电等高温领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种应用高温钎料钎焊碳纤维增强碳基复合材料的方法。

背景技术

碳纤维增强碳基复合材料(C_f/C复合材料)因具有密度低、比强度高、热膨胀系数低、高温力学性能优异等特点在航空航天、核电领域有着广泛的应用，一些发达国家已在多种型号的航天器、固体火箭发动机的热结构和热防护等部件中采用了C_f/C复合材料。然而，为了使C_f/C复合材料在工程中满足更严苛的服役环境，需要将其制备成复杂形状的大尺寸构件。在实际应用中，一般通过二次连接简单形状的C_f/C复合材料来获得所需的构件。

关于C_f/C复合材料的连接，国内外学者已开展了大量相关的研究工作，由于C_f/C复合材料的熔点非常高，难以通过熔焊的方法实现连接。现有的连接方法包括扩散焊法、真空热压法、电场辅助烧结法、自蔓延反应法、瞬时液相连接法和钎焊法。根据文献报道，钎焊法操作简单，成本低廉，对母材构件形状要求较低，成为C_f/C复合材料常用的连接方法。目前的研究中主要采用Ag-Cu-Ti、Ti-Zr-Ni-Cu、Ti-Cu-Ni等钎料实现了C_f/C复合材料的钎焊连接，但是接头仅能在中低温条件下服役，无法发挥C_f/C复合材料优异的高温力学行为。而在高温钎焊领域，仅有He，Dadras和Salvo等人分别采用Si-Ti，TiSi₂和Si片得到了可靠的接头，对于C_f/C复合材料的高温钎焊连接研究较为缺乏。有报道表明Si-Zr系合金对C_f/C复合材料具有良好的润湿和熔渗行为，同时Si-Zr系合金具有较高的熔点。

发明内容

本发明是要解决目前C_f/C复合材料钎焊接头的使用温度低、高温力学性能差的技术问题，而提供一种应用Si-Zr高温钎料钎焊碳纤维增强碳基复合材料的方法。

本发明的应用Si-Zr高温钎料钎焊碳纤维增强碳基复合材料的方法是按以下步骤进行的：

一、制备Si-Zr钎料：对Zr片或Zr粒表面进行打磨处理去除氧化皮，然后将Si块和去除氧化皮的Zr片或Zr粒装入电弧熔炼设备中，在真空条件下采用电弧加热进行熔炼合金化，反复熔炼5次～7次，自然冷却后即得到Si-Zr高温钎料；所述的Si-Zr高温钎料中Zr元素所占的质量分数为22％～32％；

二、制备钎料片：采用线切割设备将步骤一制备的Si-Zr高温钎料切割成片状，进行打磨处理去除氧化皮，然后置于无水乙醇中超声波清洗5min～10min，吹干，得到Si-Zr钎料片；